竹林腳水庫(kù)工程成庫(kù)條件分析

楊秀華，劉 勇

(貴陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

貴州省境內(nèi)碳酸鹽巖廣泛出露，屬于喀斯特山地地貌區(qū)。水是喀斯特山地環(huán)境的重要因素，也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中突出矛盾。雖然本區(qū)內(nèi)氣候濕潤(rùn)，降雨充沛，但巖層漏水，土層淺薄保水能力差，地表常嚴(yán)重缺水，有“雨過三天吃水難”的現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)地下水多以地下河形式存在，埋深大且分布不均勻，在開發(fā)利用上有較大的難度。因此，查明地下水分布規(guī)律，就近修建水庫(kù)是解決喀斯特地區(qū)缺水問題的重要手段之一，其中水庫(kù)成庫(kù)條件論證就顯得至關(guān)重要，關(guān)系到工程的成敗。

1 工程概況

擬建竹林腳水庫(kù)位于貴州省六盤水市六枝特區(qū)牛場(chǎng)鄉(xiāng)平寨村，距六枝特區(qū)約64km，距牛場(chǎng)鎮(zhèn)中心約20km。水庫(kù)位于平寨小河中上游窗子巖至羅家寨之間約900m的河段之間，控制流域面積3.28km2，正常蓄水位為1630m，擬建最大壩高27m。其建筑工程為：擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等主要建筑物。該水庫(kù)以防洪、灌溉、人飲等多種功能于一體，對(duì)促進(jìn)六枝特區(qū)牛場(chǎng)鄉(xiāng)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)具有十分重要的意義。水庫(kù)的補(bǔ)給水源主要為平寨小河以上段地表與地下水。

2 工程地質(zhì)條件

測(cè)區(qū)位于貴州省西部，屬于黔西高原山區(qū)——高原邊緣中山山地區(qū)。受烏江干流三岔河侵蝕、切割，地勢(shì)起伏大，庫(kù)區(qū)地面已變得極為破碎。構(gòu)造條件復(fù)雜，流水地貌與卡斯特地貌相間分布，砂、頁(yè)巖地區(qū)受區(qū)內(nèi)流水的沖刷侵蝕強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，形成桌狀山、單面山等。區(qū)內(nèi)三疊系碳酸鹽巖廣泛分布，溶丘、峰林地貌發(fā)育，洼地、落水洞呈串珠狀發(fā)育，巖溶管道不同程度發(fā)育，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

竹林腳水庫(kù)位于三岔河一級(jí)支流平寨小河中上游，庫(kù)區(qū)地勢(shì)總體西高東低，流向?yàn)闁|西向。庫(kù)盆多坐落在三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)上部灰色、灰綠色泥質(zhì)條帶灰?guī)r、紅褐色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等。左岸為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段(T1yn1)中厚層灰?guī)r夾薄層灰?guī)r、薄層泥灰?guī)r，右岸地層為三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)上部灰色泥質(zhì)條帶灰?guī)r，紅褐色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，以及三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段(T1yn1)的中厚層夾薄層灰?guī)r。受地質(zhì)構(gòu)造及出露地層控制，測(cè)區(qū)以巖溶地貌為主，表現(xiàn)為山原巖溶盆地、洼地發(fā)育，峽谷淺切，地貌的成層性明顯。庫(kù)盆較平緩、開闊，河谷以明流為主，在窗子巖進(jìn)入伏流區(qū)，匯入巖溶通道，于下游以巖溶泉形式出露后在平寨、大鬧地一帶以明流形式匯入納雍河。

3 巖溶、水文地質(zhì)條件

測(cè)區(qū)碳酸鹽分布面積達(dá)80%，其巖溶作用受巖性、構(gòu)造和地貌等因素綜合影響，其巖溶發(fā)育程度具明顯差異，地貌上峰叢溝谷為主，谷地中巖溶形態(tài)，以落水洞，巖溶洼地、溶洞和地下暗河等。

表1 巖溶層組劃分分析

3.1 巖溶

3.1.1 巖溶發(fā)育規(guī)模、形態(tài)

區(qū)內(nèi)巖溶較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為巖溶洼地、漏斗、落水洞、溶洞、巖溶管道等巖溶個(gè)體形態(tài)。經(jīng)地表調(diào)查統(tǒng)計(jì)，1/萬平面圖內(nèi)溶洞10個(gè)、落水洞21個(gè)、干溶洞12個(gè)、巖溶洼地121個(gè)。其中，地表分水嶺內(nèi)巖溶洼地16個(gè)，分水嶺內(nèi)面積為3.28km2，其面巖溶率為6個(gè)/km2。

3.1.2 巖溶發(fā)育地層

庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育地層主要為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段(T1yn1)灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)夜郎組中部(T1y)灰?guī)r、二迭系上統(tǒng)組(P2d+c)灰?guī)r地層。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，永寧鎮(zhèn)組第一段(T1yn1)地層發(fā)育溶洞(包括落水洞)10個(gè)、洼地121個(gè)；其他地層均未見巖溶現(xiàn)象。

3.1.3 巖溶發(fā)育規(guī)律、特點(diǎn)

庫(kù)區(qū)既存在強(qiáng)可溶巖，又存在非可溶巖。雖然強(qiáng)可溶巖出露面積在60%以上，但由于巖層緩傾的單斜構(gòu)造，巖溶發(fā)育受這種特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)制約，巖溶發(fā)育明顯呈現(xiàn)以下規(guī)律和特點(diǎn)。

發(fā)育規(guī)律：在平面上多呈線性和帶狀分布，且多沿地層走向及分界線呈串珠狀排列，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，沿T1yn1地層發(fā)育的巖溶洼地有121個(gè)，在高程上具有成層性。

發(fā)育特點(diǎn)：①庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育程度與巖石可溶性有關(guān)，以T1yn1灰?guī)r最為發(fā)育，其巖溶形態(tài)有130個(gè)，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)132個(gè)的98%；T1y灰?guī)r較弱，巖溶形態(tài)僅2個(gè)，占2%，且規(guī)模亦較前者??；②巖溶多順走向發(fā)育；③巖溶發(fā)育具有成層性，與各級(jí)剝夷面有關(guān)。

3.1.4 水文地質(zhì)巖組劃分

巖溶層組劃分主要依據(jù)：巖性組成、巖溶發(fā)育強(qiáng)度和巖層厚度及水動(dòng)力條件。根據(jù)區(qū)內(nèi)出露地層巖溶發(fā)育程度分析，將庫(kù)區(qū)巖層劃分4等巖溶層組：即強(qiáng)巖溶層組、中等巖溶層組、弱巖溶層組和非巖溶層組，詳見表1。

3.2 水文地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)河流為區(qū)內(nèi)地表水與地下水的最低排泄基準(zhǔn)面。兩岸碳酸鹽巖、碎屑巖等廣泛分布，地形由緩變陡，地下水在谷坡上排泄點(diǎn)高低不一，區(qū)內(nèi)含水層(灰?guī)r、白云巖等)與相對(duì)隔水層(砂巖、泥頁(yè)巖、粘土巖)相間分布，對(duì)地下水的補(bǔ)給儲(chǔ)存和排泄起一定的控制作用，各含水層之間一般無水力聯(lián)系。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特點(diǎn)與地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性有著密切的關(guān)系。

地表水補(bǔ)給地下水、再補(bǔ)給河水。地下水的賦存形式根據(jù)儲(chǔ)水介質(zhì)可大致分為溶管水、溶隙水、裂隙水、孔隙水4種形式。

(1)巖溶水：以巖溶管道水和巖溶裂隙水存在。巖溶管道水主要分布在強(qiáng)可溶巖地層中，巖溶管道水；巖溶裂隙水主要分布在弱～中等可溶巖地層中，在溶蝕裂隙中賦存或出露。主要表象為羅家寨巖溶泉KS05、焦家壩至巖上、平寨一帶KS03、KS04、KS06，牛場(chǎng)巖溶大泉KS07，庫(kù)尾嶺谷王家包包巖溶泉KS08、KS09。

(2)裂隙水：主要賦存于淺層基巖裂隙中，其補(bǔ)給源主要為大氣降水。

(3)孔隙水：主要賦存于部分洼地、河谷兩岸階地覆蓋層中，透水性較好。

在庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)出露多處泉點(diǎn)，具體情況見表2。

4 水庫(kù)滲漏評(píng)價(jià)

水庫(kù)滲漏問題主要由于地形、地質(zhì)條件決定，庫(kù)水在1630m正常高水位時(shí)，回水線長(zhǎng)約4.5km。水庫(kù)總體呈北東向布展。河谷為寬緩淺切型，兩岸山體雄厚。地下水以巖溶管道和裂隙流的形式，在不同高程上補(bǔ)給河水。河谷上游段為橫向谷，下游段為斜向谷。在庫(kù)盆分布連續(xù)夜郎組(T1y)中厚層灰色泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r巖體，巖溶作用微弱。

表2 工程區(qū)泉點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

在庫(kù)兩岸有T1yn1灰?guī)r大面積出露，巖溶作用強(qiáng)烈，發(fā)育有平寨暗河和落水洞暗河系統(tǒng)。暗河進(jìn)出口和沿線巖溶洼地高程低于或接近正常高水位。這些地段均為水庫(kù)主要可疑滲漏帶，分述如下。

4.1 左岸向平寨巖溶暗河的滲漏分析

庫(kù)首至平頭坡段鄰谷為教子山-焦家壩-穿洞-爛壩-箐頭-平寨巖溶暗河系統(tǒng)，爛壩為伏流區(qū)，入伏高程1676m，距庫(kù)水最近距離1.1km，在平寨以巖溶泉KS03、KS04流出，高程分別為1529、1530m，水庫(kù)正常蓄水高程1630m，低于該一帶洼地、暗河通道，地表分水嶺高程1660～1790m，從地形上來看向平寨暗河滲漏的可能較小，雖然左岸存在暗河系統(tǒng)，但該系統(tǒng)總體發(fā)育高程均高于水庫(kù)正常蓄水位，據(jù)ZK06穩(wěn)定水位1635.21m，平寨巖溶泉及焦家壩伏流高程推算水力坡度約7%，推算水力梯度為右岸從河床向暗河系統(tǒng)推算出地下分水嶺與地表分水嶺一致，左岸山體厚實(shí)，再加上左岸泉點(diǎn)S01、S02、S03高程分別為1675、1650、1630m，高程高于或接近正常蓄水位1630m，庫(kù)岸該段地下水補(bǔ)給庫(kù)水。左岸ZK07穩(wěn)定地下水位1638.5m，高于正常蓄水位1630m，該鉆孔處于地表分水嶺位置附近，說明地下分水嶺與地表分水嶺基本保持一致。進(jìn)一步證明庫(kù)水向平寨暗河滲漏的可能性小。

平頭坡至庫(kù)尾段，山體厚實(shí)，無低鄰谷分布，該帶泉點(diǎn)S04、S05出露高程分別1677m、1684.5m，泉水補(bǔ)給庫(kù)水，均高于正常蓄水位1630m，因此該段地下分水嶺較高，水庫(kù)蓄水后不存在滲漏問題。

4.2 庫(kù)尾庫(kù)水沿?cái)鄬?F1)向岔河低嶺谷及深層滲漏分析

(F1)斷層沿庫(kù)尾穿地表分水嶺經(jīng)代家包包-王家包包-林家寨岸坡穿過，分布高程1350～1655m，左盤為T1y，右盤為T1y、P2c+d、P2l。經(jīng)查：該區(qū)域強(qiáng)巖地層T1yn1，在庫(kù)尾段至低嶺谷段未見巖溶現(xiàn)象，巖溶不發(fā)育，山體厚實(shí)，據(jù)調(diào)查見KS08、KS09，高程分別為1625m，水庫(kù)區(qū)壩址河道高程1615m，泉點(diǎn)高程高于河道高程10m，低于水庫(kù)正常蓄水位5m，泉點(diǎn)出露在斷層附近，表明地下水未向深層滲漏，根據(jù)水力坡度推出，地下水分嶺高于1630m，水庫(kù)蓄水后沿庫(kù)尾滲漏的可能較小，(F1)斷層性質(zhì)具有阻水性。

綜上所述水庫(kù)蓄水后沿左岸平寨暗河系統(tǒng)滲漏的可能性小，沿庫(kù)尾低嶺谷滲漏及斷層往深層滲漏可能性小。

4.3 右岸向牛場(chǎng)巖溶暗河的滲漏分析

庫(kù)首至羅家寨段鄰谷為劉家寨-落水洞-牛場(chǎng)巖溶暗河系統(tǒng)。穿洞為伏流區(qū)，入伏高程1670m，距庫(kù)水最近距離1.5km，在牛場(chǎng)以巖溶泉KS07流出，出流高程1435m，水庫(kù)正常蓄水高程1630m，低于該一帶洼地、暗河通道，地表分水嶺高程1700～1761m，從地形上來看向落水洞暗河滲漏的可能較小，雖然右岸存在暗河系統(tǒng)，但該系統(tǒng)總體發(fā)育高程均高于水庫(kù)正常蓄水位，據(jù)牛場(chǎng)巖溶泉及落水洞伏流高程推算水力坡度約5%，右岸從河床向暗河系統(tǒng)推算出地下分水嶺與地表分水嶺一致，右岸山體厚實(shí)，再加上右岸流向庫(kù)內(nèi)泉點(diǎn)KS05、KS06高程分別為1621.6m、1623.1m，雖然低于正常蓄水位1630m，但地下分水嶺較高，庫(kù)岸地下水補(bǔ)給庫(kù)水，因此庫(kù)水向牛場(chǎng)暗河滲漏的可能性小。

羅家寨至庫(kù)尾段，距庫(kù)區(qū)2.8km，雖存在低鄰谷，但山體厚實(shí)，出露泉點(diǎn)S03，高程1630.5m，出露高程均高于正常蓄水位，因此地下分水嶺較高，水庫(kù)蓄水后不存在向庫(kù)外滲漏問題。

4.4 庫(kù)首滲漏分析

左岸鉆孔ZK04穩(wěn)定水位1624.2m，低于正常蓄水位，鉆孔揭示主要為永寧組中厚層灰?guī)r段，底部為夜郎組泥質(zhì)條帶灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖。其中強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r段，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，且溶強(qiáng)強(qiáng)發(fā)育，鉆孔揭示局部發(fā)育巖溶溶洞。水庫(kù)蓄水抬升后，沿灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化裂隙帶、開挖爆破裂隙帶向庫(kù)首滲漏的可能性較大，需進(jìn)行防滲處理。

表3 庫(kù)區(qū)鉆孔穩(wěn)定地下水位統(tǒng)計(jì)

初步擬定庫(kù)首至左岸段防滲方案為：防滲底界深入巖體透水率≤5Lu連續(xù)2～3個(gè)段長(zhǎng)；帷幕邊界結(jié)合左岸水文孔ZK07地下水位(1638.5m)按水力梯度綜合考慮，以地下水位與正常蓄水位交點(diǎn)向外延伸20m而定。右岸埡口處ZK05揭示，穩(wěn)定地下水位1627.8m(2017年3月，為旱季)，低于正常蓄水位1630m約2.0m，該段地處埡口地段，巖體較破碎，完整性較差，水庫(kù)蓄水后，水位的抬升，會(huì)導(dǎo)致該段出現(xiàn)薄弱帶從而出現(xiàn)潰口，需對(duì)該段進(jìn)行防滲處理，防滲邊界按正常蓄水位與地下水位交點(diǎn)向外延伸20m確定，防滲底限深入弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖段10～15m。河床壩基段鉆孔ZK01～ZK03揭示，當(dāng)深入弱風(fēng)化灰?guī)r后，巖體透視率隨深度的增加遞減，直至≤5Lu，故河床段帷幕底界采用深入巖體透水率≤5Lu連續(xù)2～3個(gè)段長(zhǎng)而定。故水庫(kù)蓄水后庫(kù)首段存在滲漏問題，但通過帷幕灌漿處理后滿足蓄水條件。

綜上，水庫(kù)左右兩岸、庫(kù)尾不存在低鄰谷滲漏問題。庫(kù)首、庫(kù)首至左岸及右岸單薄埡口一帶通過灌漿處理后，水庫(kù)基本具備成庫(kù)條件。

5 結(jié)語(yǔ)

區(qū)內(nèi)氣候溫濕，降雨量充沛，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地表負(fù)地形，地下管道規(guī)模巨大，為典型的卡斯特地區(qū)，水文工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜。水利開發(fā)建設(shè)中出現(xiàn)了不少教訓(xùn)，最為突出的是巖溶滲漏問題，如處理不當(dāng)，會(huì)給工程建設(shè)造成工期、費(fèi)用的增加，使水庫(kù)工程不能充分利用，甚至成為廢庫(kù)。因此，必須重視水庫(kù)成庫(kù)條件的論述，為水庫(kù)的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。