巖溶地區水庫庫址選擇的實踐
——以考臘水庫庫址選擇分析評價為例

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

我國碳酸鹽巖廣泛分布,出露地表的面積約有130萬km2, 占全國總面積的13.5%，其中南方碳酸鹽巖分布面積55萬km2，尤其以西南地區的云南、貴州、四川、廣西等省和自治區較為典型，地質構造復雜，氣候條件適宜，喀斯特地貌分布廣泛，巖溶地貌類型有峰林、槽谷、石林地貌、巖溶丘陵、溶蝕洼地、峽谷等, 同時形成大量的洞穴、泉、地下河、伏流、漏斗、落水洞，對水利工程的選址及施工處理造成諸多難題，并造成水利工程的建設施工成本增加，工程性缺水較為普遍，因此，巖溶地區水利工程的選址對于工程的安全和經濟性具有重要意義。本文通過對云南省臨滄市永德縣考臘水庫工程地質勘察庫址選擇進行分析評價和總結，為巖溶地區庫址的選擇提供思路和參考。

1 工程概況

考臘水庫工程位于臨滄市永德縣大山鄉籠扎村與崇崗鄉和尚橋村交界處，南汀河西岸支流考臘溝內。整個流域地勢西北高，東北低，狹長形狀，面積41.1km2，河長15.5km，比降102.2‰。流域徑流補給源主要是大氣降水，降水的水汽主要來源于孟加拉灣的暖濕氣流，且受制于西南季風的影響，多年平均徑流量為0.169m3/s，徑流量533萬m3。水庫以灌溉為主兼顧人畜飲水的功能,工程由大壩、溢洪道、導流泄洪兼放水隧洞、副壩及灌區輸水管道工程組成。最大壩高42.60m，壩線長150.40m，水庫正常蓄水位1899.9m，總庫容299萬m3。

測區位于滇西橫斷山脈山原區，總地勢東南高西北低，最高峰為東部大雪山，主峰海拔3504m，最低點為大勐統河匯口，海拔高程約為705m。受區內構造控制，山體走向以南西—北東向為主，可分為侵蝕-溶蝕構造的高中山區、侵蝕中低山區。

區內出露的地層主要有：古生界寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系；中生界三疊系、侏羅系；新生界第三系及第四系地層。其古生界石炭系、二疊系地層中分布大量的灰巖地層，巖溶現象較發育，中生界地層三疊系、侏羅系地層局部發育巖溶條帶。

工程區位于岡底斯-念青唐古拉褶皺系(Ⅴ)中的昌寧—孟連褶皺帶(Ⅴ3)中西部邊緣，處于青藏歹字形構造體系中段與川滇經向構造體系的復合部位，地質構造復雜。區內發育的區域性斷裂有柯街斷裂(F6)、南汀河斷裂(F8)、昌寧斷裂(F22)：庫壩區距最近的活動構造南汀河斷裂約11km，該斷裂為全新世活動斷裂，庫壩址區無活動斷層通過，具備建壩條件。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)，工程區地震動峰值加速度為0.20g，地震反應譜特征周期為0.45s，對應地震基本烈度為8度。

水庫庫壩區位于碳酸巖巖溶發育較為廣泛的地區，本文通過綜合分析的方法對水庫選址作了詳細分析評價。

2 水文地質條件

工程位于怒江水系和瀾滄江水系分水嶺地帶，總體地勢中間高，南北兩側低。工程區主要接受大氣降水補給，北側以地表匯流、地下暗河的形式向下排泄，經忙角河、大地河、永康河，最后匯入怒江一級支流勐波羅河；南側地表匯流經考臘溝，在和尚橋處流入落水洞，以暗河的形式排入瀾滄江一級支流南汀河(見圖1)。

圖1 區域水文地質條件及可溶巖分區

2.1 地下水類型

地下水主要類型包括基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水和第四系孔隙潛水三種類型。

2.1.1 松散巖類孔隙水

孔隙潛水主要分布在現代河床內，兩岸岸坡及溝內零星分布，貯存在第四系沖積、洪積地層中，兩岸的孔隙潛水一部分向基巖入滲，另一部分轉化為地表水在現代河床匯集，現代河床孔隙潛水主要由地表徑流補給。

2.1.2 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要貯存在強風化、弱風化巖體中，富水性受巖性及構造控制，由大氣降水補給和相鄰含水層中地下水側向補給。在重力作用下，沿裂隙徑流，以下降泉形式或沖溝匯流的形式向溝谷、坡腳排泄，或以地下徑流形式補給下游含水層進行排泄。

2.1.3 碳酸鹽巖巖溶水

碳酸鹽巖巖溶水分布于工程區泥盆系溫泉組(D1w)灰巖透鏡體及二疊系下統(P1)、石炭系、(C)灰巖及白云質灰巖、侏羅系中統蘆子箐組(J2lz)泥灰巖夾層中，大氣降水在分水嶺地帶部分沿構造裂隙、溶蝕裂隙、落水洞、漏斗等補給地下水，經散布的裂隙、巖溶裂隙排向下游。

2.2 水文地質單元及補、徑、排關系

根據工程區所處的位置，工程位于怒江水系和瀾滄江水系分水嶺地帶，以所在處分水嶺為界，將測區劃分為兩個水文地質單元。

2.2.1 分水嶺西北部分水文地質單元

分水嶺西北側為怒江水系，該側分布的地層主要為侏羅系中統蘆子箐組(J2lz)粉砂質泥巖和砂巖互層夾泥晶灰巖，局部夾生物碎屑灰巖，三疊系上統大水塘組(T3d)頁巖、粉砂質泥巖、灰巖，三疊系上統南梳壩組(T3nn)泥巖、粉砂巖夾泥灰巖、灰巖，以基巖裂隙水為主，局部為巖溶水的水文地質單元。地表接受大氣降水補給，滲入地表松散堆積物及基巖裂隙及溶隙，經溝谷匯入忙角河，在水庫區西側山頭寨處溝谷匯流流入落水洞(兩處落水洞，直徑4～5m，深約5m，為順層發育，近南北向)，形成斷流，在忙角河中流又匯入地表河流，向最低侵蝕基準面勐波羅河排泄。

2.2.2 分水嶺東南部分水文地質單元

分水嶺南側為瀾滄江水系，該側分布的地層主要有石炭系上統魚塘寨組(C3y)灰、深灰色灰巖，二疊系下統(P1)灰、灰白色厚層塊狀灰巖夾生物碎屑灰巖及少量白云質灰巖，以巖溶水為主的水文地質單元，溶隙、巖溶槽谷、落水洞等較發育。地下水的補給主要為大氣降水，大氣降水滲入巖溶溶隙、巖層層面后向溝谷匯流，局部段流入落水洞，形成地下暗河，向最低侵蝕基準面南汀河排泄。在水庫區東南部約2km和尚橋處發育一巨型橢圓形落水洞，為二疊系下統(P1)灰巖形成地下暗河，地表水(包括考臘溝內河水)匯流至該落水洞形成地下暗河，出口在近南汀河近岸坡處出露地表，最后排泄流入南汀河。

3 區域可溶巖的分布規律和發育特征

3.1 含水巖組劃分及富水性

不同巖組其地下水的類型及富水性不一，現將工程區主要地層地下水類型及其富水性進行劃分，見表1。

表1 工程區主要地層地下水類型及富水性劃分

3.2 可溶巖在地形地貌上的分帶性

測區可溶巖的分布規律在地形地貌上具有明顯的分帶性，測區西北部為侵蝕中山、中低山區，以構造剝蝕形成，巖溶作用弱；東南部為侵蝕-溶蝕構造的高中山區，以構造剝蝕和巖溶溶蝕作用形成，溶蝕現象強烈，喀斯特地貌較發育，山頂溶溝、石芽發育，喀斯特漏斗、落水洞、喀斯特洼地分布較為廣泛，多數河流為斷頭河和季節性河流；山坡形成喀斯特陡崖及不同形態不同大小的喀斯特洞穴。從垂直分帶上巖溶發育呈由弱到強的特點，巖溶發育具有垂直分帶性，工程區分水嶺地帶巖溶發育較弱，巖溶漏斗及落水洞主要分布在斜坡地帶(見圖1)。

3.3 各巖組可溶性評價

測區總體上呈SW-NE向條帶狀展布，可溶巖的分布受地層巖性的控制，具有明顯的分帶性。可溶巖組基本上以大山斷裂(f16)為界，將測區按各巖組的可溶性，分為西北和東南兩個區。測區主要巖組巖溶層組類型與巖溶發育程度分級統計見表2。

表2 測區主要巖組巖溶層組類型與巖溶發育程度分級統計

3.3.1 測區西北部分可溶巖的評價

主要地層有：侏羅系中統蘆子箐組(J2lz)、三疊系上統大水塘組(T3d)、三疊系上統南梳壩組(T3nn)，各巖組巖體的可溶性分別評價如下：

a.侏羅系中統蘆子箐組(J2lz)：地層巖性主要為粉砂質泥巖和砂巖互層夾泥晶灰巖，局部夾生物碎屑灰巖，基底為礫巖，粉砂質泥巖、砂層及礫巖為中厚層和薄層狀，均為非可溶巖；泥晶灰巖為中厚層狀，完整性好，可溶性差，現場滴試草酸溶劑無溶解起泡現象；生物碎屑灰巖，多呈團塊狀夾層，深灰色，溶蝕性強，現場滴試草酸溶劑起泡較為強烈。

b.三疊系上統南梳壩組(T3nn):巖性為泥巖、粉砂巖夾泥灰巖、灰巖。泥巖、粉砂巖以非可溶巖為主，地表無洼地、落水洞等巖溶地形，巖溶形態以垂直向溶蝕裂隙為主。

c.三疊系上統大水塘組(T3d):頁巖、粉砂質泥巖、灰巖以非可溶巖為主，局部夾灰巖，巖溶形態以表發溶孔、溶蝕性裂隙為主。

3.3.2 測區東南部的可溶巖評價

以F16為界，測區東南部分布的主要地層如下：

a.石炭系上統魚塘寨組(C3y):巖性為灰、深灰色灰巖,地表和地下巖溶較發育，巖溶溝谷、巖溶空腔、管道、落水洞發育。

b.二疊系下統(P1)：巖性為灰、灰白色厚層塊狀灰巖夾生物碎屑灰巖及少量白云質灰巖。地表和地下巖溶較發育，巖溶溝谷，巖溶空腔、管道、落水洞發育，該套地層中灰巖溶蝕性強，在工程區東南部可見巨型溶蝕漏斗。

4 庫址選擇與可溶巖的關系

擬建水庫庫壩區位于測區侵蝕中山、中低山區(見圖2)，避開了東南部的侵蝕-溶蝕構造的高中山區，該區無大面積的可溶巖地層分布，巖溶作用較弱；工程區所處地帶位于山麓分水嶺地帶，從地形上不具備發生大的巖溶溶蝕的水力條件。

圖2 工程區與可溶巖區位置分布關系

從地層巖性上分析，大山斷裂以西部分地區巖溶作用不發育，東南地區分布大面積的灰巖地層，巖溶溶蝕現象強烈。擬建工程避開了可溶巖分布較廣的區域，擬選庫壩區地層巖以粉砂質泥巖和砂巖互層為主，夾泥晶灰巖條帶，地表測繪、貫穿庫盤的道路開挖斷面測繪、坑槽探和鉆孔工作均未見灰巖地層分布，泥質粉砂巖和砂巖互層狀地層為非可溶巖，分布的泥晶灰巖條帶經過鉆孔巖芯觀察，未見溶蝕現象，經現場草酸試劑測試，未見起泡現象，庫壩區巖溶不發育，泥質粉砂巖與砂巖互層狀夾泥晶灰巖條帶地層透水性弱，可作為庫盤相對隔水層。

水庫左岸(東側)地形坡度25°～30°。分水嶺高度2300～2400m，山體高大寬厚，地下分水嶺高度2120m左右，遠高于水庫正常蓄水位；左岸坡出露的泉點高程多在1900m正常蓄水位以上，為地下水補給庫水，水庫左岸不存在鄰谷滲漏問題；庫區右岸岸坡坡度一般為25°～35°，山體厚度100～400m，分水嶺高度1950～1990m,高于水庫正常高蓄水位；右岸泉水點出露高程在1894～1951m，多高于正常高蓄水位，為地下水補給庫水；水庫為縱向河谷，巖性以粉砂質泥巖和砂巖互層為主，透水性弱，可作為相對隔水層，庫水受其阻擋，不具備向西側鄰谷滲漏的條件，綜合以上條件，水庫右岸不存在鄰谷滲漏問題。

庫區無區域性斷裂通過，庫區發育的構造以NW向、近EW向構造為主，規模小，與庫盤大角度相交，庫區無大的構造連通庫外，因此不存在集中滲漏通道。

綜合以上各種因素分析認為，水庫兩岸地表分水嶺和地下水分水嶺均高于擬建水庫正常高蓄水位，水庫不存在永久滲漏問題。

5 結 語

a.巖溶地區水利工程選址應從區域宏觀地質條件上分析可溶巖地層分布規律，對可溶巖巖溶的發育程度進行調查分析，盡量避開強巖溶地段。

b.查明工程區巖溶發育規律及地下水的補、徑、排條件，可以避免將水庫等水利工程位置選擇在巖溶洞穴等不利地質條件的地段上。

c.考臘水庫庫址位置位于山麓分水嶺地帶，工程區在垂直分帶上巖溶發育呈由弱到強的特點，巖溶發育具有垂直分帶性，分水嶺地帶巖溶發育較弱，地形上也不具備發生大的巖溶溶蝕的水力條件，具備建庫條件；水庫庫盤巖性以粉砂質泥巖和砂 巖互層為主，透水性弱，可作為相對隔水層。水庫兩岸地表分水嶺和地下水分水嶺均高于擬建水庫正常高蓄水位，庫區無大的構造連通庫外，水庫不存在永久滲漏問題。

從目前在碳酸鹽巖地區在建或眾多已建的水利工程實踐來看，多存在巖溶工程地質問題，運行后出現滲漏破壞的水庫工程不在少數。為了更好地在巖溶地區為水利工程選址，應進一步總結巖溶問題的研究方法，為查明巖溶問題的分布、規模和研判其對擬建工程的影響提供可靠支撐，為選取適宜的場地或采取相應的工程措施提供準確依據，提高巖溶地區水利工程建設的可靠性、安全性和經濟性。