白溪河流域巖溶水系統分析及水電梯級開發初步設想

馮大為（湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北　武漢　430000）

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白溪河流域巖溶水系統分析及水電梯級開發初步設想

馮大為（湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北武漢430000）

水利是國民經濟的命脈，對于國民經濟發展水平的提高以及社會經濟的發展而言有著十分重要的作用。因此，必須要對水電梯級開發工作進行高度的重視。本文主要基于白溪河流域巖溶水系統的概況，對該流域內水電梯級開發的初步設想進行了一定的分析。

白溪河流域；巖溶水系統；水電梯級開發

1　引言

白溪河流域位于湖北省五峰縣南部與湖南省石門縣交界處，為澧水水系左岸一級支流渫水上游左支，河谷深切，河道較狹窄。區內河流分屬長江流域的清江水系和澧水水系，以五峰縣以南馬棚嶺-茅坪-大竹園一線地形分水嶺為界，以北為清江流域，以南則為澧水流域。白溪河發源于五峰縣后河獨山，在湖北省境內全長約25km，流域面積190km2，多年平均流量0.5m3/s，上下游水頭差約690m，水電資源較為豐富。

白溪河流域在湖北境內初擬四級水電梯級開發，主要為中低壩方案，總裝機約25MW。由于該流域主要出露寒武系中下統碳酸鹽巖層，地質構造復雜，巖溶十分發育，因此，查清白溪河流域巖溶發育規律以及巖溶水系統特征對流域水電梯級開發具有重要意義。

2　流域主要水系

白溪河流域發源于五峰縣后河獨山，海拔高程約1797m。白溪河在腰站以上河段常年有水流，流量約0.4m3/s，河水自腰站附近河床潛入地下；腰站至水灘頭河段為干河，僅在雨季可見水流，且持續時間較短；水灘頭以下河段常年有水流，且由于兩岸支流或溪溝水流不斷匯入白溪河，自上游至下游河流流量逐漸增大，在楊家臺一帶河流流量達到1.5m3/s。白溪河流域主要支溝和暗河基本情況見表1。

表1　白溪河流域主要水系（支流）基本情況一覽表

3　白溪河流域主要巖溶水系統概況

白溪河流域河谷深切，地勢險峻，河谷蜿蜒曲折。山頂高程一般1000m以上，最高達1700余米，河床高程395～1000m左右（雷打石以上）。地層巖性以奧陶系—寒武系一套強巖溶化強透水碳酸鹽巖為主，巖溶發育，發育有落水洞、溶溝和溶槽、溶蝕洼地、暗河等巖溶地貌。地質構造上主要處于泉坪背斜北翼，測區區域性大斷裂構造不發育，但受歷次大地構造運動的影響，節理、裂隙發育。

由于白溪河在東、西、北三面切割泉坪背斜，在背斜北翼、白溪河以北，以馬棚嶺-茅坪-大竹園一線地形分水嶺為界，將白溪河與清江流域相分割，為清江水系和澧水水系的分界線。沿地形分水嶺分布馬棚嶺（五峰）向斜核部地層，兩側分布有泥盆系-志留系砂頁巖隔水巖組，僅在小埡-茅坪-五峰縣城之間分布有奧陶系地層，分水嶺最大高程1609m，兩側泉水少見，僅見少量裂隙泉水分別向分水嶺兩側排泄，說明白溪河流域（澧水水系）與白炭河（清江水系）之間存在地下分水嶺，兩者之間沒有水力聯系。

白溪河自小埡以下河段，總體流向由北向南，左岸分布有壺瓶山向斜和六里荒向斜，均呈東西向展布，核部為二疊系至三疊系地層，兩翼分布泥盆系至志留系隔水巖組，寒武系和奧陶系碳酸鹽巖組分布于隔水巖組之下，深溪河主要發育于志留系地層之上，分布高程遠高于白溪河，主要匯集碎屑巖中的地表、地下水。在靠近白溪河岸邊，由于地形沖溝的切割，沿岸邊可見多處溪流匯入白溪河，因此，白溪河不會向左岸深溪河產生滲漏。

白溪河基本沿寒武系上統耗子沱組（∈3hz）和中統光竹嶺組（∈2gn）地層發育，其右岸廣布寒武系碳酸鹽巖組地層，巖溶十分發育，巖溶發育特征主要受巖性和構造的控制。由于泉坪背斜核部地層巖性為寒武系下統天河板組（∈1t）和石牌組（∈1sh）一套砂、頁巖等相對隔水巖層，可以初步判定，白溪河右岸地表分水嶺和地下分水嶺基本一致，為一閉合流域，背斜南、北兩翼各為相對獨立的地下巖溶系統，兩翼之間無斷裂構造切割，沒有必然的水力聯系。

通過對本區進行野外地質測繪和巖溶水文地質調查，白溪河兩岸主要可見八處巖溶泉水，其基本特征見表2白溪河流域主要巖溶泉水一覽表。

表2　白溪河流域主要巖溶泉水一覽表

為了進一步查明白溪河流域的巖溶發育情況，本次野外工作專門進行了巖溶連通試驗，并分別在白溪河羊子溪上游的主河道、羊子溪溝內以及白溪河老屋場主河道三個點投放了連通試劑。2008年5月30日上午9點至10點在羊子溪上游的主河道和羊子溪溝內分別投入螢光素，并測得流量分別為400l/s和25l/s。2008年6月2日下午5點在白溪河老屋場主河道投入螢光素，并測得流量為30l/s。在白溪河下游的楊家臺地下暗河出口（W6）進行觀測，于2008年6月5日中午13點觀測到帶有螢光素的地下水流出，且測得地下水流出流量為600l/s。

其巖溶連通試驗成果見表3白溪河流域巖溶連通試驗成果表。

表3　白溪河流域巖溶連通試驗成果表

在白溪河一帶消水點廣布，消水點地層巖性多為寒武系下統石龍洞組（∈1sl）厚層微晶白云巖，自腰站至水灘頭之間河段除暴雨時段外，均為干河，地表水均沿巖溶通道進入地下。經分析與連通試驗，測區主要發育兩大巖溶水系統：①腰站至楊家臺巖溶通道，該通道補給源位于腰站一帶，共發育5個消水點，沿巖層走向經老屋場至楊家臺，其間茅坪組和高臺組相對隔水層由于厚度有限，可能在局部被斷裂構造所切斷，導致其上下巖溶連為一體。由于泉坪背斜核部在楊家臺處受到河谷的橫向切割，該巖溶通道并沿泉坪背斜核部于楊家臺右岸河床處排泄，出水口高程約415m，通道長約14km；②薛家大槽至紙棚溝巖溶通道，該通道進水口位于薛家大槽，發育于寒武系中統光竹嶺（∈2gn）微晶灰巖夾白云巖和上統耗子駝（∈3hz）灰巖、白云巖地層中，于紙棚溝排泄，出水口高程約470m，通道長約4km。

由此可見，測區地下水均沿巖溶系統匯集于白溪河中下游河段，不存在沿泉坪背斜核部向下游河灣或其它鄰谷滲漏的可能。

4　白溪河流域水電梯級開發初步設想

由于白溪河流域水文地質條件極其復雜，巖溶十分發育。流域上游河段地表、地下水在腰站經老屋場一帶潛入地下，在白溪河下游楊家臺右岸河邊W6暗河出口流出，沿途巖溶通道較復雜。腰站至水灘頭之間一般為干河，僅在雨季有地表水流。鑒于白溪河流域特殊的水文地質條件和復雜的巖溶發育規律，建議該流域水電開發以分梯級、中低壩方案為宜；初步分析比較，采用四級開發較為合理。各梯級開發方案見表4白溪河流域各梯級方案特征表。

表4　白溪河流域各梯級方案特征表

5　結論

通過對白溪河流域的巖溶水文地質進行調查和分析，得出如下主要基本結論：

（1）白溪河流域地處鄂西南褶皺山地，區內碳酸鹽類巖石廣布，形成了以巖溶景觀為主，并間以碎屑巖垅脊與垅崗狀地形，屬構造、侵蝕、溶蝕地貌。

（2）白溪河流域主要出露下古生界寒武-志留系的地層，全部為沉積巖，巖性主要為濱海-淺海相的碳酸鹽類巖石夾碎屑巖。流域碳酸鹽巖占90%以上。

（3）本區位于新華夏系第三隆起帶。北東面毗連淮陽山字型西翼反射弧砥柱——黃陵背斜及其盾地部分。構造形跡主要是緊密線形和寬緩褶皺，斷裂不發育，主要屬區域性東西向構造體系，區域構造基本穩定。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），確定白溪河流域地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，相應地震基本烈度為Ⅵ度。

（4）區內地下水分為松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖類巖溶水和基巖裂隙水三種類型。碳酸鹽巖類巖溶水是本區主要的地下水類型。

（5）白溪河流域巖溶極為發育，常見的巖溶形態有溶溝、溶隙、溶蝕洼地、溶蝕漏斗、溶蝕槽谷、落水洞、溶洞及地下暗河等。巖溶發育程度主要受構造線、巖性和地形地貌等因素的控制。

（6）區內巖溶水的特征主要取決于巖性、構造、地貌和現代水文網等諸因素的組合關系。巖溶水的埋藏深度一般大于100m。

（7）經初步調查分析，白溪河流域主要有兩大巖溶水系統：①腰站-老屋場-楊家臺巖溶水系統；②薛家大槽溝-紙棚溝巖溶水系統。

（8）鑒于白溪河流域特殊的水文地質條件和復雜的巖溶發育規律，建議該流域水電開發以分梯級、中低壩方案為宜；初步分析比較，采用四級開發較為合理。

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［4］馮大為.湖北省五峰縣白溪河流域巖溶水文地質專題報告，2008，06.

馮大為（1964-），男，高級工程師，本科，主要從事水利水電工程地質專業工作。

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2095-2066（2016）12-0038-02

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