甲擺水庫庫首右岸河灣巖溶水文地質條件分析

張 斌，任興隆

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550002）

0 前言

甲擺水庫工程擬建壩址位于貴州省黔南州獨山縣六硐河與甲河匯口上游約600 m 處,水庫正常蓄水位809 m 時,壩前抬高水頭63 m,水庫總庫容11770 萬m3；大壩為碾壓混凝土重力壩,最大壩高81 m。

1 庫首工程地質概況

1.1 地形條件

由于水庫庫首呈蛇形狀彎曲延伸,在庫區右岸拉達至壩址段與下游新橋電站一帶形成河灣地塊,河灣上游河段高程750 m～760 m,山頂高程950 m～1070 m,下游河灣段河床高程730 m～741 m（見圖1）。

1.2 地質結構

河灣地塊出露地層較多,主要分布的地層巖性有：三疊系中統新苑組（T2x）灰綠、黃綠粘土頁巖、鈣質砂巖；三疊系下統永寧鎮組第三段（T1yn3）灰綠色頁巖,三疊系下統永寧鎮組第二段（T1yn2）中厚層砂巖夾灰色薄層瘤狀泥質灰巖,三疊系下統永寧鎮組第一段（T1yn1）灰色薄層致密灰巖；三疊系下統飛仙關組第三段（T1f3）薄至中厚層灰巖夾泥質條帶灰巖、頁巖（泥灰巖、頁巖占15%～20%）,三疊系下統飛仙關組第二段（T1f2）淺灰色中厚層砂巖夾鈣質頁巖,三疊系下統飛仙關組第一段（T1f1）灰褐色頁巖,底部為灰綠色含礫粘土質砂巖；二疊系上統大隆組（P2d）鋼灰色薄層硅質巖夾頁巖及二疊系上統長興組（P2c）深灰色薄至中厚層灰巖、燧石灰巖、硅質灰巖夾薄層粘土巖。由于巖層走向平行于河灣地塊,受卡蒲倒轉向斜及扁臘寨倒轉背斜的影響,多套地層在河灣地塊重復出現（見圖1）,為碎屑巖與可溶巖相間分布,形成一套巖溶含水層與相對隔水層相間分布的巖組。

圖1 庫首右岸河灣示意圖

2 庫首右岸河灣巖溶、水文地質條件分析

2.1 巖溶地質條件

水庫正常蓄水位范圍內主要為碎屑巖與可溶巖相間分布,河灣地塊順河方向長約3.0 km,可溶巖長約0.76 km,占該河段25.3%。前期經地表地質調查,河灣地塊巖溶地質條件復雜,后期在河灣地塊進行了詳細巖溶地質調查和大量的野外勘探工作（見表1）。

表1 河灣勘探孔統計表

續表1

在飛仙關組第三段（T1f3）和永寧鎮組第一段（T1yn1）中,經地表地質調查,泉水流量較小,地表多以明流為主,地表未見落水洞巖溶天窗及巖溶洼地等。在河灣飛仙關組第三段（T1f3）布置勘探孔1 個,飛仙關組第三段（T1f3）與永寧鎮組第一段（T1yn1）接觸帶布置勘探孔1 個,T1yn1布置勘探孔3 個,勘探表明巖體取芯完整,采取率高,未見掉鉆現象,地下水位較高,均高于河水位。通過地表地質調查及河灣勘探孔統計表分析可知,在河灣地塊間飛仙關組第三段（T1f3）和永寧鎮組第一段（T1yn1）地層中巖溶不發育,為弱巖溶地層。

在長興組（P2c）中,經地表地質調查,主要發育有巖溶泉S11（3.5 L/s）和S05（23 L/s）,巖溶發育,溶蝕破碎現象嚴重,在河灣長興組（P2c）地層中布置勘探孔4 個,通過勘探孔資料可知,巖體破碎、溶蝕現象嚴重,地下水位相對較低,在河灣地塊間長興組（P2c）地層中巖溶非常發育,為強巖溶地層[1]。

2.2 水文地質條件

河灣地塊長約3.0 km,穿越地質單元多,相對隔水層與巖溶含水層相間分布。河灣地塊水文地質條件復雜,主要分3個部分,相對隔水層、弱巖溶含水層和強巖溶水含水層（見圖1）。

相對隔水層中：大隆組（P2d）XZK1 和ZKK1 鉆孔揭露,巖芯完整,采取率高,巖體風化淺,XZK1 地下水位829.48 m,高于正常蓄水位,ZKK1 地下水位807.53 m,約低于正常蓄水位,P2d 隔水性能是可靠的。在飛仙關組第一段、第二段（T1f1+2）和永寧鎮組第二段、第三段（T1yn2+3）中,根據兩側弱巖溶地表分水嶺附近鉆孔XZKK3（水位846.58 m）和鉆孔ZKK9（水位839.51 m）地下水位,碎屑巖分水嶺附近地下水位高于兩側弱巖溶地下水位,同時高于正常蓄水位,結合地表地質調查,在飛仙關組第一段、第二段（T1f1+2）和永寧鎮組第二段、第三段（T1yn2+3）中隔水性能是可靠的。

飛仙關組第三段（T1f3）和永寧鎮組第一段（T1yn1）弱巖溶含水層中：據地表分水嶺附近鉆孔XZKK3 水位846.58 m,高于河水位（河水位751 m）95.58 m；鉆孔ZKK9 水位839.51 m,高于河水位（河水位751 m）88.51 m。XZKK3 和ZKK9 距河水位岸邊1.71 km 和1.62 km,地下水力坡降為5.6%和5.5%,推測在地表分水鄰位置地下水位高程在843 m～875 m,高于正常蓄水位,說明庫水由河灣地塊間飛仙關組第三段（T1f3）和永寧鎮組第一段（T1yn1）弱巖溶含水層向下游滲漏的可能性小。

長興組（P2c）強巖溶含水層中：在長興組（P2c）強巖溶含水層中發育有巖溶泉S11（3.5 L/s）和S05（23 L/s）,泉S11（高程777 m）位于庫區擺浪河邊,S05（高程735 m）位于河灣下游新橋電站下游。在泉S11 和S05 泉之間地下分水嶺高程在784 m～790 m 之間,高于河水位（770 m）14 m～20 m,低于水庫正常蓄水位19 m～25 m,在水庫正常蓄水位時庫水位與長興組（P2c）強巖溶含水層接觸約490 m,泉S11（高程777 m）位于正常蓄水位以下32 m,結合XZK2、KZK1、ZKK2、ZKK3 地下水位及地表地質調查,地表巖體破碎,風化深,通過長興組（P2c）強巖溶含水層向下游泉S05 河灣一帶滲漏的可能性大（見圖2）。

圖2 庫首河灣滲漏分析剖面圖

綜上所述,在庫首右岸河灣一帶地下水位低平且低于水庫的擬建正常高蓄水位809 m,形成地下水位低槽帶,水庫蓄水至正常蓄水位809 m 后,通過右岸河灣長興組（P2c）強巖溶地層向下游泉S05 河灣一帶滲漏的可能性大。水庫向下游泉S05 河灣一帶的滲漏特點為分散入滲、集中排泄,可能存在的滲漏形式為溶隙與管道混合型滲漏,但主要為溶隙性滲漏。

根據本工程的特點：滲漏模式主要為溶隙性滲漏,依據目前水庫的滲漏量類比估算可能的滲漏量,參照《水電水利工程喀斯特工程地質勘察技術規程》（DL/T 5338—2006）中5.3.11 的公式推算水庫的滲漏量[2]：式中：Q為水庫滲漏量,m3/s；B為滲漏段寬度,320 m；K為滲透系數,9.6×10-4m/s；h1、h2分別為水庫正常蓄水位水邊和低鄰谷水邊的含水層厚度,240 m、250 m；H1、H2分別為水庫正常高蓄水位標高和低鄰谷水面標高,809 m或811.5 m、735 m；L為水庫岸邊至低鄰谷的水平距離,3800 m。

經計算,當水庫的正常高水位達到正常蓄水位時,推算的水庫滲漏量Q=1.6 m3/s,占多年平均流量的17%左右,遠大于水庫允許滲漏范圍（不宜大于水庫河段多年平均流量的5%）,因此必須對水庫庫首右岸河灣滲漏帶進行防滲處理。

3 防滲處理

根據庫首右岸河灣地塊巖溶、水文地質特點,布置結合現場地形及村民房屋考慮,防滲帷幕線沿扁臘寨與擺浪村寨之間布置,布置通過ZKK1、ZKK2、ZKK3,兩側深入大隆組（P2d）相對隔水層中,防滲帷幕下限低于巖溶大泉S05 （735 m）泉水高程5 m,帷幕面積59044 m2。

4 結語

擬建在巖溶地區的水庫,要加強水庫區巖溶、水文地質勘察,特別是庫首發育有河灣地塊的強巖溶地層,為水庫滲漏的可疑通道,是水庫成庫的關鍵,需引起重視。