四川龍?zhí)了畮?kù)溶巖發(fā)育及滲透問(wèn)題淺析

張武茂

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710001）

1 工程概況

龍?zhí)了畮?kù)工程位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣北部梅雨河一級(jí)支流馬壩河上，距西昌市180km，距鹽源縣13km，系雅礱江的四級(jí)支流，地面高程2300 m～3000 m。壩址位于馬壩河下游的峽谷段，大壩為常態(tài)混凝土拱壩，正常蓄水位2420 m，壩頂高程2423 m，最大壩高63 m，總庫(kù)容1.49億m3，屬Ⅱ等大（2）型水利樞紐工程。

1.1 巖溶發(fā)育規(guī)律

龍?zhí)了畮?kù)庫(kù)壩區(qū)屬孤峰洼地巖溶地貌，本區(qū)分布有Ⅳ級(jí)松林夷平面，高程2400 m～2500 m。由于該區(qū)大部分被第三系地層覆蓋，巖溶形態(tài)呈星點(diǎn)狀出露于大龍?zhí)烈陨希瑢賻r溶水的徑流排泄區(qū)，大龍?zhí)烈韵轮翂沃穮^(qū)屬巖溶水的徑流排泄區(qū)。

1.2 巖溶發(fā)育的主要層位與巖溶層組類型

庫(kù)區(qū)三疊系中統(tǒng)白山組碳酸鹽巖地層僅于壩址區(qū)及近壩區(qū)出露0.2km2，厚度281 m～1737 m，據(jù)巖溶調(diào)查分析統(tǒng)計(jì)，本區(qū)巖溶發(fā)育的主要層位是三疊系中統(tǒng)白山組上段（T2b3）均勻狀石灰?guī)r，其次是中段（T2b2）均勻狀純碳酸鹽巖和老第三系紅崖子組均勻狀不純的碳酸鹽巖，厚度約55.8 m。與庫(kù)壩區(qū)有關(guān)的可溶巖層組類型如表1。

1.3 巖溶形態(tài)及充填物特征

庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育形態(tài)多樣，常見的有漏斗、落水洞、地下暗河、溶洞、溶隙等，其充填程度、充填物的物質(zhì)組成及密實(shí)程度亦不盡相同。

1.3.1 漏斗、落水洞

主要分布于三棵樹，壩區(qū)旱船頂部有少量分布。直徑一般在3 m～5 m左右，最大可達(dá)10 m以上，深度數(shù)米至數(shù)十米，多呈碟狀或錐狀。漏斗底部多為紫紅色粘土夾灰?guī)r碎塊石或被新第三系粘土巖覆蓋，充填較密實(shí)，周壁常有零星灰?guī)r露頭；落水洞底部常漸變?yōu)槿芪g裂隙或豎井，大部分無(wú)充填，具有很強(qiáng)的導(dǎo)水能力。

1.3.2 溶洞及溶隙

二者常伴生出現(xiàn)，測(cè)區(qū)分布較為普遍，多為水平溶洞，大者直徑一般在1.5 m以上，深度10 m以上，人可進(jìn)入。洞口一般垂直附近河谷發(fā)育，到一定深度后，發(fā)育方向受構(gòu)造線控制，轉(zhuǎn)化為溶隙。其充填程度及規(guī)模不盡相同，一般進(jìn)口段基本無(wú)充填或底部被灰?guī)r碎塊石和鈣華充填；當(dāng)進(jìn)入受構(gòu)造線控制的溶隙段，一般為半充填；充填物多為紫紅色粘土夾灰?guī)r碎塊石、礫石等，粘土大部分已脫水呈半固結(jié)狀，粘粒含量達(dá)51%～56%，常處于硬塑狀態(tài)。灰?guī)r碎礫石直徑一般2cm～5cm，含量約在5%～15%，處于地下水位以下的溶洞、溶隙中，充填的碎礫石及砂粒含量明顯增多，粘粒含量相對(duì)較少。

1.3.3 地下暗河

如大龍?zhí)帘闶堑叵掳岛拥某隹冢樗诹髁窟_(dá)5m3/s～7m3/s，枯水期有斷流現(xiàn)象，而暗河進(jìn)口則在古柏河大院子上游4km的溶洞、溶隙處，長(zhǎng)度約10km。

1.4 庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育的主要規(guī)律

（1）巖溶發(fā)育程度、規(guī)模與巖性關(guān)系密切。

工程區(qū)分布的幾套地層中（T2b3、T2b2、T2b1、T3xb、Eh、N2x）， 三疊系中統(tǒng)白山組上段（T2b3）的均勻狀質(zhì)純灰?guī)r，厚度大，層位穩(wěn)定，分布廣泛，是巖溶最為發(fā)育的主要層段，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，庫(kù)壩區(qū)及兩岸鄰谷發(fā)育的40余個(gè)大型溶洞，有34個(gè)發(fā)育在該地層中，占總?cè)芏磦€(gè)數(shù)的85%。巖石礦化分析及溶解度試驗(yàn)資料顯示，T2b3厚層灰?guī)r化學(xué)成份CaO為主，平均含量55%，CaO/mg O為12.3，絕對(duì)溶解量達(dá)300 mg/L～330 mg/L，相對(duì)溶解度平均值為1.1，且普遍具有生物碎屑結(jié)構(gòu)，有利于巖溶的發(fā)育。

表1 庫(kù)壩區(qū)碳酸鹽巖層組類型表

表2 測(cè)區(qū)巖溶發(fā)育時(shí)期簡(jiǎn)表

（2）巖溶發(fā)育方向受地質(zhì)構(gòu)造控制明顯。

庫(kù)區(qū)褶皺及斷層對(duì)巖溶發(fā)育的方向及發(fā)育程度有明顯相關(guān)性，通常與構(gòu)造線方向具有一致性。庫(kù)區(qū)左岸北東向褶皺、右岸北西向褶皺及近南北向斷層構(gòu)造，對(duì)巖溶發(fā)育、分布方向以及巖溶水的運(yùn)動(dòng)方向控制性明顯。如馬壩河左岸北東方向上的古柏河的大院子峽谷段向大龍?zhí)练较虬l(fā)育的巖溶受大院子向斜及汪家坪背斜控制，而北西的白烏河上游向馬壩河下游龍?zhí)翇{谷發(fā)育的巖溶則受麥地向斜、馬道子背斜為主的構(gòu)造控制。

（3）巖溶發(fā)育與河流排水基準(zhǔn)面具有明顯的對(duì)應(yīng)性。

在工程區(qū)地質(zhì)演變歷史的發(fā)展中，馬壩河等地表水經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，形成了三級(jí)河流階地，與之相對(duì)應(yīng)，河谷兩岸溶洞的分布在不同高程上亦具有大致成層的規(guī)律，但由于不同期巖溶繼承發(fā)育，深部巖溶分布的成層性又不是特別明顯，與河流階地的對(duì)應(yīng)關(guān)系亦不完全一致。

巖溶形態(tài)在平面上發(fā)育規(guī)律也具有明顯的差異性，在巖溶水補(bǔ)給區(qū)或分水嶺地區(qū)，巖溶形態(tài)以地表溶溝、溶槽、漏斗、落水洞、小型溶蝕洼地等垂直巖溶形態(tài)較發(fā)育，而在巖溶水的徑流排泄區(qū)則以水平溶洞、暗河等水平巖溶形態(tài)為主。同時(shí)，巖溶發(fā)育還取決于古水文網(wǎng)的制約作用。

（4）巖溶發(fā)育具有很大的不均一性。

工程區(qū)內(nèi)同一地區(qū)的不同地段或部位，巖溶化強(qiáng)度均有顯著的差異，如壩區(qū)的河床與壩肩巖溶發(fā)育就明顯不同，且在同一部位，大的溶洞、溶道與小的溶隙、溶孔同時(shí)并存。這種巖溶的空間分布和發(fā)育程度的不均一性，主要是由于可溶巖體內(nèi)部構(gòu)造和透水性等條件的不均一性造成的。

2 巖溶發(fā)育時(shí)期及發(fā)育深度

2.1 巖溶發(fā)育時(shí)期

根據(jù)前述的巖溶形態(tài)特征及分布發(fā)育規(guī)律分析，工程區(qū)巖溶化作用期大體上可分為四個(gè)時(shí)期，見表2。

2.2 巖溶發(fā)育深度

庫(kù)壩區(qū)廣泛分布有三疊系中統(tǒng)白山組(T2b)灰?guī)r，巖溶很發(fā)育，但巖溶的發(fā)育受河流侵蝕基準(zhǔn)面的控制，其發(fā)育深度是有限的。庫(kù)壩區(qū)的巖溶下限高程在2270 m～2280 m間，在該高程以下，巖溶不發(fā)育，巖體透水性微弱，可作為深部相對(duì)隔水層。

3 庫(kù)區(qū)地下水的水動(dòng)力條件

龍?zhí)了畮?kù)壩區(qū)及近壩庫(kù)區(qū)是一個(gè)泉點(diǎn)密集的巖溶水集中排泄區(qū)，壩址上、下游分別出露大龍?zhí)涟岛印⒆笥引堁鄣?0個(gè)巖溶泉點(diǎn)，其平均出水量約為7107萬(wàn)m3/a。對(duì)于這些泉水所屬的水動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)特征及其之間有無(wú)水力聯(lián)系等問(wèn)題，地勘時(shí)進(jìn)行了6次連通試驗(yàn)及大龍?zhí)恋娜翁囼?yàn)，如下：

3.1 試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介

曾在大龍?zhí)涟岛舆M(jìn)口、近壩庫(kù)區(qū)右岸的CK 31鉆孔及左壩肩鉆孔之間進(jìn)行了6次投放示蹤劑N a NO2的連通試驗(yàn)，隨后又在大龍?zhí)吝M(jìn)行了三次抬水試驗(yàn)。結(jié)果表明，大龍?zhí)僚c東、西小龍?zhí)粒３运蟆⒂引堁廴兴β?lián)系，右橋頭、河灣子、石河壩、核桃樹有水力聯(lián)系，為兩個(gè)不同的水動(dòng)力區(qū)。

3.2 巖溶水水動(dòng)力特征

本次進(jìn)行了大量野外調(diào)查和觀測(cè)，結(jié)合地勘所做的6次連通試驗(yàn)及大龍?zhí)寥翁囼?yàn)分析認(rèn)為，庫(kù)壩區(qū)及附近巖溶水具有以下特征：

（1）出露于壩址上、下游的10個(gè)泉水或暗河分別屬于兩個(gè)不同的水動(dòng)力單元，其中大龍?zhí)涟岛樱瑬|、西小龍?zhí)粒３运蟆⒂引堁鄣热畬儆诒睎|向的長(zhǎng)坪子～大院子水動(dòng)力單元；右橋頭、河灣子、石河壩、核桃樹等泉水及瓦窯溝口泉水，屬于北西向的馬道子～大林鄉(xiāng)水動(dòng)力單元。前者的補(bǔ)給區(qū)在長(zhǎng)坪子、汪家坪和大院子向斜翼部大面積T2b3灰?guī)r出露區(qū)，暗河進(jìn)口位于大院子上游約4km處，高程2450 m，枯水期地下水位埋深10 m左右，后者的補(bǔ)給區(qū)在麥地向斜、黑元寶背斜翼部廣大的T2b3灰?guī)r裸露區(qū)，河水高程在2420 m～2390 m。天然狀態(tài)下，兩個(gè)水動(dòng)力單元的泉水之間水力聯(lián)系相關(guān)性不好，水力聯(lián)系不甚密切。

（2）連通試驗(yàn)表明，庫(kù)區(qū)右岸與下游的石河壩、河灣子等泉有水力聯(lián)系，同屬于北西向的馬道子～大林鄉(xiāng)水動(dòng)力單元。

（3）壩區(qū)兩岸左、右壩肩孔內(nèi)地下水位，均高于河水位，同時(shí)與壩址下游雙石包水庫(kù)蓄水位升降關(guān)系密切，歸屬淺表巖溶系統(tǒng)，說(shuō)明壩區(qū)地下水補(bǔ)給河水。

（4）連通試驗(yàn)證明，左、右龍眼與壩區(qū)兩壩肩季節(jié)變動(dòng)帶的淺層巖溶水水力聯(lián)系不密切，與大龍?zhí)涟岛铀β?lián)系密切，左、右龍眼泉屬于水平循環(huán)帶的巖溶管道水。

（5）壩區(qū)及近壩庫(kù)區(qū)地下巖溶水的儲(chǔ)水介質(zhì)可分為兩種類型：①巖溶管道型：以地下暗河為主，如大龍?zhí)痢⑹訅巍⒑訛匙拥热ǔ９艿辣容^寬大，充填物較少，與地表水和降雨關(guān)系密切，補(bǔ)排暢通而迅速。②溶隙型：由可溶巖中的節(jié)理和溶蝕裂隙組成，以左、右龍眼最為典型，其特點(diǎn)是分布廣泛，縱橫交錯(cuò)，儲(chǔ)水能力較強(qiáng)，補(bǔ)排相對(duì)穩(wěn)定。

（6）壩址下游700 m處的雙石包水庫(kù)，壩址所處的地層巖性與龍?zhí)了畮?kù)壩址相近。本次調(diào)查，庫(kù)水位蓄至2383 m高程時(shí)，右壩肩滲漏量為1663m3/d，反算壩肩綜合滲透系數(shù)為9.5m/d。說(shuō)明水庫(kù)蓄水后，局部改變了河谷的水動(dòng)力條件，導(dǎo)致庫(kù)水補(bǔ)給兩岸地下水。

4 滲漏對(duì)水庫(kù)的影響及處理措施

（1）滲漏量的大小及途徑除了與蓄水高度有關(guān)外，最主要的是與該段的巖溶發(fā)育規(guī)律及巖溶水的水動(dòng)力條件密切相關(guān)。馬壩河處多年平均徑流量2.54億m3/a，經(jīng)分析，漏水量占多年平均徑流量的比重3.7%，屬于比較大的滲漏，需要進(jìn)行工程防滲處理。

（2）依據(jù)庫(kù)壩區(qū)巖溶滲漏的分布規(guī)律，應(yīng)采用垂直防滲的對(duì)庫(kù)壩區(qū)滲漏以灌漿防滲帷幕結(jié)合封堵巖溶管道的防滲方案，可有效減少水庫(kù)滲漏。

（3）綜合以上處理防滲措施，來(lái)修建龍?zhí)了畮?kù)是最有效的可行的。