嵐縣蛤蟆神水庫壩后泉水成因分析

陳偉龍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

蛤蟆神水庫位于山西省呂梁市嵐縣的普明河上，系黃河流域汾河水系嵐河干流上的一座以灌溉為主，兼顧防洪的小型水利樞紐工程。水庫總庫容為624萬m3，控制流域面積為59 km2，校核洪水位為1 361.78 m，正常蓄水位為1 357.41 m。樞紐工程主要由大壩、溢洪道和泄水涵洞等水工建筑物組成。其中大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程1 361.98 m，最大壩高26.5 m，壩頂寬4.0 m，長335 m，壩基上部設(shè)有漿砌石截水槽，厚約4 m。

2 壩后泉水概述

在大壩壩后坡腳處有3處泉水出逸。出逸處地層巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，出露點高程為1336m，據(jù)現(xiàn)場三角堰測試，其流量約為0.01～0.03 m3/s。據(jù)訪問調(diào)查，該泉水流量不穩(wěn)定，受季節(jié)變化明顯。

在2010年水庫除險加固時，采用高噴防滲墻對壩基卵石混合土層進(jìn)行了防滲處理，并深入基巖1 m左右。經(jīng)過三年來的實際觀測，壩后出逸水量無明顯減少，說明壩后出逸水流與庫水的水力聯(lián)系較差。再者，據(jù)本次所取水樣化學(xué)分析試驗成果可知，庫水水化學(xué)類型和壩后泉水水化學(xué)類型不同，也證明壩后泉水與庫水的水力聯(lián)系較差。上述兩方面均說明水庫壩后出逸泉水與庫水的水力聯(lián)系較差，主要為壩址處地下水出逸。

3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

蛤蟆神水庫壩址位于嵐縣王獅鎮(zhèn)蛤蟆神村西約0.8 km處普明河上。該處普明河流向為N80°E。主河床靠近左岸，地面高程為1 335～1 337 m，右側(cè)發(fā)育河漫灘及Ⅰ級堆積階地，寬30～60 m。左岸為基巖岸坡，坡度50～70°，右岸為黃土岸坡，坡度20～35°，河谷斷面呈不對稱“U”型。壩址右岸發(fā)育古河道，順河向長約1.5 km，橫河向?qū)捈s150 m。

壩址區(qū)出露地層主要為太古界呂梁山群赤豎嶺組（ALc）第一巖組深灰色，灰黑色黑云角閃斜長片麻巖、黑云鉀長片麻巖，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖性較堅硬，主要礦物成分為云母、長石、石英及角閃石等，局部夾肉紅色花崗巖巖脈；第二巖組肉紅色、灰白色花崗巖，為后期侵入體，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖性堅硬，主要礦物成分為云母、長石、石英等；分布于壩址區(qū)普明河谷底及左岸。第四系（Q）松散堆積物主要為普明河右岸及下部古河道處中更新統(tǒng)洪積低液限黏土、卵石混合土及上更新統(tǒng)坡洪積低液限粉土夾卵礫石透鏡體；普明河谷底全新統(tǒng)洪沖積混合土卵石、卵石混合土。

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，壩址區(qū)左岸巖體為單斜巖層，片麻理產(chǎn)狀為N10°E/NW∠50～68°，巖層傾向上游偏左岸；受風(fēng)化卸荷影響，巖體中主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙。壩后左端一馬道至左岸山頂發(fā)育一逆斷層，該斷層經(jīng)左壩基向南延伸，斷面產(chǎn)狀為S1～5°W/NW∠45～55°，推測斷距約為20 m。

地下水主要接受大氣降水補給，總體由上游向下游、由兩岸向中間徑流排泄，其最低排泄基準(zhǔn)面為普明河河谷。根據(jù)含水介質(zhì)地層巖性及賦水性質(zhì)的不同，地下水可分為變質(zhì)巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。其中變質(zhì)巖類裂隙水主要賦存于太古界呂梁山群赤堅嶺組第一巖組黑云鉀長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖的節(jié)理裂隙中，富水性受地形地貌、風(fēng)化厚度、風(fēng)化裂隙的發(fā)育程度等因素制約，一般富水性較差；松散巖類孔隙水含水層為第四系卵石混合土、級配不良砂層等，富水性主要受顆粒大小、級配和地形地貌等因素制約，一般富水性較好，地下水埋藏較淺。

4 壩后泉水成因分析

據(jù)實地觀測，大壩壩后坡腳處卵石混合土層中有3個泉水出露點（滲漏出逸點）。該處全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土結(jié)構(gòu)松散，具強透水性，厚約20 m。泉水出露點至其下游約150 m范圍內(nèi)，下伏基巖主要為太古界呂梁山群赤豎嶺組第一巖組深灰色黑云鉀長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖。受斷層、風(fēng)化卸荷等影響，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，構(gòu)成壩基相對透水層。據(jù)鉆孔注水試驗，泉水處下伏基巖滲透系數(shù)為0.11～2.30 m/d，平均值為0.90 m/d，具中等透水性。而距壩后坡腳泉水約150 m以下段，下伏基巖主要為太古界呂梁期侵入巖第二巖組花崗巖，巖性堅硬，結(jié)構(gòu)密實，巖體完整，滲透性弱，可視為相對隔水層（見圖1）。

另外，泉水處下伏呂梁山群赤豎嶺組第一巖組黑云鉀長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖巖性相對較軟，受斷層及風(fēng)化影響，其抗沖刷侵蝕能力較低，故該段河谷基巖面易形成谷底基巖凹槽。據(jù)本次勘察鉆孔揭露，槽底基巖面高程為1 311～1 313 m。而距壩后坡腳泉水約150 m以下段下伏基巖為呂梁期侵入巖第二巖組花崗巖，巖性堅硬，其抗沖刷侵蝕能力強，易形成谷底基巖凸峰。據(jù)本次勘察鉆孔揭露，谷底基巖凸峰面高程為1 316～1 319 m，較上游凹槽基巖面高出3～8 m。

圖1 蛤蟆神水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)剖面圖

綜上分析，泉水出露點至其下游約150 m范圍內(nèi)，下伏基巖面為一基巖凹槽，巖性為太古界呂梁山群赤豎嶺組第一巖組黑云鉀長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖，巖體較為破碎，具中等透水性。而距壩后坡腳泉水約150 m以下段，下伏基巖面為一基巖凸峰，巖性為呂梁期侵入巖第二巖組花崗巖，其巖體完整，具弱透水性。由于普明河為本區(qū)的最低排泄基準(zhǔn)面，河谷兩岸地下水補給河水，且地下水自上游向下游徑流排泄。加之在壩址區(qū)右岸發(fā)育一古河道，古河道處下伏基巖面較低，并堆積有較厚的中更新統(tǒng)洪積卵石混合土，并直接與全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土相連，構(gòu)成統(tǒng)一的含水層，而且壩址處河谷較上游變窄，故壩址區(qū)成為普明河上游流域面積內(nèi)地下水的匯集區(qū)。當(dāng)普明河上游流域范圍內(nèi)的地下水向下游徑流排泄，匯流至壩址附近時，地下水受壩址下游花崗巖凸峰的阻水作用，過水?dāng)嗝鏈p小，使向下游徑流的地下水受阻并回壅，進(jìn)而在壩址處出逸成泉，形成了壩后坡腳處泉水。

5 結(jié)論與建議

根據(jù)壩體土的工程地質(zhì)特性和壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點，建議挖除壩后坡腳處的壩體土，并對壩基進(jìn)行清理編錄，確定壩基泉眼的位置，然后在壩基面鋪土工布2～3層，隔離壩體土與壩基卵石混合土層，在土工布之上鋪設(shè)保護(hù)層，最后填筑壩體土，并分層碾壓。同時，應(yīng)在壩后坡腳處設(shè)滿足設(shè)計要求的反濾層，并應(yīng)使壩基泉水暢通排出，以減少壩基滲透壓力，確保大壩安全穩(wěn)定運行。