德澤水庫庫區(qū)滲漏分析

張雄云,米 健

(云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650051)

德澤水庫庫區(qū)滲漏分析

張雄云,米 健

(云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650051)

德澤水庫庫區(qū)灰?guī)r出露面積超過90%,庫區(qū)滲漏是水庫的主要工程地質(zhì)問題,是工程能否成立的決定性因素,通過深入研究庫區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律及水文地質(zhì)條件,認為水庫庫區(qū)不存在滲漏問題。

巖溶;地下水;河間地塊;滲漏

德澤水庫為牛欄江—滇池補水工程的水源工程,水庫壩址位于曲靖市沾益縣德澤鄉(xiāng)南面牛欄江干流上,距離昆明市約210 km。水庫大壩設計為混凝土面板堆石壩,最大壩高142 m,正常蓄水位高程1 790.0 m,總庫容4.41×108m3,為大(二)型水利工程(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geological map1.非可溶巖;2.可溶巖;3.斷層及編號;4.褶皺及編號;5.泉點及編號;6.正常蓄水位線;7.水庫大壩位置。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

工程區(qū)位于滇中高原北東與黔西高原交界處,屬中山—高原地形,地貌單元為巖溶—高原亞區(qū)之構(gòu)造侵蝕溶蝕中山地貌。總體地勢大致是西北部高,東南部低。庫區(qū)高原面巖溶地貌特征明顯。水庫區(qū)西部有低鄰谷東川大白河。壩址及庫區(qū)前段以西發(fā)育一條構(gòu)造侵蝕—溶蝕低鄰谷槽谷(車烏河),與牛欄江交匯于德澤鄉(xiāng)下游500 m處,構(gòu)成德澤—車烏槽谷型盆地地貌。

1.2 地層巖性

可溶巖大面積分布于庫區(qū)兩岸,地層主要以Zbdn、P1q、P1m、C2、C3、C1b、C1d、D3zg為主,巖性主要為灰?guī)r、白云巖。其中Zbdn分布于車烏槽谷以西,D3zg、C1b、C1d主要分布在壩址區(qū)及庫區(qū)前段兩岸山體,C2、C3分布于庫區(qū)中段,P1q、P1m分布于庫區(qū)中部以上河床及兩側(cè)高原面山體。

非可溶巖地層主要以Zbn、Zbd、∈1c、D2h、P1l、P2β為主,巖性主要為砂巖、砂礫巖、泥巖、粉砂巖、石英砂巖。其中Zbn、Zbd分布于車烏槽谷以西,∈1c、D2h主要分布于壩址區(qū)及近壩庫區(qū)兩岸及河床部位,為相對隔水層。P1l分布于庫區(qū)左右岸頂部,P2β分布于庫尾。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于川滇徑向構(gòu)造帶與云南“山”字型構(gòu)造脊柱復合部位,構(gòu)造線方向以NE向壓性構(gòu)造為主,次為NNE-NW、NNW向的張扭性或張性構(gòu)造。

魯沖—車烏斷裂(Ⅱ2)位于庫區(qū)左岸,由庫尾左岸發(fā)育,順車烏槽谷延伸至德澤盆地內(nèi),長度>80 km,走向N15°～30°E,傾向NW向,傾角50°～85°。該斷層控制了工程區(qū)左岸次級地貌——車烏槽谷的發(fā)育,是一條中—晚更新世活動斷裂。

1.4 巖溶發(fā)育規(guī)律

工程區(qū)在巖溶分區(qū)上處于亞熱帶濕潤氣候型巖溶—中山山地巖溶區(qū)之高原巖溶亞區(qū),巖溶地貌的形成大致經(jīng)歷了三個巖溶發(fā)育期:第一巖溶期(早第三紀),本區(qū)稱“師山期”,喜山運動一幕,工程區(qū)為高原巖溶期,形成海拔2 500～3 000 m的丘峰和溶洼;第二期(晚第三紀石林巖溶期),本區(qū)稱“昭魯期”,喜山運動二幕,海拔1 800～2 200 m,有較厚的風化殼,巖溶形態(tài)以巖溶盆地為主,在盆地邊緣斜坡地帶及河谷兩岸,溶洞和巖溶大泉廣泛分布;第三期(第四紀南盤江巖溶期),本區(qū)稱“金沙江期”,海拔1 650～1 800 m,新構(gòu)造運動強烈,地殼強烈上升,河流深切,形成峽谷,河谷地帶巖溶發(fā)育。庫區(qū)分布高程為1 650～2 000 m,因此主要為第二、三期巖溶。

1.5 水文地質(zhì)

1.5.1 庫區(qū)左岸河間地塊

(1) 排泄邊界。庫區(qū)左岸河間地塊為向斜構(gòu)造[1]。該含水層于河間地塊北側(cè)及東、西兩側(cè)隔水邊界(D3/D2)分布較為穩(wěn)定。在東側(cè)地段,牛欄江河谷為東面的地下水排泄邊界(高程1 665～1 670 m),在壩址上游2～3 km范圍地段排泄邊界(高程1 760～1 830 m),該隔水邊界在壩址位置上、下游呈整體穩(wěn)定狀延伸約5.8 km;在西側(cè)地段,低鄰谷(車烏河)右岸,地下水排泄邊界(高程1 782～1 800 m),與水庫正常蓄水位高程基本一致,該隔水邊界于車烏村上、下游順車烏河呈穩(wěn)定連續(xù)狀延伸約7 km,僅在大梁子南側(cè)—羅家坡村段(長約1 050 m)砂頁巖相對隔水層頂板出露高程為1 740～1 790 m,低于水庫正常蓄水位;而在北側(cè),兩河流交匯地段上游的河床為地下水滲漏排泄邊界(高程1 650～1 655 m)。牛欄江左岸河間地塊與車烏河之間的水力坡降為3.91‰。

(2) 地下水高程特征。

① 土洞水—羅家坡。牛欄江左岸ZKK01孔最低地下水位1 853.50 m,在庫區(qū)左岸出露W4、W5泉點,其高程為1 830 m,車烏河右岸出露W9(高程1 830 m)泉點,高程為1 790 m。因此水庫西側(cè)地形分水嶺處存在地下分水嶺(高程約為1 882.18 m)。

② 壩址左岸—打車溝。左岸ZKK02孔觀測最低地下水位1 786.16 m,在壩址下游左岸出露W3泉點,高程1 790.68 m,車烏河右岸出露W8泉點,高程1 783 m,分水嶺處ZKK03鉆孔最低地下水位高程為1 817.06 m,高于設計庫水位(1 790 m)。

③ 羅家坡—大梁子南側(cè)。該段低鄰谷因受區(qū)域斷裂(Ⅱ2)與F5、F6斷裂的共同作用,在低鄰谷右岸隔水邊界(D3/∈1c)于1 910 m高程附近出露地表,D3/∈1c接觸帶出露LW1、LW2泉點,其高程為1 915.00～1 925.00 m,ZKK04處D3zg/∈1c接觸帶高程約1 800 m,鉆孔水位高程1 794 m,W9泉水處高程為1 790 m,說明地下水分水嶺高程高于正常蓄水位(1 790 m)。

1.5.2 庫區(qū)右岸

在右岸大面積分布的碳酸鹽巖地區(qū),由于各種形態(tài)巖溶發(fā)育,為大氣降水及地表水的補給提供了良好的通道,補給面積大,富水性較好,其補給、徑流、排泄區(qū)較暢通。如壩址及近壩庫區(qū)右岸出露的老鴨洞巖溶大泉(W11)及穿河洞地下河(W14),為右岸地下水、地表水通過落水洞、水平溶洞、暗河伏流等強溶蝕管道向牛欄江排泄的表現(xiàn),主要出露高程范圍為1 700～1 730 m,少量泉點受斷裂發(fā)育的影響,出露于牛欄江河床高程部位(1 670 m附近)。該巖溶發(fā)育區(qū)地下水埋藏深度大,一般>150 m,近河床岸坡亦為50～80 m,水力坡降平緩,最大不超過2%～3%。

2 水庫滲漏分析

2.1 庫區(qū)滲漏

(1) 水庫東側(cè)(右岸)約50 km為南盤江河谷,南盤江河床高程遠高于水庫正常蓄水位,河間地塊存在遠高于水庫正常蓄水位的地下水分水嶺,水庫不存在向東側(cè)南盤江產(chǎn)生永久性滲漏問題。

(2) 水庫西側(cè)(左岸)低鄰谷大白河,距庫區(qū)最短距離約32 km,河床低于水庫正常蓄水位約250 m。河間地塊山體寬厚,主要構(gòu)造線與地層走向呈NE向展布,平行地形分水嶺,同時存在高于正常蓄水位的地下分水嶺(兩側(cè)均有泉水出露),深部地層為相對隔水巖層。因此水庫不存在向西側(cè)低鄰谷大白河產(chǎn)生永久性滲漏問題。

(3) 庫區(qū)兩岸區(qū)域斷裂大體平行河谷展布,僅在左岸魯沖—車烏斷層與庫尾庫水接觸。該斷層北東段沿構(gòu)造侵蝕槽谷(車烏槽谷)向NE延伸至壩址下游5 km斜切河床,北西側(cè)由灰?guī)r、白云巖組成,巖溶中等發(fā)育,透水性強,而南東側(cè)分布砂、頁巖相對不透水巖層。因斷層南段切割連接庫尾的槽谷谷底高程(1 805 m)高于正常蓄水位,同時由于砂、頁巖的阻隔,庫區(qū)左岸沿斷層地帶出露的泉點高程(不低于1 800 m),一般高于正常蓄水位,說明在水庫與該斷層之間存在高于庫水位的地下水分水嶺,使庫水不存在通過斷層向槽谷滲漏的水文地質(zhì)條件。魯沖—車烏斷層帶在該段為非活動性斷裂,斷層帶寬數(shù)十米至上百米,由膠結(jié)緊密的角礫巖、碎裂巖組成,透水性弱,因此沿斷層帶也不會產(chǎn)生滲漏。

(4) 庫區(qū)水文地質(zhì)條件表明[2],牛欄江右岸地表水及地下水分別以沖溝水及巖溶、裂隙泉點形式排泄于牛欄江河床,說明水庫右岸近庫岸山體存在遠高于庫水位的地下水分水嶺。庫區(qū)至壩址右岸下游的費沖沖溝之間發(fā)育連續(xù)完整的∈1c砂、頁巖相對隔水巖帶,出露的泉水高程均高于正常蓄水位(1 800 m以上),分析認為上、下游山體之間存在高于正常蓄水位的地下水分水嶺,所以庫水不存在通過近壩右岸山體向下游沖溝滲漏的地質(zhì)條件,水庫不會向右岸下游的費沖沖溝產(chǎn)生滲漏問題。

2.2 近壩左岸河間地塊滲漏

受區(qū)域斷裂的控制,壩址左岸庫區(qū)山體以西發(fā)育一條構(gòu)造侵蝕—溶蝕低鄰谷槽谷(車烏槽谷)。該槽谷距牛欄江河谷4～7 km,深400～450 m,沿NNE向展布,溝底發(fā)育車烏河,河底高程在1 650～1 800 m之間,與牛欄江交匯于德澤鄉(xiāng)下游。牛欄江與車烏河之間發(fā)育的山體為單薄河間地塊,分布高程在1 700～2 250 m之間,順NNE向延展約12 km后交匯于德澤鄉(xiāng)下游,山體頂部主要為典型的巖溶地貌,形態(tài)為溶蝕殘丘夾溶蝕洼地、槽谷地形,山脊寬度一般為1.5～2.0 km,山體地表分水嶺與山脊走向基本一致,最高高程為2 250 m,最低點位于山脊北部德澤鄉(xiāng)下游,高程約為1 650 m。

低鄰谷車烏河右岸砂、頁巖相對隔水層頂部出露高程為1 782～1 910 m,與擬建水庫正常蓄水位基本一致,具明顯的阻水作用。雖然在大梁子南側(cè)—羅家坡村段砂頁巖相對隔水層頂板出露高程1 740～1 790 m,有滲漏條件,但通過鉆孔水位(高程1 794 m)及巖溶水文地質(zhì)條件(泉點高程1 915 m)分析,牛欄江與車烏河之間的河間地塊存在地下水分水嶺,在所有地段其高程高于設計正常蓄水位(最高在羅家坡一帶達1 934.70 m左右),因此水庫不存在向車烏河低鄰谷滲漏。

2.3 庫首繞壩滲漏

2.3.1 右岸山體產(chǎn)生庫首繞滲問題

壩址區(qū)處于(D2h—∈1c)砂泥巖分布區(qū),在右岸高于蓄水位1 790 m的滲漏隔水邊界(D3/D2)向上游方向延伸長度為1.5 km,出露高程1 795～1 835 m;向下游方向延伸約360 m,低于庫水位,該段成為右岸庫水可能產(chǎn)生庫首繞滲的最低、最短出滲點。右岸勘探鉆孔最枯季節(jié)地下水位為1 800.97 m,是D2h砂巖地下水,高于正常蓄水位,根據(jù)D2h/D3zg接觸帶產(chǎn)狀推算,從右壩肩向山內(nèi)外延400 m后,其接觸帶高程為1 790 m,整個右岸山體極寬厚,地表水、地下水豐富,按照右岸地下水補給、徑流、排泄條件分析,從右壩肩向山內(nèi)外延400 m段有砂、頁巖相對隔水層,不存在滲漏條件,其后的D3zg層白云巖地下水位也高于1 800 m,不存在低槽區(qū),因此,不存在庫水通過右岸山體產(chǎn)生庫首繞滲問題。

2.3.2 左岸山體產(chǎn)生庫首繞滲問題

在左岸,高于蓄水位1 790 m的滲漏隔水邊界(D3/D2)順山體延伸,向上游方向延伸長度為1.8 km,出露高程1 810～1 830 m,向下游方向延伸160 m后低于庫水位,成為左岸產(chǎn)生庫首繞滲的最低或最短出滲點。

據(jù)ZKK02鉆孔觀測資料及W3泉點資料分析,自左壩肩向山內(nèi)外延260 m,其地下水位高程高于1 790 m,再向山內(nèi)延伸至ZKK02鉆孔,為地下水低槽帶,僅低于正常蓄水位1～2 m。低槽帶于2008年11月10日觀測最低水位高程為1 788.98 m(最大變幅還可能下降10 m,2009年3月最枯月觀測地下水位高程為1 790.53 m)。該低槽帶成為左岸庫水通過庫內(nèi)巖溶含水層向下游產(chǎn)生庫首繞滲的最短通道,勘探資料及壩址區(qū)巖溶規(guī)律表明[3],該繞滲帶巖體不發(fā)育水平型或垂直型的巖溶管道系統(tǒng),巖溶現(xiàn)象主要為順層面溶隙,含水巖層呈緩傾角層狀分布,透水性主要為弱—微,局部溶孔發(fā)育帶為中等透水層,水庫蓄水后在該帶會產(chǎn)生地下水壅高現(xiàn)象。無論在現(xiàn)有觀測水位,還是在地下水下降達10 m的情況下,該地下水低槽帶在水庫蓄水后,地下水壅高的水位高程均高于水庫正常蓄水位高程。因此,壩址左岸河間地塊不會產(chǎn)生庫首繞壩滲漏問題。

3 結(jié)論

水庫庫區(qū)不存在向東側(cè)(右岸)南盤江河谷、西側(cè)(左岸)鄰谷大白河及右岸北側(cè)費沖河流產(chǎn)生永久性滲漏問題,同時也不會沿魯沖—車烏斷層帶向西面車烏槽谷產(chǎn)生永久性滲漏問題。經(jīng)過對近壩左岸河間地塊的勘察表明,牛欄江與車烏河之間存在地下水分水嶺,且分水嶺高程高于1 822.00 m,因此德澤水庫在正常蓄水位(1 790 m)下,不會通過左岸河間地塊向低鄰谷(車烏河)產(chǎn)生永久性滲漏問題。

德澤水庫于2012年下閘蓄水,2013年成功達到正常蓄水位高程1 790 m。

[1] 田毅,趙永川,陶忠平,等.牛欄江—滇池補水工程德澤水庫初步設計報告[R].昆明:云南省水利水電勘測設計研究院,2011.

[2] 中華人民共和國水利部.水利水電工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范:SL 373—2007[S].北京:中國水利出版社,2007.

[3] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:GB 50487—2008[S].北京:中國計劃出版社,2008.

(責任編輯：陳姣霞 于繼紅)

Analysis of Leakage in Deze Reservoir Area

ZHANG Xiongyun,MI Jian

(YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation,DesignandResearch,Kunming,Yunnan650051)

The area of limestone exposed in Deze Reservoir area is more than 90%.The leakage of reservoir area is the main engineering geological problem of reservoir.It is the decisive factor in whether the project can be established.Through in-depth study of karst development and hydrogeological conditions,there is no leakage problem in the area.

karst; groundwater; massife; leakage

P642.25; TV697.3+2

A

1671-1211(2017)05-0581-04

2017-02-06;改回日期2017-02-27

張雄云(1984-),男,工程師,巖土工程專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:553493315@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.018.html數(shù)字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.015