東波防洪水庫庫首巖溶滲漏問題研究

徐 濤

(湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007)

東波水庫設計正常蓄水位為520 m，最大壩高為70.0 m，總庫容約為948.5萬 m3，樞紐由大壩、左岸導流洞、發電引水隧洞及電站等主要建筑物組成。水庫為強巖溶發育區，巖溶水文、工程地質條件極其復雜，興建水建庫具備很大的危險，故，對其進行巖溶滲漏評價是必須的。通過對庫區水文、工程地質條件的剖析，水庫庫尾、庫中都沒有滲漏通道，但庫首具備滲漏條件，水庫的滲漏問題主要取決于庫首的巖溶水文地質條件。

1 基本工程地質條件

東波水庫位于郴州市東江湖景區內，湘江一級支流東江支流東河上游，近幾十年來，由于東河的水患災害頻發，同時為滿足柿竹園公司產業規模擴展對生產生活用水需求，實現企業可持續發展，故擬建東波水庫。東河平均地形坡降10%，河床地形較起伏，下游龍潭泉(W1)處河床高程約492 m，龍潭泉出露高程495.2 m。

圖1 壩區下游工程地質簡圖

擬建水庫位于南嶺東西復雜構造帶中段北部，構造形跡復雜，主要有五蓋山背斜、西山向斜、橋口至東波向斜等，巖層傾角比較陡，總體傾向以北西為主，傾角為40°～50°，庫首兩側為40°～50°的山坡。

庫首巖性包括：(1)泥盆系棋子橋組(D2q)：深灰色灰巖夾灰白色白云質灰巖，厚度大于300 m，主要分布于庫首右岸；(2)泥盆系佘田橋組(D3s)：灰白色微粒灰巖、白云質灰巖及泥質灰巖，厚度大于200 m，主要分布于庫首左岸。

庫首主要斷層構造有F1、F2、F3、F4等4條，多呈NNE～NE向展布，斷層破碎帶寬度為1～9 m，沿斷層破碎帶巖溶極其發育，為庫水向下游滲漏創造了良好的條件。庫首左岸的F1斷層，為逆斷層，規模大，破碎帶寬5～9 m，充填碎裂巖、斷層泥等，結構較松散，膠結較差，局部位置因溶蝕形成溶洞，為巖溶向水平向發育、或地下暗河的形成提供了非常好的條件。

2 巖溶水文地質條件

2.1 巖溶特征

東波水庫庫首的地層為泥盆系上統～中統可溶巖，巖性為厚層狀灰色灰巖、白云質灰巖，壩址兩岸山坡無非可溶巖進行隔水。庫區內分布的灰巖與豐富的大氣降水，為巖溶發育創造了非常好的條件，庫區河床坡降較陡，地下水活動非常劇烈，從而加速了其發展速度。根據郴縣幅水文地質圖，庫首附近有龍潭河地下暗河水系發育，其影響面積較大，支流非常多，沿線多處發育溶蝕洼地及落水洞等。因此，庫首范圍內的巖溶極其發育，巖溶形態分布廣泛。

2.2 地下水動力條件

通過巖溶泉井點調查、地下水示蹤實驗、流量監測、地質勘察、地球物理勘探及水化學分析等多種辦法，基本查清了庫首的巖溶地下水運動規律，河水與壩址下游河流及周邊附近的巖溶泉點之間的水力關系。

1)泉井調查及地下水示蹤實驗，庫首下游周邊附近出露的巖溶泉有W1、W2、W3、W4等，其特征見表1，東河上游河水主要流向了W1巖溶泉，部分流向了W2、W3、W4巖溶泉，東河上游河水是它們的主要補給源，表明庫首下游方向巖溶通道發育較好，壩址庫首下游滲漏劇烈。

表1 庫首下游巖溶泉統計

2)流量監測，勘察期間對庫首上游河水流量、下游河水流量、下游W1、W2、W3、W4等的流量進行了多次估算，并對上、下游河水流量進行了流量平衡觀測，結果見表2。在流量估算時，出、入庫流量等價于水量，計算結果為：(1)東河上游河水流量明顯大于下游河水流量，其差值為目前庫首的漏水量，通過計算，漏水量在1.2～1.5 m3/s之間。(2)將東河下游河水流量與上述4處巖溶泉的流量累加起來，結果結果表明壩址下游流出的總水量顯著大于東河上游入庫水量，其差值在0.58～1.62 m3/s之間，這說明W1巖溶泉的補給源除了東河外，應該還有其他補給源，其差值大致為其他補給源的水量。

表2 東波水庫水量平衡計算結果

3)鉆孔地下水位觀測，勘察期間在壩址兩岸山坡布置了大量的鉆探工作，從鉆孔地下水位可知，庫首兩岸山坡在正常蓄水位520 m附近的鉆孔，地下水位均在477～478 m之間，而河床水面高程475～476 m，基本上與河水位持平，說明庫首向周邊漏水嚴重。

3 巖溶形態及滲漏問題分析

3.1 巖溶形態

庫首河床中共布置了5個鉆孔，均揭露到了溶洞，河床部位ZK43鉆孔，孔深16.0～29.0 m段發育有大溶洞，一般全-半充填砂礫石及砂質粘土，最大線巖溶率為50.5%。據鉆孔壓水試驗，在各溶洞部位，壓水試驗部分能略起壓，溶洞處的巖石透水率在6.3～116.8 Lu之間，局部溶洞段不能起壓，呈極強-強透水性，說明各溶洞與下游周邊巖溶通道的連通性較好。電磁波CT剖面成果表明(見圖2)，大型溶洞主要分布在ZK43-ZK42-ZK29透視剖面之間，ZK29-ZK30-ZK31透視剖面發育的溶洞規模次之，多沿順層方向發育。

圖2 庫首河床CT透視剖面圖

3.2 巖溶滲漏問題分析

巖溶滲漏一般有兩種，即管道滲漏與溶隙滲漏，管道滲漏往往是指沿直徑大于0.2 m的巖溶管道、巖溶洞穴或地下暗河滲漏；溶隙滲漏一般是指沿被溶蝕擴大的裂隙或斷層構造破碎帶、影響帶等呈網格狀滲漏。根據東波水庫庫首的地層巖性、地質構造、落水洞、巖溶泉井的發育情況進行綜合分析可知，擬建東波水庫庫首滲漏途徑以管道滲漏為主，溶隙為輔，其滲漏途徑有以下幾條(見圖3)：

圖3 庫首巖溶滲漏途徑示意圖

1)庫首至龍潭泉(W1)之間地下暗河為管道滲漏。根據地表沿線表現出的巖溶形態特征等基本可以推測出龍潭泉地下暗河的走向：地下暗河從庫首上游開始，沿右岸F6斷層(鯉魚江至觀音座性斷裂)方向向右岸下游向延伸，流向龍潭泉，暗河長度約2.2 km。該地下暗河滲漏特點：入口滲水面積大，縱向深度較大，連通性較好，滲漏量大，為東波水庫的主要滲漏途徑。自庫盆漏入地下的水呈網格狀巖溶通道發生滲漏，絕大部分庫水流向了沿F4斷層破碎帶發育的龍潭泉地下暗河。

2)東波水庫庫首至W2巖溶泉方向的管道狀巖溶滲漏，庫首節理裂隙及巖溶發育，W2沿F1斷層(東波至月敏壓扭性斷裂)方向發育，斷層使得附近巖體更為破碎，同時據庫首河床地質剖面可知，河床部位溶洞發育，且溶洞與下游周邊巖溶通道的連通性較好，因此，庫首至W2之間形成了網格狀的巖溶通道。W2巖溶泉至庫首距離較近，水力坡降達8%，較陡，地下水在巖溶通道中運動較為活躍，部分溶隙慢慢被溶蝕成管道狀。W2是由多個巖溶泉組成的泉群，出水點比較多，單個流量較小，但總的流量不小。

3)庫首至W3、W4兩處巖溶泉方向的滲漏為溶隙式滲漏，一部分河水通過較長距離的溶隙滲流，從W3、W4兩處流出，這兩處巖溶泉的特征為：入滲面相對不集中，且點多面廣，流量相對較小，為目前東波水庫的巖溶滲漏的次要通道。

4 結語

(1)庫首分布的地層有：泥盆系棋子橋組(D2q)、泥盆系佘田橋組(D3s)的灰巖、白云質灰巖等，庫首下游巖溶強發育，水文地質條件極其復雜，無相對隔水層分布，庫水補給壩址下游地下水，水庫滲漏強烈。

(2)W1與W2巖溶泉以管道滲漏為主，W3與W4巖溶泉以溶隙滲漏為主。

(3)庫首可溶巖地層巖溶極其發育，縱向溶蝕發育深度大，連通性好，呈強透水性，滲漏非常嚴重，地下暗河發育，成庫條件差，處理成本高，因此，水庫不適合建壩。