“庫中庫”的工程地質勘察工作探討

邢恩達 盧斌強 劉 越

（浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310002）

1 “庫中庫”的由來

大型水庫蓄水后，庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，水體自凈能力和稀釋擴散能力明顯下降，水體置換能力大大降低，大部分污染物滯留在庫區，形成明顯的岸邊污染帶。同時，大面積裸露地面的陸生植物和近岸水生植物又快速成長，蓄水淹沒后大量植物腐爛，形成嚴重的內源污染。大型水庫一般為綜合利用型水庫，具有防洪、發電、灌溉、航運和供水等功能。一到枯水期，庫水位持續下降，在庫尾形成大范圍的水位消落帶，大片沼澤帶在烈日的烘烤、暴曬下，蚊蠅滋生，臭氣熏天，隨時有誘發傳染病的可能，不利于當今對生態環境的要求。因此，在大型水庫的庫尾修建起到水位調節作用的大壩，減少消落區的面積、深度，形成新的、穩定的生態系統，改善自然景觀和人居環境也逐步提上議事日程。

2 目前國內“庫中庫”建設情況

隨著當今社會對生態環境要求的提高，大型水庫庫尾水位下降形成的消落區的環境問題越來越引起人們的重視。以消除水位消落區潛在生態危機為主要目的“庫中庫”建設在國內開始起步。已建成的“庫中庫”有三峽水庫庫尾的開縣“庫中庫”。其建設歷程為：2003年完成《開縣前置庫可行性研究規劃報告》，2006年8月國家發展與改革委員會批復通過了《三峽水庫開縣消落區生態環境綜合治理水位調節壩工程可行性研究報告》。批復三峽水庫開縣消落區生態環境綜合治理水位調節壩工程建設內容包括水位調節壩工程和庫區生態環境建設工程兩大部分。水位調節壩工程由主壩、溢洪道、副壩組成。庫區生態建設工程包括沿岸生態防護林工程、濕地及多塘系統、敞水區生態工程三部分。生態水位調節壩工程已于2007年8月9日開工建設，目前已建設完成，初步具備蓄水條件，并于2010年9月14日開始試驗性蓄水。開縣“庫中庫”消落區面積為45km2，落差達30m。生態水位調節壩建成后，“庫中庫”可保持170m 水位，壩以上25 米落差的消落區面積可減少17.25km2，占壩址以上消落區面積24.64km2的70.1%。

3 “庫中庫”工程地質問題

一般而言，大型水庫建成蓄水后，庫區及其鄰近地帶的地質環境受到較大影響，會產生各種工程地質問題。主要工程地質問題是水庫滲漏、水庫浸沒、水庫塌岸、水庫淤積及水庫誘發地震問題。

對“庫中庫”而言，大壩的壩型一般采用重力壩，其水位調節壩或水位調節堰壩頂高程一般與下游水庫正常蓄水位一致或略低，這樣才能起到枯水期保持“庫中庫”水位，豐水期多余水量下泄至下游水庫的作用?！皫熘袔臁彼龅降墓こ痰刭|問題與下游水庫的工程地質問題基本一致。在對“庫中庫”進行工程地質評價時，應詳細了解下游水庫的工程地質相關資料，并與之保持一致。需注意的是：庫岸穩定評價中，“庫中庫”庫岸巖體或巖土體在水庫蓄水后，將長期受到浸水和波浪的沖蝕作用，有可能造成小范圍的不穩定；在水庫淤積評價中，庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，淤積區可能會向上游擴大。

4 “庫中庫”工程地質勘察特點

水利水電工程地質勘察工作具有研究范圍廣、涉及學科領域多、勘察工作量大且周期長、采用的方法和手段需要有針對性等特點。因此，正確選擇合適的勘察手段和方法，不同方法的有效結合是極其重要的。工程地質勘察手段主要為工程地質測繪，工程地質勘探，工程地質測試與試驗等。對“庫中庫”工程地質勘察手段的特點分別闡述如下。

4.1 工程地質測繪

（1）收集前期地質資料。工程地質測繪是工程地質勘察中最基本的工作。一般大型水庫的地質測繪工作非常詳盡，因此收集下游水庫的地質資料是一項非常重要的工作。

由于下游水庫的測繪重點一般在壩址區附近，而對庫尾部分的地質測繪精度要求不高。因此，除收集前期資料外，還應對“庫中庫”庫區，尤其對“庫中庫”的壩址區進行更為詳盡的地質測繪工作。“庫中庫”壩址區地質測繪工作應以現場地質測繪為主，收集下游水庫的地質資料為輔。

（2）現場地質測繪。大型水庫庫尾的消落帶一般高差達幾十米。為查明庫區的地層巖性、地質構造等工程地質條件，有必要合理安排地質測繪的工作時間。根據烏溪江湖山庫尾水生態治理工程（以下簡稱烏庫尾治理工程）的工作體會，地質測繪工作宜在豐水期開始，持續至枯水期結束。由于庫水的淘刷作用，庫岸無植被覆蓋，地質構造測繪內容比較豐富。此外，該段期間庫水位逐漸下降，地質人員可以乘坐交通船對庫岸逐步出露的露頭進行測繪，包括量測地層產狀、節理、地質構造等。尤其對壩址區陡峭的岸坡，隨著庫水位的下降，可以從上至下對岸坡進行全面的地質測繪。

4.2 工程地質勘探

與地質測繪工作類似，工程地質勘探工作開始前，應詳細了解水庫的消落時間?？碧揭税才旁谪S水期和枯水期之間的過渡期進行。豐水期和枯水期不宜進行工程地質勘探工作的原因有：

（1）“庫中庫”壩址一般盡可能布置靠近下游以保持一定的庫容。這些區域如果在豐水期進行工程地質勘探工作，水深較深，所需套管大大增加，從而增加鉆探平臺的荷重，不利于勘探工作的進行。此外豐水期意味著多雨，多臺風，對水上鉆探工作不利。因此，豐水期不適合進行勘探工作。

（2）“庫中庫”一般位于大型水庫庫尾，在長期蓄水作用下，水庫淤積嚴重。一般情況下，水庫庫底淤積物由淤泥等淤質土組成。若在枯水期庫底全部出露后進行勘探工作，鉆機的搬運將是一件非常困難的事情。

工程地質勘探工作安排在豐水期和枯水期之間的過渡期進行最為適宜。一方面，此時庫水位仍然較高，可以裝配水上鉆探平臺進行勘探工作，方便鉆孔移位。而過渡期一般為秋冬季，庫區內風浪較小，在鉆探平臺上工作較安全；另一方面，過渡期水深比較淺，不需要大量套管，有利于鉆探?？菟陔S著庫水位的下降，鉆探工作隨之調整，由上壩址轉移到下壩址進行。

4.3 水文地質試驗

若壩址區存在一定厚度的覆蓋層，出于圍堰防滲要求的需要，覆蓋層一般要進行注水試驗，基巖進行壓水試驗。由前述可知，“庫中庫”壩址區水位一般較高，水文地質試驗一般要在水下進行。因此，“庫中庫”壩址區水文地質試驗一般有如下要求：

（1）覆蓋層進行注水試驗時，由于鉆孔水深較大，若直接進行注水試驗，效果不大，故應在孔口接一定長度的套管，增加水頭。同時，還應保證各套管連接的密封性，做好止水工作。

（2）基巖進行壓水試驗時，根據壓水試驗規程，地下水位在試驗段以上時，壓力計算零線為地下水位線。因此，水下基巖壓水試驗，壓力計算零線為庫水位高程。此時，壓力計中心至壓力計算零線的水頭壓力較小。為增加壓水試驗的準確性，結合水深，可調高各試驗的三級壓力。

5 烏溪江湖山庫尾水生態治理工程地質勘察實例

5.1 工程概況

烏溪江湖山庫尾水生態治理工程位于浙江省西南部遂昌縣境內，烏溪江上游湖山源支流上。下游湖南鎮水庫正常蓄水位為230m，歷年枯水期最低水位為200m。庫區水位隨湖南鎮水庫蓄泄起伏不定，水位消落后，部分庫底出露。為改善湖山庫尾水生態環境，擬建潛水壩，形成前置庫。

項目建議書階段對上、下壩址進行了比較，上壩址位于湖山鎮下游約1.4km，龍珠崗附近；下壩址位于湖山鎮赤山渡口上游約350m。正常蓄水位為226m，總庫容0.7億m3。

工程主要建筑物由潛水壩、導流隧洞組成。潛水壩為混凝土灌砌石重力壩，上壩址壩頂高程226m，壩長608m，最大壩高38m；下壩址壩頂高程226m，壩長223m，最大壩高43m。

5.2 地質勘察工作概況

根據“庫中庫”工程特點，本次工程地質勘察工作安排在豐水期與枯水期之間的過渡期進行，外業工作期間庫水位一般為210～200m。進場時庫水位為210m，上壩址區水深10m，下壩址區水深30m，外業結束時庫水位為200m，上壩址區露出水面，下壩址水深20m。

首先進行地質測繪工作，庫岸經沖刷后露頭揭露情況較好。隨著庫水位的下降，露頭斷面由上至下逐漸揭露。地質人員每隔一段時間乘坐交通船進行庫岸的地質測繪工作，在外業期間詳細查明了上、下壩址兩岸出露巖體的地層巖性、產狀、節理發育、斷層、軟弱夾層情況。為正確評價上、下壩址的工程地質條件打下基礎。

地質勘探工作與地質測繪工作同期進行，進場時在庫尾碼頭搭建水上鉆探平臺，安裝鉆機。再用交通船將平臺拉到指定鉆孔位置，隨著庫水位的下降，上、下壩址的水深逐漸減小。因此，安排鉆孔順序為先上壩址，后下壩址。同一壩址則從左到右，先壩肩后河床。

壩址區覆蓋層進行注水試驗時，在孔口接2m 以上的套管增加水頭。同時，將各套管連接口加麻絲增加密封性，做好接口的止水工作?；鶐r進行壓水試驗中，為增加試段壓力，將各段次的試驗壓力調整為0.3、0.6、0.9MPa。

根據水文地質試驗，查明上壩址區河床砂礫卵石層滲透系數K=1.2×10-3～5.3×10-3cm/s，屬中等透水性。相對隔水層線埋深(q≤5Lu)：左岸20.0～30.0m，河床18.0～20.0m，右岸25.0～35.0m。下壩址區河床砂礫卵石層滲透系數K=1.1×10-3～1.7×10-3cm/s，屬中等透水性。相對隔水層線埋深(q≤5Lu):左岸25.0～30.0m，河床10.0～15.0m，右岸25.0～30.0m。

經過前期詳細的工程地質勘察工作，基本查明了上、下壩址的工程地質條件。上壩址兩岸地形左緩右陡，河谷相對較寬，組成壩基的巖性較復雜，有流紋質晶屑玻屑凝灰巖、鈣質粉砂巖、砂巖、砂礫巖和安山玢巖。巖體堅硬程度相差較大，壩基巖體從CⅢ類到AⅢ2類不等。壩址斷裂小構造發育，左岸受斷層影響，全風化帶較厚，壩基由于差異風化，發育緩傾角軟弱夾層，產狀80°，NW∠11°，傾向下游偏右岸，對抗滑穩定不利。上壩址工程地質條件一般，經工程處理后具有建壩條件。下壩址兩岸地形對稱，河谷相對較窄，壩址巖性由英安質含角礫晶屑玻屑凝灰巖和晶屑凝灰巖組成，兩壩肩位置發育凝灰巖和鈣質粉砂巖夾層。壩基巖體以AⅢ2類和AⅡ類為主。壩址斷裂構造不發育，壩基巖體相對較完整，弱風化帶埋深較淺。壩址雖有緩傾角軟弱夾層分布，但分布高程較高，且總體傾向上游，工程地質條件總體較上壩址好。因此，僅從地質條件分析，下壩址優于上壩址。

6 結論

（1）在對“庫中庫”進行工程地質評價時，應注意與下游水庫的工程地質相關資料保持基本一致；對庫岸進行穩定評價時，應考慮到“庫中庫”庫岸巖體或巖土體在水庫蓄水后，有可能造成小范圍的不穩定；對于水庫淤積評價時，應注意到由于庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，淤積區可能會向上游擴大。

（2）對于地質勘察工作的安排應選擇合適的外業工作時間。地質測繪工作宜在豐水期開始，持續至枯水期結束。工程地質勘探工作宜安排在下游水庫豐水期和枯水期之間的過渡期進行。

（3）“庫中庫”壩址區地質測繪工作以現場地質測繪為主，收集下游水庫的地質資料為輔。

（4）“庫中庫”壩址區水文地質試驗考慮到水頭的影響，試驗時注水試驗宜增加水頭，基巖宜增加試段壓力。

1 沈鎮偉，邢恩達等.烏溪江水生態治理工程項目建議書[R].2010.