根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查和示蹤試驗(yàn)分析巖溶區(qū)水庫(kù)滲漏條件

李擇衛(wèi)

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

前 言

我國(guó)西南及湖南西部地區(qū)，降雨量充足，水資源儲(chǔ)藏豐富，但碳酸鹽巖廣泛分布，巖溶強(qiáng)烈，對(duì)水利資源的開(kāi)發(fā)形成了一定的制約。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，在湘西巖溶地區(qū)興建水庫(kù)達(dá)114座，但其中有75座因?yàn)閹r溶滲漏問(wèn)題而成為病險(xiǎn)水庫(kù)，不能正常蓄水。如花垣縣的排達(dá)蓮水庫(kù)、龍頸坳水庫(kù)、鳳凰縣的長(zhǎng)潭崗水庫(kù)、流堰水庫(kù)，龍山縣的光明水庫(kù)、雙潭溪水庫(kù)，永順縣的杉木河水庫(kù)、虹橋水庫(kù)等[2]。因此，對(duì)巖溶區(qū)水庫(kù)的滲漏條件進(jìn)行分析論證，已成為一項(xiàng)重要的工作。

規(guī)劃中的龍?zhí)逗铀畮?kù)位于湖南省龍山縣沅水的二級(jí)支流、酉水的一級(jí)支流——小河中游。水庫(kù)壩址以上控制流域面積62.57 km2，正常蓄水位638 m，最大壩高為58m，總庫(kù)容約為498萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主的Ⅳ等小（Ⅰ）型工程[1]。

水庫(kù)位于湘西強(qiáng)巖溶區(qū)，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，周邊落水洞、溶洞、巖溶泉井點(diǎn)及地下河眾多，構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)成庫(kù)盆的地層無(wú)相對(duì)隔水層分布。面對(duì)復(fù)雜的巖溶地質(zhì)條件，通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查和示蹤試驗(yàn)，結(jié)合少量的鉆孔勘探驗(yàn)證，成功論證了水庫(kù)的滲漏條件，方法簡(jiǎn)單，效果良好。

1 水庫(kù)基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

庫(kù)區(qū)屬低中山溶丘洼地峽谷地貌類型，河谷呈“V”字型，兩岸岸坡陡峻，山頂高程多在1 000m以上，水庫(kù)兩岸無(wú)低于正常蓄水位638m的低矮埡口和鄰谷存在，地形封閉條件較好。

小河在壩址區(qū)稍上游段分為兩支，較大的一支（右支）名為獅刀河，較小的一支（左支）名為小龍河。庫(kù)區(qū)右岸另有一較小支流——紫龍溪自水庫(kù)中部匯入庫(kù)內(nèi)。小河在壩址下游約（900～1 600）m河段河水逐漸潛入地下，成為斷頭河。

近壩庫(kù)區(qū)左岸分水嶺外側(cè)分布有洞溪灣~熱活坪巖溶洼地，庫(kù)區(qū)下游左岸分布有徐家溝巖溶洼地。庫(kù)區(qū)左岸下游約14 km處，有烏龍山大峽谷分布，谷底為皮渡河，其源頭為火燒巖地下河出口，高程440 m，水庫(kù)與皮渡河之間均為具備強(qiáng)巖溶條件碳酸鹽巖，無(wú)相對(duì)隔水層分布，因此，皮渡河構(gòu)成了庫(kù)區(qū)左岸的低矮鄰谷，庫(kù)區(qū)右岸無(wú)低矮鄰谷分布。

1.2 地層巖性

庫(kù)區(qū)分布的地層主要有寒武系、奧陶系地層，由老至新分述如下：

寒武系中統(tǒng)光竹嶺組（∈2gn）：上部為深灰色薄層~中厚層條帶狀灰?guī)r，下部為淺灰~灰色中厚~巨厚層狀灰?guī)r。

寒武系上統(tǒng)耗子沱組（∈3hz）：上部為灰色、深灰色厚~巨厚層狀灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，下部以淺灰、灰白色中厚~巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖互層。

奧陶系下統(tǒng)（O1）：為灰色中厚~厚層狀灰?guī)r、白云巖等。

構(gòu)成庫(kù)盆的地層中無(wú)相對(duì)隔水層分布。庫(kù)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 庫(kù)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

庫(kù)區(qū)位于新華夏系武陵山二級(jí)隆起帶的中段。巖層主要產(chǎn)狀：N40~80°E·SE∠13~25°，總體傾向上游。庫(kù)盆右岸發(fā)育F3斷層，產(chǎn)狀：N50°W·SW~NE∠80~85°，斷層帶寬（3～5）m，局部達(dá) 10m，充填方解石脈，沿?cái)鄬訋Ъ案浇植级嗵幝渌础鄬佑趲?kù)區(qū)中部與小河相交，延伸長(zhǎng)度大于3 km，走向與壩址處小河流向基本一致。

1.4 巖溶水文地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)地下水類型為巖溶水，主要接受大氣降水、洼地、漏斗、落水洞的補(bǔ)給，沿巖溶通道運(yùn)移，以溶洞泉和地下河的形式集中排泄于地表、河床及溝谷兩側(cè)。

水庫(kù)周邊巖溶極發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。庫(kù)首左岸分水嶺外側(cè)分布洞溪灣~熱活坪巖溶洼地，左下游分布有徐家溝巖溶洼地，其中洞溪灣~熱活坪巖溶洼成NE向延伸，與壩址區(qū)河流流向基本一致；庫(kù)右岸山坡大獨(dú)堡附近見(jiàn)有兩處較大的巖溶漏頭；壩址下游（900～1 600）m的河床段，河水沿巖溶通道逐漸潛入地下，成為斷頭河。

本工程從水庫(kù)周邊的地表水、泉井、地下河及消水點(diǎn)調(diào)查入手，通過(guò)統(tǒng)計(jì)巖溶泉、地下河的分布位置、高程、流量等數(shù)據(jù)，并與地下水示蹤試驗(yàn)結(jié)合，綜合分析、判斷水庫(kù)周邊地下水與河水的補(bǔ)排關(guān)系、徑流方向、地下水分水嶺的高程等，為查明水庫(kù)的巖溶水文地質(zhì)條件提供充分的依據(jù)。

1.4.1 水文地質(zhì)調(diào)查

共對(duì)庫(kù)區(qū)周邊的18處巖溶泉、3處地下河、3處消水點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，將其中流量較大的巖溶泉及消水點(diǎn)特征統(tǒng)計(jì)于表1，將地下河的特征統(tǒng)計(jì)于表2。

通過(guò)調(diào)查、分析，對(duì)庫(kù)區(qū)周邊的地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄特征有如下認(rèn)識(shí)：

（1）近庫(kù)兩岸巖溶泉較發(fā)育，較大的巖溶泉出露高程自（630～648）m不等，且?guī)r溶泉多為永久泉，出露高程均不低于泉點(diǎn)附近河水位，說(shuō)明水庫(kù)兩岸地下水向小河排泄，屬補(bǔ)給型河谷巖溶水動(dòng)力類型。

表1 庫(kù)區(qū)較大巖溶泉（地下河）及消水點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

表2 庫(kù)區(qū)及外圍主要地下河統(tǒng)計(jì)表

（2）水庫(kù)范圍內(nèi)，在干流庫(kù)尾段有H1地下河出露，在小龍河支流庫(kù)尾段有W9巖溶大泉出露，出露高程均在645m以上，說(shuō)明庫(kù)尾地下水排泄高程不低于645m。

（3）自壩址下游1.0 km的X3消水點(diǎn)～下游2.1 km的上河河段漏水嚴(yán)重，上游河流約（1～2.5）m3/s的來(lái)水量，在該1.8 km長(zhǎng)的河床段逐漸全部潛入地下，說(shuō)明自庫(kù)區(qū)下游約1.0 km以下，河水補(bǔ)給地下水，屬排泄型巖溶水動(dòng)力類型。

1.4.2 地下水示蹤試驗(yàn)

至此，我們對(duì)現(xiàn)狀庫(kù)區(qū)周邊地下水與河水的補(bǔ)排關(guān)系有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，但還不能全面了解地下水分水嶺的高程、位置、水庫(kù)蓄水后是否存在外滲通道等，通過(guò)地下水示蹤試驗(yàn)，能夠幫助我們解決這一問(wèn)題。

在龍?zhí)逗訋?kù)區(qū)進(jìn)行地下水示蹤試驗(yàn)時(shí)，采用的示蹤劑是熒光素鈉，在投放點(diǎn)將一定量的熒光素鈉投入水體中，然后在各接收點(diǎn)人工取水樣，再送到室內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的儀器為瑞士Albillia公司生產(chǎn)的野外用熒光光度計(jì)，該儀器具有反應(yīng)靈敏、檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)熒光素鈉等的檢測(cè)限達(dá)到0.02 ppb（注：1ppb=1/10億單位）[3]。在庫(kù)區(qū)共進(jìn)行了4次地下水示蹤試驗(yàn)，將試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論簡(jiǎn)述如下：

第1次：測(cè)試洞溪灣巖溶洼地X1消水點(diǎn)與河水的連通性。自X1消水點(diǎn)投入熒光素鈉試劑，然后在小龍河支流中人工采集水樣進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)表明，所取水樣中檢測(cè)出的熒光素鈉濃度值與背景濃度值無(wú)明顯差異，表明自洞溪灣巖溶洼地X1消水點(diǎn)流入地下的水流未流向庫(kù)區(qū)，左岸洞溪灣巖溶洼地與小河之間存在地下水分水嶺。

第2次，測(cè)試小龍河支流上游X2消水點(diǎn)與庫(kù)區(qū)河水的連通性。自X2消水點(diǎn)投入熒光素鈉試劑，在小龍河支流中人工采集水樣進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)表明，采集水樣熒光素鈉濃度值較背景值有明顯的上升，說(shuō)明自X2消水點(diǎn)潛入地下的水仍然流向了庫(kù)內(nèi)小龍河支流中，因此，自小龍河支流上游潛入地下的水流仍向庫(kù)內(nèi)徑流。

第3次：測(cè)試水庫(kù)右岸地下水的流向。右岸的大獨(dú)堡處有較大的巖溶漏斗發(fā)育，漏斗底部為落水洞，高程983m，大雨時(shí)，將熒光素鈉試劑投入落水洞中，使其隨水流一起流入地下，然后分別在龍?zhí)逗訅沃贰沃废掠?00m、壩址下游1.7 km的右岸上河沖溝處人工采集水樣進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)表明，壩址區(qū)及壩址下游700m處的所取水樣熒光素鈉濃度值明顯高于背景值，并且兩處同一時(shí)間所取水樣的熒光素鈉濃度值基本一致，而自上河沖溝所取水樣的熒光素鈉濃度值與背景值無(wú)明顯變化。據(jù)此判斷，右岸大獨(dú)堡處的地下水向壩址上游的庫(kù)內(nèi)徑流，而沒(méi)有流向壩址下游右岸的上河沖溝及壩址下游。

第4次：測(cè)試河水自壩址下游潛入地下后的流向。在壩址下游1.0 km的X3消水點(diǎn)投入試劑，然后到壩址左下游約（14～17）km遠(yuǎn)的烏龍山大峽谷中的火燒巖、鏈魚(yú)洞地下河出口取水樣進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)表明，火燒巖處所取水樣熒光素鈉的濃度值較背景值明顯上升，而鏈魚(yú)洞處所取水樣的熒光素鈉濃度值較背景值無(wú)明顯變化，表明自壩址下游潛入地下的水流，最后流向了烏龍山大峽谷處的火燒巖巖溶泉。

根據(jù)庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查及地下水示蹤試驗(yàn)成果，將水庫(kù)區(qū)周邊地下水與河水動(dòng)態(tài)關(guān)系示意如圖2。

2 水庫(kù)滲漏條件分析

2.1 水庫(kù)向左岸鄰谷的滲漏分析

水庫(kù)兩岸為中低山，山體寬厚，地形自然封閉條件好。壩址左下游約14 km處有低矮鄰谷——烏龍山大峽谷分布，示蹤試驗(yàn)表明，壩址下游河水存在向?yàn)觚埳酱髰{谷的滲漏通道。因此，需論證水庫(kù)蓄水后，庫(kù)水是否會(huì)向左岸鄰谷——烏龍山大峽谷滲漏。分析如下：

圖2 庫(kù)區(qū)地下水與河水動(dòng)態(tài)關(guān)系示意圖

左岸庫(kù)尾小龍河支流左側(cè)見(jiàn)W9巖溶泉出露，出露高程645.0m，流量較大，達(dá)50 L/s，屬永久泉；按W9巖溶泉出露高程分析，庫(kù)尾左岸地下水分水嶺高程高于645m，高于正常蓄水位。另外，根據(jù)壩軸線左岸鉆孔地下水位長(zhǎng)觀資料，左岸地下水位均高于河水位，地下水位坡降達(dá)到42.4%～44.5%，根據(jù)地下水位坡降趨勢(shì)推斷，壩址自河床向左岸延伸78 m，地下水位即可達(dá)到638m，而左岸地形分水嶺距河床達(dá)570m，因此，根據(jù)左岸地下水位坡降趨勢(shì)推斷，壩址區(qū)左岸地下水分水嶺將遠(yuǎn)高于正常蓄水位638m。

壩軸線至左岸庫(kù)尾W9巖溶泉的距離約1.4 km，距離較近，山體連續(xù)，調(diào)查沿線并無(wú)較大的巖溶型態(tài)發(fā)育，因此，推測(cè)庫(kù)區(qū)左岸地下水分水嶺高程應(yīng)高于水庫(kù)正常蓄水位638m。由此分析，蓄水后庫(kù)水向左岸鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性小。

2.2 庫(kù)水沿右岸F3斷層及河間地塊滲漏分析

從地形上看，由獅刀河、小河、上河沖溝及F3斷層共同構(gòu)成了一相對(duì)獨(dú)立的右岸河間地塊，沿F3斷層帶附近見(jiàn)多處落水洞發(fā)育，因此，庫(kù)水可能沿F3斷層向下游滲漏及沿右岸河間地塊向下游滲漏。

2.2.1 庫(kù)水沿F3斷層滲漏分析

F3斷層與河流相交處上游有紫龍溪支流，常年流水不斷，緊鄰F3斷層的ZK10鉆孔地下水高于河水位，示蹤試驗(yàn)表明，F(xiàn)3斷層附近的大獨(dú)堡處落水洞處的地下水流向了庫(kù)內(nèi)，說(shuō)明右岸河間地塊近河段地下水向壩址上游河床排泄。

F3斷層與下游上河沖溝交匯處高程約為640 m，交匯處沖溝中長(zhǎng)年流水不斷，且交匯處附近有W17巖溶泉出露，屬永久泉，流量較大，勘察期流量達(dá)（0.3～0.5）L/s，說(shuō)明 F3斷層與上河沖溝交匯處地下水位高程在640m以上。

因此，沿F3斷層方向（大致與壩址區(qū)河流方向平行），在上河沖溝～獅刀河之間存在地下水分水嶺，且現(xiàn)狀地下水分水嶺高程應(yīng)高于640m。因此，水庫(kù)蓄水后，庫(kù)水不會(huì)沿F3斷層向下游滲漏。

2.2.2 庫(kù)水沿右岸河間地塊滲漏分析

根據(jù)鉆孔地下水位長(zhǎng)觀資料，在壩軸線右岸，沿正常蓄水位638m高程向右岸水平延伸約133m時(shí)，即可與地下水位封閉，而F3斷層與壩址區(qū)的距離約有800m，山體雄厚，據(jù)此可以判斷，在右岸河間地塊F3斷層與壩址之間（大致與壩址區(qū)河流方向垂直），亦存在地下水分水嶺，且現(xiàn)狀地下水分水嶺高程高于正常蓄水位638m。水庫(kù)蓄水后，庫(kù)水不會(huì)沿右岸河間地塊向下游發(fā)生滲漏。

綜上所述，水庫(kù)地形封閉條件較好，蓄水后庫(kù)水向左岸鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性小，亦不會(huì)沿右岸F3斷層及河間地塊產(chǎn)生向下游巖溶滲漏，按638m正常蓄水位，水庫(kù)不具備外滲條件。

3 結(jié) 論

（1）查明強(qiáng)巖溶地區(qū)的水庫(kù)滲漏條件是建庫(kù)前一項(xiàng)必要的工作。龍?zhí)逗訋?kù)區(qū)位于強(qiáng)巖溶區(qū)，庫(kù)盆無(wú)相對(duì)隔水層分布，巖溶水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。通過(guò)從泉井點(diǎn)、地下河、消水點(diǎn)調(diào)查入手，配合一定數(shù)量的地下水示蹤試，結(jié)合少量的鉆探工作，成功地論證了水庫(kù)的滲漏條件，可為同類工程的勘察提供借鑒。

（2）自消水點(diǎn)或自地勢(shì)較高落水洞中投入試劑，然后在多個(gè)地下水出露點(diǎn)取水樣進(jìn)行地下水示蹤試驗(yàn)，能有效地查明地下水的徑流方向。

（3）本工程地下水示蹤試驗(yàn)采用熒光素鈉，檢測(cè)儀器采用野外用熒光光度計(jì)，試驗(yàn)中取得了良好的效果，適于在巖溶區(qū)進(jìn)行地下水示蹤試驗(yàn)時(shí)采用。

[1]湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院.龍?zhí)逗铀畮?kù)工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].2013.

[2]周如學(xué).湘西巖溶地區(qū)水利工程壩址選擇芻議[J].湖南水利水電，2010，（3）：46-48.

[3]李擇衛(wèi).地下水示蹤試驗(yàn)在水庫(kù)巖溶滲漏分析中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2013，44（增刊 1）：115-116.