龍?zhí)逗铀畮煊野稁r溶滲漏問題分析

李擇衛(wèi)

(湖南省水利水電勘測設計研究總院,湖南 長沙 410007)

龍?zhí)逗铀畮煊野稁r溶滲漏問題分析

李擇衛(wèi)

(湖南省水利水電勘測設計研究總院,湖南 長沙 410007)

龍?zhí)逗铀畮煳挥趶妿r溶區(qū),在地質勘察過程中發(fā)現(xiàn)水庫右岸河間地塊可能存在巖溶滲漏問題,成為影響水庫能否成庫的制約因素。為查明右岸河間地塊是否存在地下水分水嶺及其與水庫正常蓄水位的相對關系,在掌握水庫基本地質條件的前提下,有針對性地采取泉井調查、地下水示蹤試驗、地質鉆探、鉆孔地下水位長期觀測等綜合勘察手段,對水庫巖溶滲漏問題進行了全面深入分析,尤其對水庫右岸地下水位獲取及可靠性進行了探討,最終得出在擬定的正常蓄水位時,水庫不存在巖溶滲漏問題的結論。

水庫;巖溶;滲漏;示蹤分析

湖南省龍山縣龍?zhí)逗铀畮旃こ涛挥诤鲜↓埳娇h茅坪鄉(xiāng)紫龍村境內酉水支流——小河上游,水庫正常蓄水位638 m,最大壩高為58 m,總庫容約為498萬m3。是一座以煙草灌溉為主,兼顧城市水源儲備和灌區(qū)人畜用水的Ⅳ等小(1)型水利工程[1-3]。

龍?zhí)逗铀畮煳挥谔妓猁}巖區(qū),水庫附近巖溶極其發(fā)育,在壩址下游0.9～1.6 km河床段,河水逐漸潛入地下,成為斷頭河,因此,需對龍?zhí)逗铀畮斓膸r溶滲漏條件進行研究,以論證水庫的成庫條件。本次通過對龍?zhí)逗铀畮鞄炫璧匦?、巖性、構造及巖溶水文地質條件的深入調查、觀測,證明水庫左岸不會產生滲漏問題,但水庫右岸分布一相對獨立的河間地塊,并有較大規(guī)模的順河向斷層構造在河間地塊發(fā)育,需查明沿右岸河間地塊產生巖溶滲漏問題的可能性。

1 地質條件概述

1.1 地形地貌

水庫兩岸屬低中山溶丘洼地峽谷地貌類型,河谷呈“V”字型,兩岸地形大致對稱,岸坡陡峻,山頂高程多在1 000 m以上,兩岸無低于正常蓄水位的低矮埡口和鄰谷分布,地形封閉條件好[4]。

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。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。

水庫在壩址區(qū)稍上游向右呈近90°大轉折,壩址下游約1.7 km處右岸有橫河向的上河沖溝發(fā)育。水庫右岸有NW向的F3斷層發(fā)育,斷層在庫盆中部與獅刀河相交,相交處河床高程約623 m,往下游延伸則與上河沖溝相交,交匯處高程約為640 m,從地形上看,由獅刀河、小河、上河沖溝及F3斷層共同構成了一相對獨立的右岸河間地塊。

1.2 地層巖性

寒武系中統(tǒng)高臺組—茅坪組(∈2g+m):為深灰—灰白色中厚—厚層狀白云巖、灰?guī)r夾粉砂巖,粉砂巖夾層一般厚度不超過2.0 m,分布于庫區(qū)下游。

寒武系中統(tǒng)光竹嶺組(∈2gn):上部為深灰色薄層—巨厚層條帶狀灰?guī)r、灰?guī)r,分布于水庫下游。

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夾白云質灰?guī)r,下部以淺灰、灰白色中厚—巨厚層狀白云質灰?guī)r、灰質白云巖互層,夾灰色灰?guī)r,分布于庫區(qū)兩側。

奧陶系下統(tǒng)南津關、分鄉(xiāng)、紅花組(O1n+f+h):上部為灰色厚層含少量隧石結核的灰?guī)r,中部為灰色厚層灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r,下部為灰色中厚—厚層灰?guī)r、白云巖,僅庫尾小龍河支流有少部分庫盆由該地層構成。構成庫盆的地層中無相對隔水層分布。庫區(qū)地質簡圖見圖1。

圖1 庫區(qū)地質簡圖Fig.1 Generalized geologic map of reservoir area1.地層代號;2.巖組分界線;3.平移斷層及其編號;4.巖層產狀;5.水庫正常蓄水位。

1.3 地質構造

巖層主要產狀:N40°～80°E/SE∠13°～25°,總體傾向上游。對右岸河間地塊滲漏可能有影響的主要是F3斷層,該斷層位于右岸山坡處,走向與樞紐處小河流向基本平行為平移斷層,向上游延伸于庫中與小河相交,規(guī)模相對較大。斷層產狀:N50°W/SW～NE∠80°～85°,傾角陡立,斷層帶寬3～5 m,局部達10 m,斷層帶內充填方解石脈,沿斷層及其影響帶分布多處落水洞。斷層于水庫中部623 m高程處與河流相交,沿斷層方向,在水庫右岸小河—下游上河沖溝之間,形成一相對凹槽狀條帶地形。

1.4 巖溶水文地質條件

1.4.1 巖溶發(fā)育特征

河間地塊地下水類型為巖溶水。巖性主要為∈2gn、∈3hz的灰?guī)r、白云質灰?guī)r、灰質白云巖夾少量頁巖,其巖溶發(fā)育強度逐漸減弱,其中夾層厚度多<20 cm,無厚度較大的相對隔水層分布,近壩址區(qū)巖溶發(fā)育相對較弱,無溶洞分布,亦無巖溶大泉及地下河發(fā)育。

構造對巖溶發(fā)育規(guī)模、方向、地下水徑流、排泄等起著控制性作用。層面、節(jié)理面及斷層帶為地下水運移的天然通道,巖溶主要沿這些方向發(fā)展。沿節(jié)理面方向發(fā)育的溶蝕形態(tài)多,但規(guī)模相對較小。呈NW向延伸的F3斷層附近分布多處落水洞,而單純沿層面方向巖溶強度一般相對較弱,未形成規(guī)模較大,連續(xù)性較好的巖溶通道。

1.4.2 地下水示蹤試驗

為查明地下水的徑流方向,進行了3次地下水示蹤試驗,試驗示蹤劑采用熒光素鈉,試劑投入位置為河水消落點或落水洞,然后在下游示蹤劑可能出露點取水樣進行室內檢測。根據(jù)水樣中示蹤劑濃度的變化分析試劑投入點與出露點之間的連通性,并據(jù)此分析地下水的徑流方向。各次試驗試劑投放位置見圖2。第1次示蹤試驗的試劑投放點位于壩址下游1.0 km處的河床消水點處,取水樣點位于壩址左下游的火燒巖地下河出口,距壩址區(qū)直線距離13 km;第2次示蹤試驗的試劑投放點位于小龍河支流上游的消水點處,取水樣點位于小龍河出口位置;第3次示蹤試驗的試劑投放點位于庫首右岸的大型落水洞處,高程約1 100 m,取水樣點位于壩軸線處,所取水樣室內檢測部分成果見表1。

表1 地下水示蹤試驗部分水樣檢測成果表

從表1可以看出,各次試驗中均出現(xiàn)了示蹤劑濃度值顯著大于初始濃度值的水樣,表明了取水點與示蹤劑投放點存在連通關系。第1次地下水示蹤試驗,證明水庫下游潛入地下的河水流向了13 km以外的火燒巖地下河出口;第2次地下水示蹤試驗表明,自X2消水洞流入地下的水流向庫內徑流;第3次地下水示蹤試驗表明,水庫右岸的地下水向庫內徑流。

1.4.3 地下水與河水動態(tài)關系

通過泉井調查、地下水示蹤試驗分析,證明水庫兩岸線狀地下水向小河排泄,屬補給型河谷巖溶水動力類型[5]。右岸河間地塊附近的水庫周邊地下水與河水動態(tài)關系示意如圖2。

圖2 地下水與河水動態(tài)關系示意圖Fig.2 Sketch map of groundwater and river dynamic relation1.正常蓄水位線;2.地下河編號;3.下降泉編號;4.濕地泉;5.消水點編號;6.推測地下水流向。

2 水庫向右岸河間地塊滲漏問題分析

2.1 地質環(huán)境

因水庫右岸河間地塊現(xiàn)狀地下水位較平緩,沿河間地塊有順河向F3斷層發(fā)育,下游有上河沖溝深切,壩址下游800～1 600 m段河水逐漸潛入地下,成為斷頭河。因此,不能排除蓄水后庫水沿河間地塊向下游發(fā)生巖溶滲漏的可能性。河間地塊地質示意見圖3。

圖3 右岸河間地塊地質示意圖Fig.3 Geological sketch map of block between rivers of right bank1.溶洞及編號;2.落水洞;3.巖溶泉編號;4.消水點編號;5.巖層產狀;6.鉆孔。

基本地質條件:河間地塊出露地層為∈2gn灰?guī)r、∈3hz的灰?guī)r、白云質灰?guī)r及灰質白云巖等,巖層傾向上游,傾角12°～20°,其中灰質白云巖巖溶發(fā)育相對較弱;F3斷層寬度一般3～5 m,充填方解脈,密實,完整性好,兩側巖體亦完整;河間地塊巖溶發(fā)育,但主要以垂直方向的落水洞為主,沒有發(fā)現(xiàn)貫通的水平向溶洞發(fā)育;右岸河間地塊近河段現(xiàn)狀地下水向壩址上游河床排泄,河谷巖溶水動力類型為排泄型。

河間地塊水文地質調查:下游上河沖溝在610～650 m高程之間長年流水不斷,據(jù)調查,上河沖溝溪水源頭高程約700 m,勘察期流量約0.8～1.6 L/s,F3斷層與上河沖溝交匯處見有W17巖溶泉出露,勘察期流量約0.3～0.5 L/s,出露高程640 m,為永久泉。

2.2 河間地塊地下水位分析

2.2.1 研究工作布置

因壩址附近河間地塊沒有流量較大的、高于正常蓄水位的巖溶泉出露,泉井調查無法確定河間地塊部位地下水的高程。而在壩址區(qū)勘察時,在右岸鉆孔中觀測到的地下水位均較低,不能排除河間地塊是否存在地下水凹槽。為查明水庫右岸河間地塊地下水位及其與水庫正常蓄水位的關系,需在右岸河間地塊部位布置地下水位長期觀測鉆孔。

經(jīng)過綜合考慮,確定在壩址區(qū)右岸河間地塊區(qū)布置兩個地下水位長觀孔,其中ZK22鉆孔布置壩址附近,目的是查明壩址區(qū)附近地下水位高程;另一鉆孔ZK24布置在河間地塊內側F3斷層與右岸山脊線的相交位置附近,目的是查明河間地塊是否存在地下水凹槽。在鉆孔過程中,實時觀測孔內水位變化,以確定合適的終孔深度,在鉆孔終孔后,再對鉆孔地下水位進行長期觀測,最終確定河間地塊的穩(wěn)定地下水位,為評價水庫右岸滲漏問題提供依據(jù)。

2.2.2 鉆孔地下水位觀測資料分析

ZK22及ZK24鉆孔分別于2015年4月及2015年5月終孔,終孔時地下水位深度分別為104.0 m(高程641.36 m)和160.6 m(高程731.4 m),經(jīng)過半年多時間的觀測,ZK22鉆孔水位深度基本維持在104.0～105.4 m(高程641.36～639.96 m),ZK24鉆孔水位深度基本維持在152.7～160.3 m(高程739.3～731.7 m),鉆孔地下水位長期觀測成果見表2。

表2 鉆孔地下水位長觀成果表

ZK24鉆孔位于水庫右岸河間地塊埡口處,孔口高程892 m,遠高于水庫正常蓄水位638 m。為了獲取該處準確的地下水位,又避免鉆孔過深,在鉆孔過程中需要不斷觀測孔內地下水位及其變化幅度,以獲知鉆孔處的大致地下水位。在孔深至153 m后,停鉆4 d,專門進行水位觀測,觀測到第3天水位基本穩(wěn)定在孔深117 m(高程775 m)附近,呈短時間穩(wěn)定狀態(tài),說明該孔117～153 m段透水性較弱,無較大的巖溶管道與鉆孔連通。然后恢復鉆進,于2015年5月25日孔深173～178 m段揭露到較大溶洞后,即停鉆5 h進行了水位觀測,實測孔內水位已突降至孔深163 m(高程729 m),表明孔深173～178 m處揭露到的溶洞導水性良好,其后又鉆至孔深188 m,其間觀測到的孔內水位基本維持在孔深156.5～160.3 m(高程735.5～731.7 m),孔內水位高于溶洞頂板。以上表明,雖然ZK24孔終孔后,水位觀測時間不長,但因鉆孔于173～178 m揭露到的溶洞導水性好,是一處強巖溶透水通道,因此,ZK24鉆孔處的水位大致能反應出鉆孔所在山體處的地下水位。據(jù)此,決定在孔深188.0 m時終孔并進行孔內水位長觀。

雖然至今觀測時長未達到一個完整水文年,但觀測時段已跨越了豐水期及枯水期,期間地下水位波動幅度一直不大,因對于連通性好的巖溶通道來說,地下水位穩(wěn)定時間可以大大縮短,因此,將目前ZK22及ZK24鉆孔水位視為穩(wěn)定水位是可靠的。

2.2.3 地下水徑流分析

ZK22與ZK24相距700 m,兩鉆孔大致位于右岸河間地塊的地形分水嶺連線上,將兩鉆孔之間的地下水位簡單相連,則地下水水力坡降約為12%,雖然坡降較平緩,但符合地下水自山坡后緣向河流運移補給的一般規(guī)律。如果ZK22與ZK24鉆孔之間的河間地塊部位存在低于640 m高程(ZK22鉆孔地下水位)的地下水凹槽帶,則ZK22鉆孔處水位就不可能維持在640 m附近,因為ZK22鉆孔附近一帶除了后緣山體分水嶺補給以外,再無其它補給。因此,ZK22-ZK24之間無低于640 m高程的地下水凹槽帶分布,且右岸地下水徑流自ZK24鉆孔向ZK22鉆孔方向流動。

2.3 滲漏問題評價

根據(jù)上述分析資料,右岸河間地塊的水文地質縱、橫剖面示意如圖4。根據(jù)河間地塊水文地質剖面圖,得出:

(1) 在右岸河間地塊部位,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,且勘察期地下水分水嶺高程高于水庫正常蓄水位638 m。

(2) 自壩址往右至ZK24鉆孔處,地下水位呈逐漸升高的趨勢,水力坡降12%～31%,右岸河間地塊無低于水庫正常蓄水位638 m的地下水位凹槽帶分布,因此,河間地塊在垂直于河流方向上亦存在地下水分水嶺,且地下水分水嶺高程亦遠高于正常蓄水位638 m。

圖4 右岸河間地塊縱橫剖面示意圖Fig.4 Sketch map of longitudinal profile and cross sectionas of block between rivers of right bank

綜合分析,由于右岸山體雄厚,右岸河流沿F3斷層—下游上河沖溝距離長度約1.8 km,距離較長;巖層傾向上游,傾角平緩;分析壩址區(qū)右岸河間地塊在順河流方向及垂直河流方向上均存在地下水分水嶺,且勘察期分水嶺的高程均高于729.0 m,遠高于水庫正常蓄水位638 m;在垂直河流方向上,右岸埡口ZK24鉆孔至小河之間亦無低于正常蓄水位的地下水凹槽帶分布。因此,在正常蓄水位高程638 m時,水庫沿右岸河間地塊不會產生巖溶滲漏問題。

3 結論

(1) 按水庫正常蓄水位638 m考慮,水庫不存在大的巖溶滲漏問題。

(2) 在巖溶區(qū)進行地質勘察時,泉井調查及示蹤試驗能很好地幫助分析地下水的分布高程及流向,但當巖溶泉井數(shù)量較少時,仍需進行鉆孔查找地下水位。

(3) 當必須采取重型勘探查證巖溶區(qū)地下水位時,勘探孔應盡量布置在最能充分反映地下水位特征的部位。

(4) 本文鉆孔地下水位觀測雖未達到一個完整的水文年,但跨越了豐水期和枯水期,期間鉆孔水位波幅較小,鉆孔處巖溶通道連通性好,因而鉆孔水位能夠基本反映該處的穩(wěn)定地下水位;ZK24鉆孔水位遠高于水庫正常蓄水位,以后即便水位有小幅下降,亦有不少余地,因此,根據(jù)目前鉆孔水位觀測資料對巖溶滲漏問題進行評價得到的結論是可靠的。

[1] 陳文理,王懷球,向能武,等.構皮灘水電站壩址區(qū)巖溶發(fā)育特征[J].人民長江,2006,37(3):11-13.

[2] 李擇衛(wèi).地下水示蹤試驗在巖溶滲漏分析中的應用[J].人民長江,2013,44(S1):115-116.

[3] 湖南省水利水電勘測設計研究總院.龍?zhí)逗铀畮旃こ碳际┰O計補充勘察階段工程地質勘察報告[R].長沙:湖南省水利水電勘測設計研究總院,2015.

[4] 李擇衛(wèi).根據(jù)水文地質調查和示蹤試驗分析巖溶區(qū)水庫滲漏條件[J].湖南水利水電,2014,192(4):34-37.

[5] 鄒成杰.水利水電巖溶工程地質[M].北京:水利電力出版社,1994.

(責任編輯：陳姣霞)

Analysis of Leakage Problem of Right Bank of Longtanhe Reservoir

LI Zewei

(HunanHydro&powerDesignInstitute,Changsha,Hunan410007)

The Longtanhe reservoir,located in the karst area,is found that there exists karst leakage problems on the right bank. To find out the geological conditions of right bank and the leakage possibility,the well investigation,groundwater tracer testing,geological drilling,long-term observations of ground water level,have been carried on.It is concluded that with the normal storage level,the reservoir has not the karst leakage problems.

reservoir; karst; leakage; tracer analysis

2016-04-29;改回日期:2016-05-08

李擇衛(wèi)(1969-),男,高級工程師,水文地質與工程地質專業(yè),從事水文地質、工程地質的勘測設計工作。E-mail:lzww@sina.com

TV697.3+2

A

1671-1211(2016)03-0399-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.035

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.008.html 數(shù)字出版日期:2016-05-11 15:36