山城河水庫壩址區水文地質條件分析及壩線選擇

張成

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000）

山城河水庫位于甘肅省民樂縣洪水鎮山城子村境內，壩址距民樂縣城西南約10km，距離出山口約5km。工程主要任務是農田灌溉、城鎮和農村人畜供水，設計總庫容272萬m3，壤土心墻土石壩，最大壩高37.8m，由大壩、輸水洞與溢洪道等組成，屬Ⅳ等?。?）型工程。水庫壩址選擇受上游祁連山自然保護區和下游山城子村的制約，選定紅石峽壩址為唯一壩址，在紅石峽壩址處，擬選上、下兩個壩線進行比較，上壩線位于紅石峽峽口處，下壩線在下游280m處。經14個鉆孔、115段壓水試驗及7個孔的抽水試驗等詳細勘察，不僅查明了各壩線的工程地質條件，同時發現壩址區的水文地質條件比較特殊和復雜，成為壩線選擇的關鍵因素。

1 壩址區水文地質條件及分析

壩址區巖體透水性及地下水分布與賦存受地層巖性、向斜地質構造、節理裂隙發育程度控制，水文地質條件較為復雜。

1）基巖裂隙潛水：經壩址區14個鉆孔勘探，上第三系上巖組（Nb）橘黃色中及細粒砂巖巖體節理裂隙較發育，層面裂隙寬大，延伸較遠，局部節理裂隙密集帶巖體較破碎；鉆孔壓水試驗測得巖體透水率平均值（95段）為50.8Lu屬中等透水巖體，局部最大可達180～190Lu屬強透水巖體。因此，為地下水賦存和運移提供了良好的空間，受河水補給形成較為豐富的基巖裂隙地下水。鉆孔水位觀測表明，上壩線左、右岸地下水位低于河水位分別為2.07m和5.75m，說明河水補給地下水，河床內鉆孔的地下水位與河水位基本持平；鉆孔抽水試驗表明，上壩線所屬區域的鉆孔在穩定抽水條件下，水位均有下降，一般為0.12～0.87m，顯示含水層的不均勻性和基巖裂隙水呈潛水賦存形式即為基巖裂隙潛水。

鉆孔壓水試驗還表明：上第三系下巖組（Na）紫紅色含礫粗砂巖巖體透水率平均值（20段）為6.5Lu屬弱透水巖體，局部為微透水巖體，說明紫紅色含礫粗砂巖屬相對不透水層即成為上部基巖裂隙水的隔水底板。由于上、下巖組均緩傾角傾向下游，整合接觸面于地表在上壩線上游附近，故在上壩線河床段的上巖組（Nb）厚度約為20～30m（即基巖裂隙含水層的厚度），自上游向下游漸厚。上、下壩線相距280m，下壩線處河床段上巖組（Nb）厚度為55m左右，左岸為65m左右，右岸達75m左右。基巖裂隙地下水總體自上游流向下游，與河水流向基本一致，向下游排泄。

2）基巖裂隙承壓水：在下壩線河床段的ZK8和ZK14鉆探時，分別在孔深11.7m和12.8m處突然發生孔口噴水，水頭高度分別在地面以上0.6m和0.4m，并持續穩定，表明基巖裂隙承壓水的存在。根據鉆孔勘探資料：下壩線左岸ZK5地下水位低于河水位0.52m，鉆孔初見水位與長期水位基本無變化，較為穩定，無承壓跡象，為河水補給地下水；下壩線上游170m處的ZK13地下水位與河水位基本齊平，鉆孔初見水位與長期水位也無變化，較為穩定，也無承壓跡象；但下壩線右岸的ZK6 和ZK7內地下水位卻高于河水位分別為3.88m和4.78m，表明右岸基巖裂隙地下水補給河水，與河床段的承壓水是一體的，隨著ZK8和 ZK14內的承壓水不斷排泄，ZK6 和ZK7內的地下水位在一周后便分別下降了0.8m和1.1m，呈現持續下降狀態，承壓水邊界范圍逐漸縮小。經在下壩線地質橫剖面圖和順河床地質縱剖面圖上綜合上述成果，判定基巖裂隙承壓水只存在于一定的范圍內，即左岸在岸邊附近；右岸在岸邊以外約140m處；河床段在下壩線上游約60m處；在下游直抵向斜軸部。

2 壩線選擇

上、下壩線相距280m，從地形條件及天然建筑材料分布情況，結合各水工建筑物布置情況看，下壩線較為有利；但其缺陷也十分明顯，主要表現為①距離山城子向斜構造軸部更近，向斜構造對水庫大壩造成的影響更大，區域構造穩定性更差；②下壩線上第三系上巖組（Nb）橘黃色中細粒砂巖厚度更大，下巖組（Na）紫紅色含礫粗砂巖埋藏更深，由于上巖組（Nb）整體屬中等～強透水性巖體，下巖組（Na）屬弱～微透水巖體，上、下巖組差異明顯，因而對庫區及壩基防滲極為不利；③特殊的地質構造與巖體條件還形成了下壩線河床及其右岸的地下承壓水，使得下壩線不僅帷幕灌漿深度很大、灌漿效果較差，難以形成封閉的防滲體系，而且地下承壓水容易造成對壩基和壩體的滲透破壞。

因此，壩址區特殊的構造與水文地質條件成為壩線選擇的決定性因素。最終，選擇上壩線作為本工程的建設壩線。

3 結語

在選定的上壩線上，設計采用以當地材料為主的壤土心墻砂礫石壩壩型。左壩肩及左岸段壩基防滲帷幕灌漿深度為17～41m；河床段壩基帷幕灌漿深度為21～45m；右壩肩及庫區右岸段采取折線（夾角1180）沿庫岸頂逆向上游布置長約280m，帷幕灌漿深度為45～10m。從而形成自左壩肩、左岸段、河床段壩基至右庫岸完全封閉的防滲體系。至2017年10月施工全部完成了帷幕灌漿，壩線下游河床處的ZK13水位降至孔底附近，下壩線ZK8和 ZK14內承壓水的承壓性完全消失，地下水位降至15m以下，表明防滲處理效果良好，可為同類型水庫壩基及庫區防滲處理提供參考。