唐山陡河水庫鳳山地下水滲流場探測分析

張麗艷

（唐山市陡河水庫管理處，河北 唐山 063021）

唐山市陡河水庫建成于1956年，是引灤入唐工程的終端調(diào)節(jié)水庫。水庫上游來水量和下游供水量差別較大，每天的損失量扣除蒸發(fā)量后可達1.0×105m3。水庫運行40多年以來，超過正常蓄水位（34.0 m）共3次，最高水位達34.33 m，左壩肩山體存在強滲漏通道可能是引發(fā)上述問題的主要原因?；诖?，本文通過同位素綜合示蹤等方法對陡河水庫地下水滲流場進行探測分析。

1 庫區(qū)地質(zhì)概況

陡河水庫位于河北省唐山市東北約15 km處，大壩為均質(zhì)土壩，最高壩高25 m，包括河床段、一級臺地段，主壩全長1700 m。庫區(qū)內(nèi)地質(zhì)大部分為第四紀沖積區(qū)，屬近海三角洲的沉積產(chǎn)物，后期經(jīng)過上升、下降、沖刷、沉積作用，形成了現(xiàn)在的河槽及沖槽。

大壩的東端鳳山區(qū)屬寒武紀灰?guī)r，巖中夾雜有灰質(zhì)或泥質(zhì)頁巖，地質(zhì)斷層、裂隙較多，屬喀斯特發(fā)育，滲透系數(shù)一般為12.5 m/d，兩紀巖層交界處有頁巖隔水層分布。

2 水庫鳳山地下水滲流場分析

在水庫左坡岸鳳山段設(shè)置10個示蹤實驗孔，對該地段進行水文地質(zhì)條件及滲流特征分析。側(cè)孔深度40 m～140 m不等，觀測孔平面位置，觀測孔平面位置見圖1[1]。

2.1 水庫溫度示蹤試驗

為調(diào)查水庫中的低溫滲漏通道，對水庫進行溫度示蹤試驗，測量每個試驗點的溫度電導(dǎo)值，并取部分水樣進行同位素和水化學(xué)分析[1]。分析發(fā)現(xiàn)，水庫的低溫滲漏通道從水庫上游通過河床洼地呈線性分布，見圖1。

圖1 水庫溫度示蹤試驗點

2.2 環(huán)境同位素與水化學(xué)分析陡河水庫滲流場

陡河水庫雨水觀測站設(shè)于石家莊，觀測站雨水線與陡河水庫區(qū)水樣D、18O同位素分布圖（見圖2）顯示多數(shù)數(shù)據(jù)已嚴重偏離了該條雨水線。通過回歸分析[2]，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之間的相關(guān)值為0.4404，發(fā)生了18O漂移，即表明水氣、水巖之間存在相互作用，水中的同位素發(fā)生了平衡分餾。

圖2 石家莊地區(qū)雨水線與陡河水庫區(qū)水樣D、18O同位素分布

水樣中的Ca2+離子與TDS的相關(guān)性達到58%，金屬離子與礦比度的相關(guān)性達到95.22%，而其它的陽離子與TDS的相關(guān)性都較差，這說明電導(dǎo)率增大的主要原因是水中的Ca2+離子，參見圖3、圖4。

圖3 Ca離子-TDS相關(guān)分析

圖4 金屬離子-TDS相關(guān)分析

在徑流方向上Cl-含量只會增加不會減少。水庫中3個水樣中的Cl-含量分別為32.56 mg/L、32.56 mg/L和32.21 mg/L。在各鉆孔中，只有9#、10#孔中的Cl-含量高于此值，均為80.16 mg/L，顯然，水庫的滲漏通道只能在9#、10#孔一帶。

3 示蹤探測結(jié)果分析

（1）1?？妆韺? m處的計數(shù)率大，較為破碎，21 m、27 m、41 m處出現(xiàn)了密度尖點，說明此處也較為破碎。鉆孔過程中在21 m、27 m孔深處出現(xiàn)過落鉆，表明該孔的滲透流速較大，根據(jù)檢測，鉆孔底部51 m孔深處滲透流速達到0.8 m/d。電導(dǎo)在34 m～44 m孔深處電導(dǎo)值只有510 μs/cm～520 μs/cm，出現(xiàn)低谷，說明34 m～44 m孔深處有地下水的補給，對應(yīng)的滲透流速較大，但該孔的溫度隨孔深有上升趨勢，說明滲漏水流補給時間較長，來自庫水的滲漏量并不大[3]。

（2）2#孔28 m孔深以上計數(shù)率較大，密度尖點多，地層較為破碎，地下水位以下47 m孔深（高程5.07 m）處出現(xiàn)一密度尖點。從流速分布圖來看，在孔深47 m處的流速最大，達到1.2 m/d，由于1#孔和2#孔中的流速都相對其他孔較大，但兩孔的溫度較高，不存在低溫滲漏通道[4]。

（3）3#孔31 m孔深以上地層的密度計數(shù)率較大，地層破碎，地下水位以下（44 m孔深以下）地層密度計數(shù)率較小，地層密實，地下水滲透流速小，滲透流速在0.15 m/d～0.26 m/d，幾次測量的溫度都較高，高于同期的5#～10#孔，不可能存在低溫滲漏通道。

（4）4#孔的密度計數(shù)率較大，地層破碎嚴重，孔中的滲透流速在0.38 m/d～0.9 m/d之間，鉆孔過程中多次掉鉆；測得溫度較高，高于同期的5#～10#孔溫度1℃～4℃，隨季節(jié)變化小，不可能存在低溫滲漏通道。

（5）5#孔在孔深24.12 m以上密度計數(shù)率較大，巖層破碎；孔深30.12 m和37.12 m處出現(xiàn)兩個密度尖點，可能有裂隙或溶洞發(fā)育[5]。5＃滲漏流速較小，最大流速僅為0.12 m/d，孔溫度基本呈梯形上升趨勢，屬正常的地溫變化。

（6）6#孔在孔深12.78 m以上、38.78 m～52.78 m孔深處的巖層密度計數(shù)率偏大，巖層較為破碎，另外在54.78 m孔深處出現(xiàn)一密度尖點，相應(yīng)流速0.15 m/d，該孔的最大流速出現(xiàn)在孔深53.28 m附近，為0.25 m/d。參數(shù)表明水流補給時間長，具有溶蝕條件。

（7）7#孔地下水位以上（孔深54.15 m，13 m高程以上）計數(shù)率普遍偏大，巖層破碎程度較重，孔深54.15 m以下計數(shù)率較小，巖層密實度好，滲流流速小，最大滲透流速在孔深56.15 m（11 m高程）處，僅為0.1 m/d，溫度隨孔深呈上升趨勢，表明滲漏水流的補給時間長，具有溶蝕條件，但不存在很強的滲漏通道。

（8）8#孔地下水溫度變化較小，孔中存在明顯的垂向流，除表層4 m外，該孔的密度計數(shù)率小，巖層較密實，表明滲漏水流補給時間長，存在溶蝕的可能性[6]，但不存在很強的集中滲漏通道。

（9）9#孔加深前的滲透流速較小，最大流速僅為0.08 m/d，測得溫度相對較低，10#孔滲透流速也較小，最大流速為0.1 m/d，孔深12.7 m（71 m高程）處密度計數(shù)率較大，可能有裂隙或溶洞發(fā)育[7]，鉆孔中在此處存在漏水，地下水位以下密度計數(shù)率較小，地層較密實，驗證了較小的滲透流速。

從溫度電導(dǎo)情況看，10#孔的溫度最低，但是10#孔的測量孔深只有85 m，而9#孔的測量孔深達到143 m。9#孔地下水溫度隨孔深的變化有下降趨勢，說明在9#孔附近存在一個吸熱熱源作用，抵消了地溫梯度的影響。位于孔深69.52 m（10.5 m高程）處，溫度隨著孔深呈下降趨勢，最低溫度只有13.2℃，孔底部溫度只有14.4℃，最大水平滲透流速0.6 m/d，向上的垂向流速達到1 m/min，致使該孔的地下水溫度變化小，揭露了底部的承壓水層。

取10#孔兩個水樣，其中T含量分別為:12.16TU和17.23TU，年齡相對9#孔中的水樣較老[8]，因此滲漏通道更靠近9#孔，這一點也得到連通實驗的驗證。

4 結(jié)語

考慮唐山陡河水庫集中滲漏通道分布的隨機性與復(fù)雜性，建議1#～10#孔灌漿的頂部高程為34 m，9#孔的灌漿的底部高程為-90 m，10#孔灌漿的底部高程為-85 m，施工中根據(jù)揭露的鉆孔情況和地層測試結(jié)果，隨時調(diào)整灌漿深度和范圍，以更好地提高灌漿效率，節(jié)約灌漿費用，為水庫的安全施工及運行提供依據(jù)。