龍塘水庫巖溶發育規律及滲漏問題分析

張興安

(陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安710000)

龍塘水庫位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣北部梅雨河一級支流馬壩河下游，壩址位于干海鄉龍塘峽谷段。工程區距離西昌市180 km，距離鹽源縣26 km，水庫設計正常蓄水位高程2 420m，壩頂高程2 423m，壩底高程2 360m，最大壩高63m，總庫容1.49億m3，有效庫容1.17億m3，灌溉面積40萬畝，裝機。工區距離 KW。主要建筑物包括大壩、引水洞、廠房、導流洞等，初擬壩型為常態混凝土拱壩。工程區巖溶極其發育、巖溶水文地質條件復雜，水庫蓄水后在反壓作用下，可能變成向水庫下游和兩岸鄰谷滲漏的通道。因此，巖溶滲漏是該水庫成庫建壩的重要工程地質問題。

1 庫壩區基本地質條件

1.1 地形地貌

工程區位于鹽源盆地北部的馬壩河下游。鹽源盆地處于青藏高原東南部，四周群山環抱，一般高程3000～4 000m，高差上千米，盆地內部為壟崗狀丘陵和階地，高程一般在般1>～2 700m，呈多級夷平面的階地地貌景觀。

庫區回水長度10.5 km，按地貌形態可分為兩大地貌類型。其中丘陵洼地(月亮壩下游)，約占庫區回水長度的45.4%，地形開闊平緩，河谷寬闊，多呈寬淺的“U”型。低山峽谷區(月亮壩上游)約占庫區回水長度的54.6%，河流強烈下切;河谷形態呈“V”型或“U”型。

1.2 地層巖性

據區調資料，本區地層可列為三個分區，即康滇分區、鹽源麗江分區和松潘甘孜分區。其中鹽源麗江分區地層分布最廣，而康滇分區地層和松潘甘孜分區地層僅分布于測區的東部及西北部，面積都較小。

1.3 地質構造

工程區位于揚子準地臺(Ⅱ)西北部的二級構造單元鹽源麗江臺緣拗陷區(Ⅱ2)中部鹽源“山”字型構造脊柱部位，東鄰揚子準地臺的康滇臺隆(Ⅱ1)，西北接松潘甘孜地槽南緣(Ⅰ)。構造形跡的展布受由北向南水平推力的控制，形成了一系列北東及北西向延伸的寬緩褶皺和斷裂構造。區域大地構造單元分區如圖1。

圖1 區域構造綱要圖

1.4 巖溶水文地質

區內水系主要由雅礱江及其支流小金河組成。梅雨河發育分布于鹽源盆地內，由白烏河、馬壩河、古柏河等眾多的支流組成樹枝狀的向心水系，水文網發育展布主要受地質構造控制，其干流以順構造線發育為主，支流則多垂直構造線展布，組成近似羽狀的環形水系。工程區及外圍分布有松散堆積層孔隙水、孔隙裂隙層間水、基巖裂隙水、巖溶水四個地下水類型。

其中巖溶發育的主要層位是三疊系中統白山組上段(T2b3)均勻狀石灰巖，其次是中段(T2b2)均勻狀純碳酸鹽巖和老第三系紅崖子組均勻狀不純的碳酸鹽巖，厚度約55.8m。庫區巖溶發育形態多樣，常見的有漏斗、落水洞、地下暗河、溶洞、溶隙等，其充填程度、充填物的物質組成及密實程度亦不盡相同。

2 巖溶發育規律

2.1 庫壩區巖溶發育分布及特點

工程區發育的巖溶按分布高程投影如圖2，大體有如下規律:河床2 375m高程以上，發育四層巖溶，高程分別為點/三級～2 380m、m2 3～2 396m、m2 4～2 408m、m2 4～2 435m，其中小型溶洞或溶隙多被紫紅色粘土夾碎塊石充填，大型溶洞基本無充填或底部充填薄層碎礫石;河床2 375m高程以下，基本發育兩層巖溶，分布高程為 35m～2 360m、m2 2～2 320m，前者屬古巖溶，充填較密實，充填物多為紫紅色粘土夾碎礫石，后者為受梅雨河侵蝕基準面控制的新巖溶，規模較小，充填程度較差或無充填。

圖2 龍塘水庫壩區及近壩庫區巖溶縱向投影圖

2.2 巖溶發育的一般規律

根據工程地質勘察成果分析，工程區的巖溶發育具有如下規律性:

2.2.1 巖溶發育程度、規模與巖性關系密切

工程區分布的幾套地層中(T2b3、T2b2、T2b1、T3xb、Eh、N2x)，三疊系中統白山組上段(T2b3)的均勻狀質純灰巖，厚度大，層位穩定，分布廣泛，是巖溶最為發育的主要層段，其它地層均為不純的灰巖或夾碎屑巖，巖溶發育相對較弱。

2.2.2 巖溶發育方向受地質構造控制明顯

本區褶皺及斷層對巖溶發育的方向及發育程度有明顯相關性，通常與構造線方向具有一致性。庫區左岸北東向褶皺、右岸北西向褶皺及近南北向斷層構造，對巖溶發育、分布方向以及巖溶水的運動方向控制性明顯。而在同一構造區的不同部位，巖溶的發育則與節理裂隙的發育程度及展布相關，據庫區溶洞和壩區平硐、探槽內發育的溶洞調查統計，主要沿北北東向高傾角張性裂隙和層面裂隙發育的巖溶約占74%，其它和構造無關主要各巖性相關的僅占26%。

2.2.3 巖溶發育與河流發育史具有明顯的對應性

巖溶發育與當地侵蝕基準面的對應性，主要表現在河谷兩岸巖溶發育空間上的成層性以及河谷以下巖溶發育深度等。在工程區地質演變歷史的發展中，馬壩河等地表水經歷了不同的發展階段，形成了三級河流階地，與之相對應，河谷兩岸溶洞的分布在不同高程上亦具有大致成層的規律，但由于不同期巖溶繼承發育，深部巖溶分布的成層性又不是特別明顯，與河流階地的對應關系亦不完全一致。巖溶形態在平面上發育規律也具有明顯的差異性，在巖溶水補給區或分水嶺地區，巖溶形態以地表溶溝、溶槽、漏斗、落水洞、小型溶蝕洼地等垂直巖溶形態較發育，而在巖溶水的徑流排泄區則以水平溶洞、暗河等水平巖溶形態為主。

2.2.4 巖溶發育具有很大的不均一性

這種巖溶的空間分布和發育程度的不均一性，主要是由于可溶巖體內部構造和透水性等條件的不均一性造成的。測區內同一地區的不同地段或部位，巖溶化強度均有顯著的差異，如壩區的河床與壩肩巖溶發育就明顯不同，且在同一部位，大的溶洞、溶道與小的溶隙、溶孔同時并存。

3 水庫滲漏問題

3.1 左岸鄰谷滲漏

3.1.1 向古柏河的滲漏

古柏河位于馬壩河左側，河間地塊寬度1.6～3.5 km，上部為弱～微透水巖組的新第三系昔格達組(N2x)粘土巖，厚度13.5～195m，底面高程在2310～2 440m之間，為天然隔水屏障。下伏三疊系中統白山組灰巖及上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖，其中強巖溶化的白山組灰巖可能成為鄰谷滲漏的通道，順古柏河順河地質剖面分段說明如下:

1)六谷溝—兩層樓干谷段

長度1.8 km，河床高程2455～2 435m，兩岸為白山組灰巖，灰巖出露的最低高程高于正常蓄水位10～15m，推測該段河谷枯水期的地下水位高程為程高正～2 435m，進口高程及地下水位高于水庫正常蓄水位，不存在庫水向鄰谷反壓滲漏的問題。

2)兩層樓—廟子灣段

長度1.65 km，河谷橫切大院子向斜，上部為老第三系紅崖子組砂礫巖，下伏三疊系上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖及上博達組粘土巖，為弱透水巖組，為良好的隔水層，且該段河谷地面高程為2420～2 435m，枯水期地下水位埋深8～15m，地下水位高程在程子斜～2 425m左右，與水庫正常蓄水位高程相差不大，水頭比降甚小，基本不存在滲漏問題。

3)廟子灣—古柏分場干谷段

長度約3.0 km，橫切汪家坪背斜，古柏河左岸灰巖裸露，野外調查灰巖中小溶洞和不同方向的溶蝕裂隙均較發育，右岸(與馬壩河相鄰)多被第四系地層及新第三系昔格達組地層覆蓋。其中下游2.3 km長的灰巖分布高程為2350～2 420m，據調查訪問枯水期地下水位高程為程，切～2 415m，低于正常蓄水位高程2 420m。水庫蓄水后，庫水易沿灰巖中的小溶洞和溶蝕裂隙向古柏河鄰谷滲漏，其產生滲漏的主要形式是溶隙脈狀流。

4)古柏分場—石樓梯段

長度約2.5 km，橫切甲花村向斜，出露地層為三疊系上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖及上博達組粘土巖，為弱透水巖組，為良好的隔水層，不存在滲漏問題。

5)石樓梯—楊柳壩干谷段

長度1.5 km，河床高程2385～2 370m。由于上游的甲花村向斜在河間地塊中部揚起，透水性微弱的博大組地層(由北東向南西延伸)阻隔了地下水的下滲，庫水不可能滲漏于楊柳壩河段。

綜上所述，庫水沿白山組灰巖中的溶隙、小溶洞向左岸鄰谷古柏河的滲漏主要發生在廟子灣～古柏分場干谷段(約2.3 km)，其滲漏的主要形式是溶隙脈狀流。

3.1.2 向馬壩河下游的方家溝滲漏

方家溝屬于馬壩河左岸的沖溝，溝口位于壩址下游1.3 km，源頭高程2 460m，溝口谷底高程2 385m，谷底高程2 420m以下至溝口長度1.5 km，該段上部為新第三系昔格達組粘土巖，厚度一般5～54.5m，下伏三疊系中統白山組灰巖，頂板高程一般程 46.8～2 450m，野外調查裸露灰巖中小溶洞和溶蝕裂隙較發育，庫水易通過灰巖溶蝕裂隙滲漏到方家溝中、下游段。

3.2 右岸鄰谷滲漏

3.2.1 向白烏河的滲漏

白烏河位于馬壩河右側，河間地塊寬度2.2～2.7 km，上部為弱～微透水巖組的新第三系昔格達組(N2x)粘土巖，厚度15～55m，底面高程在2286～2 433m之間，為天然隔水屏障。下伏三疊系中統白三組灰巖及上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖，其中強巖溶化的白三組灰巖可能成為鄰谷滲漏的通道，順白烏河順河地質剖面分段說明如下:

1)下麥地峽谷進口以上段

該段下部斜切麥地向斜，核部出露地層為三疊系上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖及上博達組粘土巖，順河寬度約2.0 km，屬弱透水巖組，為良好的隔水層。另外該段河谷谷底高程2470～2 430m，河水面高程2 430m以上，均高于正常蓄水位，庫水不存在向該段滲漏的問題。

2)下麥地峽谷進口—山門口段

長度約3.0 km，在該段河谷中段斜切黑元寶背斜，河谷及兩岸廣泛出露三疊系中統白山組灰巖，發育了四層溶洞，大體上與河流漫灘或一級階地、二、三、四級階地高程對應，其中該段與河流漫灘或一級階地高程對應的大型溶洞6個，天然狀態下，麥地峽谷河水易通過黑元寶背斜兩翼層面和沿北西向斷裂發育的巖溶通道，向南東流向馬壩河右橋頭、河灣子一帶。該段下游1.2 km長的河谷水面高程2420～2 390m，低于正常蓄水位，當水庫蓄水至2 420m高程時，庫水易沿相應來水通道反壓至該段河谷。水庫存在向該段下游1.2 km河段反壓滲漏的問題。

3)山門口以下段

該段在三門口附近，河谷斜切采石場向斜，核部出露地層為三疊系上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖，厚度約0.8 km，屬弱透水巖組，該層從山門口上游向東南延伸至壩址上游天然溢洪道附近，為良好的隔水層，阻止了庫水向山門口以下的白烏河段滲漏。

總之，庫水向白烏河的鄰谷滲漏主要位于山門口上游1.2 km的下麥地峽谷段(尤其是采石場向斜東北翼地段)，滲漏形式多為巖溶管道和溶隙混合型滲漏。

3.2.2 向馬壩河支溝瓦窯溝的滲漏

瓦窯溝屬于馬壩河右岸的沖溝，溝口位于壩址西南0.5 km，源頭高程2 495m，溝口谷底高程2 385m，谷底高程2 420m以下至溝口長度1.8 km，該段上部為新第三系昔格達組粘土巖，厚度一般10～31.7m，中部為老第三系紅崖子組砂礫巖，厚度一般8～13.8m，下伏三疊系中統白山組灰巖及三疊系上統下博達組碎屑巖夾泥灰巖，頂板高程一般031.～2 403m。采石場向斜翹起段從瓦窯溝口以上600m處穿過，核部為下博達組碎屑巖夾泥灰巖，具有隔水作用，但瓦窯溝F1斷層斜切向斜，破壞了核部的隔水地層，溝通了向斜內外側的白山組灰巖，庫水易順瓦窯溝斷層排泄于庫下游石河壩、河灣子等泉，或形成新的滲漏點。

3.3 壩基滲漏和繞壩滲漏

3.3.1 壩基滲漏及壩肩繞壩滲漏

壩址位于三疊系中統白山組上段灰巖上，根據野外地表調查以及鉆孔、平硐資料，壩址區裂隙、溶蝕裂隙、溶洞較發育，庫水易通過相應通道產生壩基滲漏及壩肩繞壩滲漏。

3.3.2 通過大龍塘反壓倒灌，導致左、右龍眼流量增加或產生新的滲漏點

根據連通試驗和抬水試驗，庫內的大龍塘暗河與下游的左、右龍眼泉同屬長坪子—大院子水動力單元，具有相同的補給區，二者水力聯系緊密。但大龍塘出露高程2389.31m，枯水期水位高程2388.31m，只有當洪水期，上游來水豐富，地下水位高出上述高程一定數值時，大龍塘才季節性的向外排水;一旦補給區水源減少，地下水位下降到一定程度，大龍塘就停止出水，而下游的左、右龍眼屬長流水。因此水庫蓄水后，庫水易通過大龍塘反壓倒灌，導致左、右龍眼流量增加或在下游產生新的滲漏點。

4 結論

綜合以上分析，水庫修建后，主要滲漏將集中在以右橋頭泉為主向右岸白烏河的管道型滲漏、向下游核桃樹泉、河灣子泉的反壓滲漏，以大龍塘暗河出口為主向左岸古柏河的反壓滲漏，以大龍塘、東西龍塘、牛吃水泉為主向左右龍眼的滲漏，以及巖溶發育段灰巖壩肩向下游的繞壩滲漏為主。其中:

(1)水庫區滲漏以巖溶管道型反壓向右岸白烏河、壩下游及左岸古柏河滲漏為主，溶隙型滲漏次之的形式。

(2)鑒于庫區巖溶滲漏以巖溶管道型為主，而工程區灰巖段巖溶管道滲漏結構十分復雜，未來的庫區滲漏不僅沿已發現的多個泉水出露點的滲漏，同時現河水位以下及河床第四系地層下的地下暗泉、未揭露的溶洞也會與已存在的水平巖溶管道相通，形成新的滲漏通道，溶隙型滲漏也可能與其連通，從而形成混合型的滲漏方式。

(3)壩址區灰巖中巖溶十分發育，因而繞壩及壩基滲漏將會以溶隙及巖溶管道式滲漏的混合方式出現。

[1]俞錦標，楊立錚.中國喀斯特發育規律典型研究[M].北京:科學出版社.1990.

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[3]GB50287－99，水利水電工程地質勘察規范[S].

[4]水利水電工程地質手冊.北京水利水電出版社.1985.

[5]張興安.四川省涼山州鹽源縣龍塘水庫工程巖溶滲漏初步分析專題報告[R].陜西省水利電力勘測設計研究院.2010.