洪屏抽水蓄能電站上水庫地下水動(dòng)態(tài)分析

李 群, 王錦國, 劉克勤

(1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211100; 2.福建華東巖土工程有限公司,福建 福州 351000)

洪屏抽水蓄能電站上水庫地下水動(dòng)態(tài)分析

李 群1, 王錦國1, 劉克勤2

(1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211100; 2.福建華東巖土工程有限公司,福建 福州 351000)

洪屏抽水蓄能電站由于引水隧洞和地下廠房施工,改變了天然地下水流場。為研究施工對于地下水的影響,需要對區(qū)內(nèi)地下水水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測和分析。上水庫庫周多數(shù)山體地下水位和相對隔水層均高于正常蓄水位,不存在滲漏問題。由上水庫各區(qū)域鉆孔水位動(dòng)態(tài)曲線圖分析可得,上水庫的防滲及監(jiān)測重點(diǎn)在西北埡口、西副壩與西南副壩之間山體及南庫岸地段山體。

地下水;動(dòng)態(tài)分析;上水庫;抽水蓄能

1 工程概況

洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣境內(nèi),上、下水庫高差約555 m,裝機(jī)容量240萬kW,分兩期開發(fā),一期設(shè)計(jì)裝機(jī)容量120萬kW。電站樞紐主要由上水庫(壩)、下水庫(壩)、輸水系統(tǒng)及地下廠房等組成[1]。上水庫樞紐建筑物由主壩、副壩和進(jìn)出水口組成,主壩壩型為混凝土重力壩,最大壩高36 m,壩頂長70 m,壩頂高程737.5 m,副壩設(shè)兩座,即西副壩和西南副壩,壩型為粘土心墻堆石壩。設(shè)計(jì)正常蓄水位733.0 m,有效庫容約2 450.0萬m3,上水庫自身集水面積約6.0 km2[2-3]。天然條件下,區(qū)域地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給,在地形低處以泉水形式向沖溝排泄。由于施工的原因,改變了天然地下水流場。為研究施工對于地下水的影響,需要對區(qū)內(nèi)地下水水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測和分析。

2 地質(zhì)概況

洪屏抽水蓄能電站上水庫為一四面環(huán)山的溝源天然盆地,近圓形,直徑約有1 800 m,集雨面積約6.67 km2。盆底高程690～710 m,庫周山體較雄厚,山頂高程一般900～1 119 m,屬中低山區(qū)。庫盆后倚的橫巖山脈系修水河與潦河的分水嶺,其北面俯瞰柘林水庫。盆地內(nèi)分布彼此相連的山包,山頂高程一般750～780 m。庫岸山坡坡角15°～45°。庫內(nèi)沖溝發(fā)育,以走向北西、北北西和北東東向?yàn)橹鳌|庫岸山體地形寬厚,山頂高程920～930 m,正常蓄水位733 m處山體水平寬度600～700 m左右,庫岸沖溝不發(fā)育,以小型淺沖溝為主,溝內(nèi)無地下水出露。南庫岸、西庫岸山體地形較寬厚,山頂高程800～810 m,正常蓄水位733 m處山體水平寬度350～400 m,庫岸小型沖溝較發(fā)育,溝內(nèi)無地下水出露。北庫岸山體地形雄厚,山體高程800～1 100 m,正常蓄水位733 m處山體水平寬度600～700 m,庫岸沖溝發(fā)育,沖溝多處見泉水出露,出露高程740～770 m。

庫周分布有4個(gè)埡口,其中庫區(qū)西北面庫外有一條北東東向深切峽谷,與庫盆內(nèi)西北側(cè)沖溝形成對頂溝,其分水嶺埡口最低高程735.82 m。庫區(qū)內(nèi)有兩條終年流水不斷的小溪,水流方向一條由北東轉(zhuǎn)向南,在南庫岸南東隅經(jīng)獅子口埡口沖溝(主壩部位)流出盆地后轉(zhuǎn)向南西方向,流經(jīng)引水線路上方,至下庫庫區(qū)匯入秀峰河,該沖溝主壩部位地面高程698～702 m;另一條向西在庫岸進(jìn)上庫公路峽谷埡口沖溝(西副壩部位)流出盆地,該處地面高程約688 m。在庫區(qū)西南有一條通向庫外的沖溝埡口,其地面高程724 m左右,為西南副壩位置[4]。

上水庫出露的地層為震旦系下統(tǒng)硐門組(Z1d)和第四系全新統(tǒng)(Q4)地層(圖1),從老至新為:變質(zhì)含礫中粗砂巖(Z1d1-1),灰紫、淺紫紅色,砂狀結(jié)構(gòu),中厚—厚層狀構(gòu)造,主要分布于東庫岸與庫尾周圍山坡及主壩和南庫岸;變質(zhì)長石石英中細(xì)砂巖(Z1d1-2),紫紅色,呈砂狀結(jié)構(gòu),顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,分布于西南副壩、南庫盆—庫尾ZKS15孔一帶;變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖(Z1d1-3),灰綠色和紫紅色,具粉砂質(zhì)泥質(zhì)結(jié)構(gòu),顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu),薄層構(gòu)造,略具千枚狀構(gòu)造,分布于北庫岸—西副壩一帶;沖積層(Q4al),灰黃色砂(卵)礫石,主要成分為石英、中粗砂巖,礫石呈磨圓狀,礫徑0.5～5 cm,少量漂石直徑50～150 cm,分布于庫區(qū)主溪及主壩軸線獅子口溝谷谷底;沖洪積層(Q4al+pl),該層具二元結(jié)構(gòu),分布于整個(gè)庫盆盆底;洪積層(Q4pl),緩坡沖溝處為粉質(zhì)粘土夾碎(塊)石、漂石,陡坡沖溝內(nèi)為泥礫(卵)石、漂石,呈扇狀分布,分布于庫區(qū)沖溝溝口處及西南副壩—右岸進(jìn)出水口間的庫底;殘坡積層(Q4el+dl),黃、黃褐色粘土、粉質(zhì)粘土夾碎石,碎(塊)石夾粉質(zhì)粘土,碎(塊)石直徑5～10 cm,少量>20 cm,厚度1.0～10.0 m,主要分布于庫區(qū)南庫岸、東庫岸邊坡坡腳及北庫岸局部;崩坡積層(Q4col+dl),由碎石、塊石組成,厚1.0～11.6 m,分布于主壩獅子口下游陡崖腳處。

圖1 上水庫工程地質(zhì)圖(黑線為設(shè)計(jì)正常蓄水位線)Fig.1 Engineering geological map of upper reservoir

上水庫的區(qū)域構(gòu)造位置處于大源—灘下(丁坑口)向斜北翼,距武寧巖—燕山斷裂帶(區(qū)域斷層Fa)不足2 km,受其及周圍地質(zhì)構(gòu)造影響,庫區(qū)內(nèi)巖層褶皺、斷裂和擠壓破碎帶較發(fā)育,并形成一系列劈理帶,局部受牽引扭曲嚴(yán)重。

整個(gè)上水庫區(qū)為一個(gè)洪屏向斜構(gòu)造盆地,對庫盆蓄水有利,該向斜為一傾伏向斜,傾向南西,傾角5°～8°。向斜軸向N60°～75°E,其北東側(cè)被NNW方向橫斷層F53切割,南西側(cè)經(jīng)西副壩埡口向庫外延伸,兩翼巖層為震旦系下統(tǒng)硐門組變質(zhì)中粗砂巖、變質(zhì)長石石英中細(xì)砂巖和變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖。兩翼巖層產(chǎn)狀分別為N60°～70°ESE∠10°～55°和N65°～75°ENW∠10°～50°,兩翼巖層厚度不對稱,但向斜中心大致為上庫庫盆中心。庫區(qū)節(jié)理的優(yōu)勢產(chǎn)狀:節(jié)理走向以北東東為主,北西方向的相對較少,傾角以陡傾角為主,緩傾角很少。

3 水文地質(zhì)條件

上水庫庫區(qū)地下水為孔隙性潛水和基巖裂隙性潛水。孔隙性潛水主要分布于第四系沖—洪積層及坡積層中,水量較豐富。基巖裂隙性潛水主要分布于弱風(fēng)化巖體內(nèi),除庫尾沖溝高程740～770 m和西北埡口沖溝高程720 m左右有泉水出露外,其余地段山坡及沖溝內(nèi)未見地下水出露。

由地下水位資料分析可知,庫周山體除主、副壩埡口,西北庫岸埡口,西副壩與西南副壩之間山體及南庫岸外,地下水分水嶺高程均高于或接近正常蓄水位733 m。因此,由于東庫岸、北庫岸山體分水嶺雄厚,集水面積較大,地下水補(bǔ)給來源較廣,水量較豐富,所以庫盆內(nèi)兩條小溪終年水流不斷。

地下廠房系統(tǒng)勘探平硐PDX4滲水現(xiàn)象較普遍,有的地方出現(xiàn)涌水,引起南岸地下水位大幅度下降[5],同時(shí)上庫南庫岸鉆孔ZK2在鉆探過程中隨著孔深的增加,地下水位不斷下降。為了查明上水庫南庫岸與主壩地段地下水與PDX4長探洞的水力聯(lián)系,對上水庫南庫岸進(jìn)出水口附近進(jìn)行示蹤試驗(yàn),結(jié)果表明,上水庫主壩和副壩間,以及地表沖溝水與平硐PDX4及其支洞之間存在滲漏的貫通性斷裂或斷裂網(wǎng)絡(luò),且其滲透性都較大[6]。為了查明庫岸山體的滲漏問題,預(yù)可研階段和可研階段在主壩、副壩及東庫岸、南庫岸、西庫岸山體共布置地下水長期觀測鉆孔46個(gè),其中壩址布置21個(gè),庫岸山體布置25個(gè),并進(jìn)行了壓水試驗(yàn),孔深進(jìn)入相對隔水層q≤1.0 Lu兩段以上試驗(yàn)段。

上庫庫盆內(nèi)廣泛覆蓋的粘性土層透水性弱,滲透系數(shù)K平均值8.45×10-5cm/s;庫岸和庫底廣泛分布有全風(fēng)化(土)巖,庫岸廣泛覆蓋為殘坡積的粉質(zhì)粘土,透水性也較弱,滲透系數(shù)K平均值2.17×10-5cm/s,但上水庫右線進(jìn)出水口—西南副壩下壩線間的庫盆粉質(zhì)粘土層的滲透系數(shù)3.35×10-4cm/s,為中等透水層。現(xiàn)場滲水試驗(yàn)測得全風(fēng)化土層的滲透系數(shù)在2.59×10-5～6.40×10-5cm/s之間,為弱透水層。

庫岸基巖內(nèi)為孔隙—裂隙性含水層,透水性一般隨深度的增加而減弱,裂隙性含水層近地表分布張開裂隙,致使部分鉆孔透水率>10.0 Lu,屬中等透水段。庫區(qū)基巖地層以弱—微透水性為主,分布各鉆孔透水性呈中等透水層主要位于強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi),且隨孔深的增加透水率減弱,同一層中西副壩中等—弱透水層所占百分比略比西南副壩高些,這與西副壩的斷層構(gòu)造相對發(fā)育有關(guān)。主壩基巖地層為變質(zhì)含礫中粗砂巖,巖體以弱—微風(fēng)化為主,且斷層構(gòu)造不甚發(fā)育,規(guī)模小,對地層的透水性影響較小,所以主壩基巖的弱—微透水層所占百分比要比副壩高。斷層帶的滲透系數(shù)在1.00×10-4～2.33×10-4cm/s之間,為中等透水性。西副壩與西南副壩之間山體相對隔水層埋深高程最低,其次為西北埡口(滲漏段長度約210 m)和南庫岸的ZKS76-ZKS63孔之間(滲漏段長度約110 m),這些地段存在滲漏問題,這主要與巖性和構(gòu)造密切相關(guān)。

4 天然條件工程區(qū)地下水動(dòng)態(tài)

洪屏抽水蓄能電站位于九嶺山脈東段南翼。九嶺山脈呈北東走向,綿延于整個(gè)贛西北,九嶺山屬中低山區(qū),南麓多呈波狀起伏的丘陵,工程區(qū)位于山脈南翼,處于中低山邊緣,山巒起伏。整個(gè)區(qū)域地形呈北高南低之勢。整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)既有區(qū)域地下水流的特征,又有局部地下水流的特點(diǎn)。研究區(qū)地下水主要由大氣降雨及外圍地下水側(cè)向補(bǔ)給,在低洼處以泉的形式排泄或直接排向溝谷,同時(shí)以裂隙水或孔隙水流形式排向區(qū)域基準(zhǔn)面。

天然條件下,研究區(qū)地下水的補(bǔ)徑排關(guān)系主要受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和降雨蒸發(fā)的影響。該區(qū)域的地形是北高南低,正常條件下地下水接受大氣降水補(bǔ)給和側(cè)向徑流補(bǔ)給,順地形起伏自北東流向南西,最后流入何峰河。局部水流在主壩沖溝的上游,兩岸巖體的地下水向沖溝排泄;在主壩沖溝的下游,兩岸巖體的地下水接受沖溝地表水的補(bǔ)給。

由1998年6月15日—1999年6月15日的地下水位長觀資料(圖2)可以看出,該地區(qū)天然條件下地下水動(dòng)態(tài)呈周期性變化:ZKS13、ZKS15、ZKS16和ZKS17等孔代表的是上庫盆等較為平坦部位的地下水動(dòng)態(tài)特征,它們的變化幅度很小,主要是因?yàn)樵摬课皇撬鞯膮R集區(qū),它們反應(yīng)的是排泄區(qū)的地下水動(dòng)態(tài);ZKS1、ZKS3、ZKS5等孔代表了地形陡峭部位的地下水水位動(dòng)態(tài),它們反應(yīng)了降雨入滲補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)的地下水動(dòng)態(tài),即隨時(shí)間具有周期性變化,最低水位出現(xiàn)在11月—1月間,但1月30日有一次高值,而最高水位出現(xiàn)在7月—8月間,但3月—9月水位均較高。

圖2 天然條件下地下水水位動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Water level dynamic change under natural condition

5 施工期上水庫地下水動(dòng)態(tài)

上水庫設(shè)置有若干水位觀測孔,由于施工等若干因素,有不少孔位被破壞而停止觀測,也有孔位在后期修復(fù)而恢復(fù)觀測。由上水庫各區(qū)域鉆孔水位動(dòng)態(tài)曲線圖(圖3)可以得出如下結(jié)果。

圖3 上水庫各區(qū)域鉆孔水位動(dòng)態(tài)曲線圖Fig.3 Curves of water level regime of upper reservoir

東庫岸地下水位總體為平穩(wěn)上抬,該段地下水位高于設(shè)計(jì)正常蓄水位733.0 m,且山體雄厚,故此段沒有滲漏風(fēng)險(xiǎn)[7]。西庫岸地下水位總體大致平穩(wěn),在2014年3月少數(shù)鉆孔水位有較大波動(dòng),應(yīng)為西北埡口施工導(dǎo)致地下水沿?cái)鄬覨68失水，使相鄰鉆孔如ZKS66、ZKS118內(nèi)水位下降,后期也趨于平穩(wěn),平穩(wěn)后水位在733.0 m上下,埡口水位偏低,需進(jìn)一步處理。南庫岸地下水位總體大致平穩(wěn),少數(shù)鉆孔水位在早期有大幅波動(dòng),后期也趨于平穩(wěn),地勢較低的鉆孔ZKS84水位高于臨近山體上的鉆孔ZKS81水位,可能此處會(huì)有庫水滲漏。

主壩水位觀測孔分布在大壩右岸邊坡770 m高程以上,由于觀測孔之前遭到破壞,一直無法正常觀測水位,2014年5月鉆孔經(jīng)過處理已開始正常水位觀測,該部位兩鉆孔ZKS78、ZKS1水位呈上下小幅度不規(guī)則變化,屬正常變化。西副壩鉆孔大多已被破壞,剩下ZKS59及ZKS44可供觀測,兩者水位均有所起伏,近幾個(gè)月來趨于平穩(wěn),由于該處山體薄弱,建議加強(qiáng)觀測;另鉆孔ZK44在2014年5月水位突降,應(yīng)與周邊施工有關(guān)。西南副壩下壩線鉆孔大多被毀,剩余ZKS60可供觀測,其水位波動(dòng)前期具有周期性,后期周期性被破壞。西南副壩上壩線鉆孔也大多被毀,剩余ZKS98可供觀測,其水位波動(dòng)初期表現(xiàn)周期性,2014年3月后周期性受到較大程度地干擾[8],應(yīng)是周邊施工導(dǎo)致地下水沿?cái)鄬覨132、f45失水，使鉆孔ZKS98內(nèi)水位下降,水位在733.0 m左右,但其后山體單薄,應(yīng)注重防滲處理,特別是斷層f45與F132。

庫底已處于施工狀態(tài),部分溪流由于施工原因已改道或在庫尾形成大片積水。庫底鉆孔大部分由于施工原因被破壞,總體水位平穩(wěn)或略有上升,屬正常情況,可以觀測的鉆孔ZKS119、ZKS120水位近期起伏較大,可能與南庫岸齒槽開挖有關(guān),但基本保持在700 m以上,屬于正常情況。此外,2012年8月—2013年1月有諸多鉆孔水位偏低,ZKS121最為明顯,應(yīng)為同期地下設(shè)施施工導(dǎo)致。

6 結(jié)論

洪屏抽水蓄能電站上水庫為一地形條件良好的天然盆地,庫周山體較雄厚,庫周岸坡殘坡積粉質(zhì)粘土、庫底沖洪積粉質(zhì)粘土層覆蓋廣泛,下伏基巖為變質(zhì)含礫中粗砂巖、變質(zhì)中細(xì)砂巖和變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖,中粗砂巖風(fēng)化淺,中細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化較深;庫盆內(nèi)沖洪積和庫岸殘坡積粘性土層及下伏的全風(fēng)化巖層滲透性均弱,下伏微風(fēng)化基巖埋藏多較淺,其透水率一般<1.0 Lu。庫周除西北埡口、西副壩與西南副壩之間山體及南庫岸地段山體地下水分水嶺或相對隔水層高程低于正常蓄水位,存在滲漏問題[9]需防滲處理外,多數(shù)山體地下水位和相對隔水層均高于正常蓄水位,不存在滲漏問題。值得注意的是,庫周有部分?jǐn)鄬訋Э赡馨l(fā)生滲漏,如導(dǎo)致周邊鉆孔水位突降的F68、F132、f45等,需要得到處理。

就目前鉆孔水位變化而言,施工對地下水位變化總體影響較小,大多數(shù)鉆孔水位與天然條件下的水位大體持平,有少量鉆孔水位確實(shí)受到施工的影響,但其多在處理的區(qū)域,其水位變化是可以預(yù)見的。上水庫的防滲及監(jiān)測重點(diǎn)與施工前相同,依然在西北埡口、西副壩與西南副壩之間山體及南庫岸地段山體。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Dynamic Analysis of Groundwater System in Upper Reservoir ofHongping Pump-storage Power Station

LI Qun1, WANG Jinguo1, LIU Keqin2

(1.SchoolofEarthScienceandEngineering,HohaoUniversity,Nanjing,Jiangsu211100; 2.EastChinaGeotechnicalEngineeringCorporation,Fuzhou,Fujian351000)

As the reason of construction,original flow field of groundwater in Hongping Pump-storage Power Station has changed. For studying the influence of construction to groundwater and guiding the further construction,observation and analysis of groundwater level dynamic is needed. The most groundwater levels and relative impermeable layers in surroundings of upper reservoir are higher than normal pool level,there are no leakage problems. According to the curve of groundwater level dynamic in each region of upper reservoir,the key areas of seepage control and monitoring are the mountain between northwest pass area,west auxiliary dam and southwest auxiliary dam,and the mountain in south reservoir bank.

groundwater; dynamic analysis; upper reservoir; pump-storage power station

2016-05-13;改回日期:2016-05-20

李群(1992-),男,在讀碩士,地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè),從事水文地質(zhì)計(jì)算方面研究工作。E-mail:hydrogeolq@sina.com

P641.2

A

1671-1211(2016)03-0364-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.028

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160523.1109.002.html 數(shù)字出版日期:2016-05-23 11:09