根據水文地質調查和示蹤試驗分析巖溶區水庫滲漏條件

李擇衛

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

前 言

我國西南及湖南西部地區，降雨量充足，水資源儲藏豐富，但碳酸鹽巖廣泛分布，巖溶強烈，對水利資源的開發形成了一定的制約。據初步統計，在湘西巖溶地區興建水庫達114座，但其中有75座因為巖溶滲漏問題而成為病險水庫，不能正常蓄水。如花垣縣的排達蓮水庫、龍頸坳水庫、鳳凰縣的長潭崗水庫、流堰水庫，龍山縣的光明水庫、雙潭溪水庫，永順縣的杉木河水庫、虹橋水庫等[2]。因此，對巖溶區水庫的滲漏條件進行分析論證，已成為一項重要的工作。

規劃中的龍潭河水庫位于湖南省龍山縣沅水的二級支流、酉水的一級支流——小河中游。水庫壩址以上控制流域面積62.57 km2，正常蓄水位638 m，最大壩高為58m，總庫容約為498萬m3，是一座以灌溉為主的Ⅳ等小（Ⅰ）型工程[1]。

水庫位于湘西強巖溶區，巖溶強烈發育，周邊落水洞、溶洞、巖溶泉井點及地下河眾多，構造復雜，構成庫盆的地層無相對隔水層分布。面對復雜的巖溶地質條件，通過水文地質調查和示蹤試驗，結合少量的鉆孔勘探驗證，成功論證了水庫的滲漏條件，方法簡單，效果良好。

1 水庫基本地質條件

1.1 地形地貌

庫區屬低中山溶丘洼地峽谷地貌類型，河谷呈“V”字型，兩岸岸坡陡峻，山頂高程多在1 000m以上，水庫兩岸無低于正常蓄水位638m的低矮埡口和鄰谷存在，地形封閉條件較好。

小河在壩址區稍上游段分為兩支，較大的一支（右支）名為獅刀河，較小的一支（左支）名為小龍河。庫區右岸另有一較小支流——紫龍溪自水庫中部匯入庫內。小河在壩址下游約（900～1 600）m河段河水逐漸潛入地下，成為斷頭河。

近壩庫區左岸分水嶺外側分布有洞溪灣~熱活坪巖溶洼地，庫區下游左岸分布有徐家溝巖溶洼地。庫區左岸下游約14 km處，有烏龍山大峽谷分布，谷底為皮渡河，其源頭為火燒巖地下河出口，高程440 m，水庫與皮渡河之間均為具備強巖溶條件碳酸鹽巖，無相對隔水層分布，因此，皮渡河構成了庫區左岸的低矮鄰谷，庫區右岸無低矮鄰谷分布。

1.2 地層巖性

庫區分布的地層主要有寒武系、奧陶系地層，由老至新分述如下：

寒武系中統光竹嶺組（∈2gn）：上部為深灰色薄層~中厚層條帶狀灰巖，下部為淺灰~灰色中厚~巨厚層狀灰巖。

寒武系上統耗子沱組（∈3hz）：上部為灰色、深灰色厚~巨厚層狀灰巖夾白云質灰巖，下部以淺灰、灰白色中厚~巨厚層狀白云質灰巖、灰質白云巖互層。

奧陶系下統（O1）：為灰色中厚~厚層狀灰巖、白云巖等。

構成庫盆的地層中無相對隔水層分布。庫區地質簡圖見圖1。

圖1 庫區地質簡圖

1.3 地質構造

庫區位于新華夏系武陵山二級隆起帶的中段。巖層主要產狀：N40~80°E·SE∠13~25°，總體傾向上游。庫盆右岸發育F3斷層，產狀：N50°W·SW~NE∠80~85°，斷層帶寬（3～5）m，局部達 10m，充填方解石脈，沿斷層帶及附近分布多處落水洞。斷層于庫區中部與小河相交，延伸長度大于3 km，走向與壩址處小河流向基本一致。

1.4 巖溶水文地質條件

庫區地下水類型為巖溶水，主要接受大氣降水、洼地、漏斗、落水洞的補給，沿巖溶通道運移，以溶洞泉和地下河的形式集中排泄于地表、河床及溝谷兩側。

水庫周邊巖溶極發育，水文地質條件復雜。庫首左岸分水嶺外側分布洞溪灣~熱活坪巖溶洼地，左下游分布有徐家溝巖溶洼地，其中洞溪灣~熱活坪巖溶洼成NE向延伸，與壩址區河流流向基本一致；庫右岸山坡大獨堡附近見有兩處較大的巖溶漏頭；壩址下游（900～1 600）m的河床段，河水沿巖溶通道逐漸潛入地下，成為斷頭河。

本工程從水庫周邊的地表水、泉井、地下河及消水點調查入手，通過統計巖溶泉、地下河的分布位置、高程、流量等數據，并與地下水示蹤試驗結合，綜合分析、判斷水庫周邊地下水與河水的補排關系、徑流方向、地下水分水嶺的高程等，為查明水庫的巖溶水文地質條件提供充分的依據。

1.4.1 水文地質調查

共對庫區周邊的18處巖溶泉、3處地下河、3處消水點進行了調查統計，將其中流量較大的巖溶泉及消水點特征統計于表1，將地下河的特征統計于表2。

通過調查、分析，對庫區周邊的地下水的補給、徑流與排泄特征有如下認識：

（1）近庫兩岸巖溶泉較發育，較大的巖溶泉出露高程自（630～648）m不等，且巖溶泉多為永久泉，出露高程均不低于泉點附近河水位，說明水庫兩岸地下水向小河排泄，屬補給型河谷巖溶水動力類型。

表1 庫區較大巖溶泉（地下河）及消水點統計表

表2 庫區及外圍主要地下河統計表

（2）水庫范圍內，在干流庫尾段有H1地下河出露，在小龍河支流庫尾段有W9巖溶大泉出露，出露高程均在645m以上，說明庫尾地下水排泄高程不低于645m。

（3）自壩址下游1.0 km的X3消水點～下游2.1 km的上河河段漏水嚴重，上游河流約（1～2.5）m3/s的來水量，在該1.8 km長的河床段逐漸全部潛入地下，說明自庫區下游約1.0 km以下，河水補給地下水，屬排泄型巖溶水動力類型。

1.4.2 地下水示蹤試驗

至此，我們對現狀庫區周邊地下水與河水的補排關系有一個基本的認識，但還不能全面了解地下水分水嶺的高程、位置、水庫蓄水后是否存在外滲通道等，通過地下水示蹤試驗，能夠幫助我們解決這一問題。

在龍潭河庫區進行地下水示蹤試驗時，采用的示蹤劑是熒光素鈉，在投放點將一定量的熒光素鈉投入水體中，然后在各接收點人工取水樣，再送到室內進行檢測。檢測的儀器為瑞士Albillia公司生產的野外用熒光光度計，該儀器具有反應靈敏、檢測限低等優點，對熒光素鈉等的檢測限達到0.02 ppb（注：1ppb=1/10億單位）[3]。在庫區共進行了4次地下水示蹤試驗，將試驗過程及結論簡述如下：

第1次：測試洞溪灣巖溶洼地X1消水點與河水的連通性。自X1消水點投入熒光素鈉試劑，然后在小龍河支流中人工采集水樣進行檢測。檢測表明，所取水樣中檢測出的熒光素鈉濃度值與背景濃度值無明顯差異，表明自洞溪灣巖溶洼地X1消水點流入地下的水流未流向庫區，左岸洞溪灣巖溶洼地與小河之間存在地下水分水嶺。

第2次，測試小龍河支流上游X2消水點與庫區河水的連通性。自X2消水點投入熒光素鈉試劑，在小龍河支流中人工采集水樣進行檢測。檢測表明，采集水樣熒光素鈉濃度值較背景值有明顯的上升，說明自X2消水點潛入地下的水仍然流向了庫內小龍河支流中，因此，自小龍河支流上游潛入地下的水流仍向庫內徑流。

第3次：測試水庫右岸地下水的流向。右岸的大獨堡處有較大的巖溶漏斗發育，漏斗底部為落水洞，高程983m，大雨時，將熒光素鈉試劑投入落水洞中，使其隨水流一起流入地下，然后分別在龍潭河壩址、壩址下游700m、壩址下游1.7 km的右岸上河沖溝處人工采集水樣進行檢測。檢測表明，壩址區及壩址下游700m處的所取水樣熒光素鈉濃度值明顯高于背景值，并且兩處同一時間所取水樣的熒光素鈉濃度值基本一致，而自上河沖溝所取水樣的熒光素鈉濃度值與背景值無明顯變化。據此判斷，右岸大獨堡處的地下水向壩址上游的庫內徑流，而沒有流向壩址下游右岸的上河沖溝及壩址下游。

第4次：測試河水自壩址下游潛入地下后的流向。在壩址下游1.0 km的X3消水點投入試劑，然后到壩址左下游約（14～17）km遠的烏龍山大峽谷中的火燒巖、鏈魚洞地下河出口取水樣進行測試，檢測表明，火燒巖處所取水樣熒光素鈉的濃度值較背景值明顯上升，而鏈魚洞處所取水樣的熒光素鈉濃度值較背景值無明顯變化，表明自壩址下游潛入地下的水流，最后流向了烏龍山大峽谷處的火燒巖巖溶泉。

根據庫區水文地質調查及地下水示蹤試驗成果，將水庫區周邊地下水與河水動態關系示意如圖2。

2 水庫滲漏條件分析

2.1 水庫向左岸鄰谷的滲漏分析

水庫兩岸為中低山，山體寬厚，地形自然封閉條件好。壩址左下游約14 km處有低矮鄰谷——烏龍山大峽谷分布，示蹤試驗表明，壩址下游河水存在向烏龍山大峽谷的滲漏通道。因此，需論證水庫蓄水后，庫水是否會向左岸鄰谷——烏龍山大峽谷滲漏。分析如下：

圖2 庫區地下水與河水動態關系示意圖

左岸庫尾小龍河支流左側見W9巖溶泉出露，出露高程645.0m，流量較大，達50 L/s，屬永久泉；按W9巖溶泉出露高程分析，庫尾左岸地下水分水嶺高程高于645m，高于正常蓄水位。另外，根據壩軸線左岸鉆孔地下水位長觀資料，左岸地下水位均高于河水位，地下水位坡降達到42.4%～44.5%，根據地下水位坡降趨勢推斷，壩址自河床向左岸延伸78 m，地下水位即可達到638m，而左岸地形分水嶺距河床達570m，因此，根據左岸地下水位坡降趨勢推斷，壩址區左岸地下水分水嶺將遠高于正常蓄水位638m。

壩軸線至左岸庫尾W9巖溶泉的距離約1.4 km，距離較近，山體連續，調查沿線并無較大的巖溶型態發育，因此，推測庫區左岸地下水分水嶺高程應高于水庫正常蓄水位638m。由此分析，蓄水后庫水向左岸鄰谷產生滲漏的可能性小。

2.2 庫水沿右岸F3斷層及河間地塊滲漏分析

從地形上看，由獅刀河、小河、上河沖溝及F3斷層共同構成了一相對獨立的右岸河間地塊，沿F3斷層帶附近見多處落水洞發育，因此，庫水可能沿F3斷層向下游滲漏及沿右岸河間地塊向下游滲漏。

2.2.1 庫水沿F3斷層滲漏分析

F3斷層與河流相交處上游有紫龍溪支流，常年流水不斷，緊鄰F3斷層的ZK10鉆孔地下水高于河水位，示蹤試驗表明，F3斷層附近的大獨堡處落水洞處的地下水流向了庫內，說明右岸河間地塊近河段地下水向壩址上游河床排泄。

F3斷層與下游上河沖溝交匯處高程約為640 m，交匯處沖溝中長年流水不斷，且交匯處附近有W17巖溶泉出露，屬永久泉，流量較大，勘察期流量達（0.3～0.5）L/s，說明 F3斷層與上河沖溝交匯處地下水位高程在640m以上。

因此，沿F3斷層方向（大致與壩址區河流方向平行），在上河沖溝～獅刀河之間存在地下水分水嶺，且現狀地下水分水嶺高程應高于640m。因此，水庫蓄水后，庫水不會沿F3斷層向下游滲漏。

2.2.2 庫水沿右岸河間地塊滲漏分析

根據鉆孔地下水位長觀資料，在壩軸線右岸，沿正常蓄水位638m高程向右岸水平延伸約133m時，即可與地下水位封閉，而F3斷層與壩址區的距離約有800m，山體雄厚，據此可以判斷，在右岸河間地塊F3斷層與壩址之間（大致與壩址區河流方向垂直），亦存在地下水分水嶺，且現狀地下水分水嶺高程高于正常蓄水位638m。水庫蓄水后，庫水不會沿右岸河間地塊向下游發生滲漏。

綜上所述，水庫地形封閉條件較好，蓄水后庫水向左岸鄰谷產生滲漏的可能性小，亦不會沿右岸F3斷層及河間地塊產生向下游巖溶滲漏，按638m正常蓄水位，水庫不具備外滲條件。

3 結 論

（1）查明強巖溶地區的水庫滲漏條件是建庫前一項必要的工作。龍潭河庫區位于強巖溶區，庫盆無相對隔水層分布，巖溶水文地質條件較復雜。通過從泉井點、地下河、消水點調查入手，配合一定數量的地下水示蹤試，結合少量的鉆探工作，成功地論證了水庫的滲漏條件，可為同類工程的勘察提供借鑒。

（2）自消水點或自地勢較高落水洞中投入試劑，然后在多個地下水出露點取水樣進行地下水示蹤試驗，能有效地查明地下水的徑流方向。

（3）本工程地下水示蹤試驗采用熒光素鈉，檢測儀器采用野外用熒光光度計，試驗中取得了良好的效果，適于在巖溶區進行地下水示蹤試驗時采用。

[1]湖南省水利水電勘測設計研究總院.龍潭河水庫工程初步設計階段工程地質勘察報告[R].2013.

[2]周如學.湘西巖溶地區水利工程壩址選擇芻議[J].湖南水利水電，2010，（3）：46-48.

[3]李擇衛.地下水示蹤試驗在水庫巖溶滲漏分析中的應用[J].人民長江，2013，44（增刊 1）：115-116.