蟒河口水庫滲漏邊界問題研究

薛 寒， 王文甫，2

（1.河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，鄭州 450016；2.水資源高效利用與保障工程河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450045）

蟒河口水庫位于河南省濟源市北蟒河出山口，主要建筑物由大壩、泄水建筑物及引水建筑物組成.水庫總庫容1 094.0 萬m3，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高77.6 m，壩頂長220.5 m，壩頂寬6.0 m. 在蟒河口水庫建設(shè)中，部分防滲工程未隨水庫主體工程完工，導(dǎo)致水庫建成后漏水現(xiàn)象很嚴重，僅在洪水期水庫能有一段時間有蓄水外，其他時段水庫基本為空庫，水庫效益基本沒有體現(xiàn). 通過前期工程地質(zhì)勘察資料、竣工地質(zhì)資料、觀測資料，充分利用地層與構(gòu)造的地質(zhì)觀點，合理運用工程鉆探及地球物理勘探等多種勘察手段，在平面范圍及剖面方向上對滲漏部位進行確定，并根據(jù)勘察成果提出針對性防滲處理措施.

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

蟒河口水庫壩址區(qū)屬低山區(qū). 河床兩岸基巖大部分裸露，左岸山體三面臨空，邊坡陡峭，坡度約63°，右岸山體較單?。槐眰?cè)地形陡峭，坡度約70.2°，南側(cè)較緩，約39°. 河床兩岸呈不對稱U型谷，結(jié)構(gòu)屬一側(cè)發(fā)育的橫向谷. 河床覆蓋層厚2.9～12.0 m，巖性為漂石的礫卵石層.

1.2 地層巖性

蟒河口水庫工程區(qū)出露的地層主要為寒武系上統(tǒng)（∈3），奧陶系中統(tǒng)（O2），局部為新近系（N）及第四系（Q）地層. 寒武系上統(tǒng)崮山組（∈31）、長山組（∈32）為組成壩基及壩肩的主要地層. 寒武系地層主要由深灰色，厚層-中厚層白云巖組成，寒武系各組皆為整合接觸. 壩址區(qū)白云巖為單斜緩傾斜巖層，傾向上游，巖層產(chǎn)狀：走向一般為305°～350°，傾向北東，傾角4°～11°，近斷層處產(chǎn)狀變化大.

工程區(qū)巖溶發(fā)育特征符合區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)律，從巖性方面寒武系中上統(tǒng)、奧陶系上統(tǒng)的灰?guī)r、白云巖巖體中巖溶現(xiàn)象發(fā)育；從空間分布來看，巖溶發(fā)育符合沿構(gòu)造線、傍坡臨岸的規(guī)律.

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

由于受盤古寺（F3）區(qū)域性大斷裂影響，壩址區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)斷層展布方向，可將區(qū)內(nèi)斷層分為兩組：一組為東西向，一般規(guī)模較大，切割能力強，延伸距離遠，斷層帶及影響帶較寬（20～50 m），與區(qū)域構(gòu)造行跡相同；另一組為北東向，一般規(guī)模較小，延伸距離有限，與東西向斷層相交后消失，斷層帶及影響帶5～10 m，是壩址區(qū)的主要出露斷層，影響壩基及壩肩的滲漏與穩(wěn)定. 以上斷層共同點是：皆為正斷層，且往往發(fā)育分支斷層；斷層性質(zhì)為張扭性；斷層帶寬窄變化較大；在剖面上表現(xiàn)多為上寬下窄，呈楔狀；斷層帶物質(zhì)多為斷層角礫夾泥；斷層面呈舒緩波狀等（見圖1、圖2）.

圖1 蟒河口水庫地質(zhì)構(gòu)造示意圖Fig.1 Tectonic map of Manghekou reservoir

1.4 水文地質(zhì)條件

1.4.1 地下水類型 根據(jù)含水介質(zhì)特征及地下水的賦存條件，本區(qū)地下水可分為碳酸巖巖溶裂隙水和松散堆積物孔隙水兩類.

圖2 蟒河口水庫庫區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Tectonic map of Manghekou reservoir

1）松散堆積物孔隙水. 分布于蟒河河床，巖性為礫卵石含漂石，厚度10 m左右，由于礫卵石局部為板-半膠結(jié)狀，滲透系數(shù)K變化較大，據(jù)巖性及滲水情況判斷K為10～100 m/d，上部較大. 其含水量受氣候及地表水影響較大，旱季蟒河斷流時含水量小或不含水，到汛期雨季，含水量較大，水位可達地表附近.

2）碳酸巖巖溶裂隙水. 主要賦存于寒武、奧陶系碳酸巖中裂隙、斷層帶及沿裂隙（斷層帶）形成的溶隙（洞），為巖溶、裂隙含水帶，由于庫區(qū)兩岸未見泉水出露，加之壩址區(qū)鉆孔資料，判定地下水位埋藏較深，2007年4—7月水位觀測，壩址區(qū)地下水位在基巖面下約30 m. 其中長山組（∈32）、鳳山組（∈33）、下馬家溝組（O2X）、上馬溝組（O2S）中的灰?guī)r、白云巖為裂隙狀或脈狀透水層，崮山組（∈31）、張夏組（∈2Z）中的灰?guī)r、白云巖為主要含水層，為弱含水的巖溶裂隙含水層. 主要隔水層為區(qū)內(nèi)徐莊組（∈2X）紫紅色、黃綠色頁巖，及下馬家溝組（O2X）的“賈汪”頁巖為主要隔水層.

1.4.2 補給、徑流、排泄 根據(jù)本次壩址區(qū)水位觀測結(jié)果，壩址區(qū)在非主汛期地下水位（水位高程220～240 m）均低于河床高程（256 m左右），其中單薄分水嶺最高，其次為河床右岸，右岸高于河床，河床高于左岸，整體流向為北向南，水力梯度約5%，近庫岸不存在明顯的分水嶺. 通過水文地質(zhì)調(diào)查，近庫區(qū)兩岸沒有泉水出露，庫區(qū)河床均為干涸狀態(tài)，因此，推測庫區(qū)地下水位較低.

巖溶裂隙含水層主要接受大氣降水及第四系孔隙中潛流水補給，大氣降水在入滲過程中，部分受到隔水層（徐莊組∈2X）紫紅色、黃綠色頁巖，及下馬家溝組（O2X）的“賈汪”頁巖的阻隔，在雨后形成瀑布和懸掛泉排入河谷，地下水補給量較小. 地下水由北向南徑流，排泄方式主要是蒸發(fā)及向下游地下徑流.

2 滲漏類型分析

根據(jù)蟒河口水庫工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，場區(qū)滲漏可以分為庫區(qū)滲漏和近壩區(qū)滲漏兩個部分. 近壩區(qū)為F2斷層與F4斷層連線蟒河下游至近壩區(qū)，庫區(qū)為F2斷層與F4斷層連線蟒河上游至庫尾區(qū)塊.

庫區(qū)近岸處無泉水出露，庫區(qū)地下水位較低，兩岸地下水分水嶺位置較遠，為一典型的懸托河. 兩岸山谷較雄厚，鄰谷距離較遠，均超過3 km，庫區(qū)兩岸地層為上寒武統(tǒng)∈31崮山組的弱-微風(fēng)化厚-巨厚層狀鮞狀白云巖，河床為中寒武統(tǒng)∈2Z2張夏組弱-微風(fēng)化厚-巨厚層狀鮞狀白云巖，巖體為弱透水-微透水，因此向鄰谷滲漏量很小. 而庫區(qū)斷層較發(fā)育，多為張扭性正斷層，向南延伸均交于F3盤古寺斷層，構(gòu)造帶巖體疏松，巖溶現(xiàn)象較為發(fā)育；通過對不同部位巖體大于100 Lu 透水率段分布特征統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，巖溶透水率大于100 Lu 段和構(gòu)造斷層的相關(guān)較為密切. 根據(jù)工程構(gòu)造斷層、節(jié)理密集帶、大節(jié)理等發(fā)育特征及規(guī)律來看，工程區(qū)巖體的透水性存在沿斷層及近東西構(gòu)造線方向滲透特性強的特點. 因此庫區(qū)滲漏初步判斷以通過斷層向下游集中滲漏為主.

近壩區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育的斷層有5條，透水性較強；節(jié)理主要發(fā)育2組，均為高角度裂隙，傾角一般80°～90°. 在近東西向節(jié)理發(fā)育，沿大裂隙、節(jié)理密集帶一般發(fā)育有溶隙縫，部分有溶洞，這些裂隙與斷層組合在一起易構(gòu)成滲水通道.

3 滲漏范圍分析

庫壩區(qū)巖溶發(fā)育較弱，有明顯的隨一定高程減弱的現(xiàn)象，巖溶發(fā)育深度在壩址區(qū)一般在210～220 m高程以上. 工程區(qū)沿斷層（如F1斷層、F5斷層、F4斷層的東北段）存在深遠、連通的巖溶型滲漏管道的可能性不大.本工程的主要滲漏地段是F2斷層與F4斷層連線的南側(cè)區(qū)塊.

3.1 庫區(qū)滲漏范圍

庫區(qū)滲漏主要是沿斷層通向庫外的帶狀滲漏，滲漏途徑主要沿F1、F5斷層向下游、庫外滲漏.

3.2 近壩區(qū)滲漏范圍

近壩區(qū)左岸壩肩～F4斷層區(qū)域巖體，由于近東西向節(jié)理密集帶及大節(jié)理等構(gòu)造線的存在，會向下游形成集中帶狀滲漏或網(wǎng)狀滲漏. 右岸單薄分水嶺存在有F4～F2斷層間的三角形構(gòu)造破碎帶，處于F4、F2斷層的上盤，并分布有F22、F21、F20、L38等斷層及大節(jié)理，巖體破碎，透水性強，會向下游形成集中帶狀滲漏或網(wǎng)狀滲漏.所以，水庫工程區(qū)的滲漏主要在近壩區(qū).

3.2.1 近壩區(qū)右岸滲漏范圍 目前，近壩區(qū)右岸已通過防滲面板及帷幕灌漿的防滲措施做至F4斷層上游80 m，近壩區(qū)左岸260 m 高程的灌漿洞已施工，洞長708 m，僅對前100 m 進行了灌漿防滲，其他部分沒有進行灌漿防滲.

根據(jù)近壩區(qū)左岸260 m高程的灌漿洞，洞長708 m，洞內(nèi)發(fā)育有F2斷層及小斷層，F(xiàn)2斷層在洞尾605樁號通過，走向與洞軸線近垂直. F2斷層頂拱寬20～60 cm，兩壁中下部破碎帶寬達4 m，頂拱塌落高度約5 m. 洞內(nèi)大的裂隙發(fā)育，溶蝕后為溶隙及溶蝕寬縫，寬度變化大，寬1～500 mm，壁面附著明顯的鈣華，帶內(nèi)多充填有泥質(zhì)、巖屑和碎塊，發(fā)育密度為2～5條/10 m，洞內(nèi)多處發(fā)育有節(jié)理密集帶、劈理帶及窩狀溶孔，窩狀溶孔內(nèi)充填有紅色泥質(zhì). 長大裂隙和斷層是左岸的主要漏水通道. 蟒河口水庫自2012年建成，據(jù)濟源市水利局提供的資料，水庫蓄水后，經(jīng)對左岸260 m灌漿洞的滲漏觀測，庫水沿長大裂隙及斷層形成集中滲漏，并有泥質(zhì)、石塊、碎屑帶出；據(jù)觀測資料，左岸灌漿洞滲漏量為0.353 m3/s，約3萬m3/日. 說明該地段通過長大裂隙和斷層滲漏問題嚴重.

3.2.2 近壩區(qū)左岸滲漏范圍 工程區(qū)左岸高程313 m以下地層為上寒武統(tǒng)長山組、鳳山組及崮山組. F4斷層至F2斷層間高程313 m以下為上寒武統(tǒng)鳳山組白云巖、泥質(zhì)白云巖及泥質(zhì)條帶白云巖. 該段層面局部呈張開狀，張開寬度5～20 cm，層間夾有次生泥質(zhì)，存在層間錯動. 主要發(fā)育近東西向及北東向裂隙，發(fā)育密度5 m/條，裂隙多為溶蝕裂隙，呈張開狀，寬10～30 cm. 巖體在節(jié)理作用下易向河道內(nèi)崩塌. F2至F4斷層該段裂隙貫通性良好，且裂隙內(nèi)局部巖溶發(fā)育，呈溶隙或溶孔狀，易形成集中滲漏通道. 建議左岸防滲范圍延長至F4斷層并穿過斷層上游影響帶，進入上寒武統(tǒng)崮山組厚層狀白云巖巖體大于50 m.

防滲底界的確定是本工程防滲帷幕灌漿設(shè)計的關(guān)鍵，需要找到穩(wěn)定連續(xù)的相對隔水層. 傳統(tǒng)認識上，寒武系下統(tǒng)徐莊組紫紅色、灰綠色頁巖透水性差，是良好的相對隔水層，但其埋深在正常蓄水位以下300 m左右，對于目前的帷幕灌漿施工的可行性非常差. 為此在勘察過程中，采用EH-4音頻大地電磁查明近壩區(qū)巖體巖溶發(fā)育情況及穩(wěn)定地下水埋深，同時在左岸260 m高程灌漿洞布置3個水文地質(zhì)孔，通過鉆孔壓水試驗確定巖體的透水性、弱透水巖層的分布及地下水位埋深，鉆孔內(nèi)輔助全孔壁成像系統(tǒng)確定節(jié)理裂隙分布規(guī)律及與巖石透水性的關(guān)系. 經(jīng)綜合分析，隨深度的增加，灌漿洞巖體透水率變小，裂隙過水跡象變?nèi)酰纳浇M中、下部的巖體透水率小于3 Lu（見表1），為相對不透水層，可作為防滲底界. 以崮山組白云巖作為防滲底界，突破了傳統(tǒng)觀念，減小了防滲深度，提高了防滲帷幕灌漿施工的可行性，為北方巖溶區(qū)確定防滲底界提供了一個新的思路.

表1 左岸260 m灌漿洞不同巖層巖體透水率Tab.1 Absorption rate of different rock layers of grouting tunnel on the left bank（260 m）

4 結(jié)論

1）水庫工程區(qū)滲漏可以分為庫區(qū)滲漏和近壩區(qū)滲漏兩個部分. 近壩區(qū)為F2斷層與F4斷層連線蟒河下游至近壩區(qū)，庫區(qū)為F2斷層與F4斷層連線蟒河上游至庫尾區(qū)塊. 水庫滲漏初步判斷以通過斷層向下游集中滲漏為主，近壩區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，裂隙與斷層組合在一起易構(gòu)成滲水通道.

2）庫區(qū)滲漏包括近壩區(qū)滲漏和庫區(qū)滲漏，庫區(qū)滲漏主要是沿斷層通向庫外的帶狀滲漏，滲漏途徑主要沿F1、F5斷層向下游、庫外滲漏；水庫工程區(qū)的滲漏主要在近壩區(qū)，近壩區(qū)左岸為重點滲漏地段.

3）勘察過程中，采用物探、鉆探及水文地質(zhì)試驗等，確定崮山組白云巖作為防滲底界，建議左岸防滲范圍延長至F4斷層并穿過斷層上游影響帶，進入上寒武統(tǒng)崮山組厚層狀白云巖巖體大于50 m，深度進入崮山組中下部.

4）建議將透水率≤3 Lu的巖層作為防滲底界.