玉皇閣水庫壩址比選探討

唐運剛

摘 要：本文利用玉皇閣水庫工程復雜水文地質條件勘探中的經驗，通過鉆探與電法勘探相互結合、相互驗證方法，綜合考慮、選擇相應的物探勘探手段進行綜合分析，更好地認識、分析復雜的水文地質條件，對水庫壩址比選提供有力技術支撐，提高了工作效率，為水庫找到可靠的防滲邊界，能夠為工程順利勘察提供良好的技術支撐。結果表明：玉皇閣水庫壩址在1000m長河段范圍比選上、下壩址，經地質測繪、7個鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低，庫水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了下一步布置鉆孔更加具有明確的方向，布置了1條高密度電法測線和4個電測深點的綜合電法勘探，在此成果基礎上布置了2個鉆孔。通過鉆探與電法勘探成果綜合比較，地質上確定了鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結合的處理方案，推薦上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長大約397.32m，帷幕深80～100m，為工程選址作出了明確的地質建議，保證了工程的安全，選擇了投資較少的工程方案。

關鍵詞：復雜水文地質條件；玉皇閣水庫；鉆孔勘探；電法勘探；壩址

中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0121-03

1 研究區概況

1.1 工程概況

玉皇閣水庫位于永平縣城北西約14km，龍門壩區北西邊緣，屬瀾滄江水系永平縣銀江河源頭。地理位置：北緯25°33′～25°34′，東經99°28′～99°99′。有永平至云龍公路穿過壩址區，交通運輸條件較為方便。

玉皇閣水庫推薦壩型為面板堆石壩，擬建壩高82.3m，壩址河床高程1776～1788m，控制徑流面積39.5km2，壩頂高程1857.3m，設計正常高水位1854.5m，總庫容1154.6×104m3，水庫功能以農業灌溉為主兼顧人畜飲水，解決龍門壩區及大堿塘水庫灌區以上的農田灌溉供水和區內農村生活供水問題，設計總灌溉面積2.16萬畝。[3][4]

1.2 地質概況

工程區位于云南高原西部邊緣，淺切割低中山地形，區內總體地勢北西高南東低，山峰海拔高程一般在2250～2700m，銀江河海拔高程在1600～1820m，銀江大河系工程區內最低侵蝕基準面。

區內出露地層較為簡單，主要為中生界侏羅系中統花開左組（J2h）泥巖夾細砂巖及石英砂巖、上統壩注路組（J3b）泥巖夾粉細砂巖；白堊系下統景星組（K1j）砂巖與泥巖互層、南新組（K1n）砂巖、上統虎頭寺組（K2h）含長石石英巖夾泥巖；新生界第三系上新統（N2）礫質砂土、粉細砂土、粘土巖夾褐煤及第四系（Q）殘坡積及沖洪積層。

測區位于青、藏、滇、緬、印尼巨型“歹”字型構造體系中部（按大地構造分區屬唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系Ⅲ之蘭坪-思茅褶皺帶Ⅲ1西側）。工程區在大栗樹—龍街弧形構造帶內，整個弧形構造由工程區南東的龍街向北西的大栗樹一帶延展，全長68km，寬25km。區內斷層發育，褶皺次之。主要構造、褶皺為飛鳳山弧形斷層（F70）、上苗寨—李子樹背斜、茶果樹向斜。

測區地下水類型分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水三種類型。受區域構造活動控制，河流下切侵蝕強烈，兩岸山高坡陡，巖體風化、卸荷作用明顯，與此伴生的沖溝、坍滑、卸荷松動、崩塌等物理地質現象較為發育，多分布在沖溝兩岸或公路上方地形較陡處，規模小。

工程場地基巖地震動參數50年超越概率10%，地震動峰值加速度為0.135g、地震動反應譜特征周期為0.35s，對應地震基本烈度為Ⅶ度[4]。

2 壩址勘探及主要地質問題

2.1 鉆孔勘探及主要地質問題

壩段位于岔河至下游1000m長的銀江河河段。往上游少了小雙河支流，來水不足；往下游進入龍門盆地，兩岸地形開闊，不具有作為壩址的地形地質條件，壩址布置受到限制（圖1）。因此該狹窄河谷段是唯一可作為壩段的河段。壩段河流基本順直，分為上、下兩個壩址。勘察工作先布置7個鉆孔，上壩址在擬選壩區布置鉆孔4個（ZK1—ZK4），下壩址在擬選壩區布置鉆孔3（ZK5—ZK7）。

根據鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低，庫水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了進一步擇優選擇壩址，在壩址左岸上游山脊布置增加鉆孔1個（ZK8），下壩址延長線增加鉆孔1個（ZK9）。下壩址左岸山脊地下水位高出銀江河河水位7～8m，上壩址地下水位低于銀江河河水位2～10m，沿山脊隔水層頂板（q<5Lu）最高點高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在庫水裂隙性滲漏問題（詳見表1）[5]。

2.2 電法勘探成果

根據測區的地形、地質條件，結合方法有效性考慮，采用高密度電法和電測深開展工作。高密度電法重點圈出構造和裂隙帶的空間形態及位置；電測深重點查明壩址左岸山脊處的地下水位埋深。共布置1條高密度電法測線和4個電測深點[1][2][6]。

（1）高密度電法剖面：在已知鉆孔的地下水位附近的視電阻率（300Ω.m），來確定地下水位線，因在測試深度范圍附近，略有偏差。（2）電測深法：布置于左岸山脊，表層為含碎石粘土，下部為砂巖夾泥巖。地下水位埋藏較深，地下水位之上巖體較破碎、干燥，電阻率較高。根據已知鉆孔的孔旁電測深點測試結果及各電測深點測試結果綜合分析可得到，表層含碎石粘土的視電阻率ρs=2800Ω.m，地下水位以上的砂巖視電阻率ρs =2300～8900Ω.m，其變化范圍較大的原因是巖體破碎，孔隙較大且干燥。地下水位以上的砂巖夾泥巖的視電阻率ρs =660～1900Ω.m；地下水位以下的砂巖的視電阻率ρs=780 ～1900Ω.m，地下水位以下的砂巖夾泥巖的視電阻率ρs=550 ～1200Ω.m。由于測區內地下水位埋藏較深，巖體富水性差，故各測點之間的視電阻率變化差異較大。

高密度電法和電測深法勘探結果表明：壩址左岸山脊地下水位埋藏較深，地下水位高程為1777.7～1779.3m。壩址上游左岸埡口，埡口上游以泥巖為主，下游以砂巖為主，地下水位深度約27.0～87.0m。探測結果與鉆孔資料分析基本一致：左岸山脊埡口上游地下水位高，不存在滲漏問題；埡口下游地下水位和隔水層低于庫水位，存在滲漏問題。[7][8][9]

3 近壩左岸主要工程地質問題

3.1 近壩左岸主要地質問題

近壩水庫左岸山脊底寬600～900m（壩址區400～600m寬），在近壩庫岸形成相對單薄的埡口，埡口高出河床約110m，水庫正常蓄水位高時山體寬約240m；埡口下游山脊正常蓄水位高時山體寬220～330m。

根據鉆孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK9和4個電測深電及高密度點法剖面3-3'資料，壩址左岸山脊下游段地下水位高出銀江河河水位7～8m，山脊上游段地下水位低于銀江河河水位2～10m（巴拉場河河水位比銀江河河水位高1.5～6m，雖然在壩址上游段出現銀江河河水補給地下水，但地下水并不是直接往巴拉場河排泄，而是順巖層走向或構造線大致平行銀江河往下游徑流。），沿山脊隔水層頂板（q<5Lu）最高點高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在庫水裂隙性滲漏問題。針對山脊地下水位低的特點，沿山脊做了4個電測深點專門進行地下水位探測，此外在埡口一帶做了高密度電法探測地下水位，探測結果與鉆孔資料分析基本一致：左岸山脊埡口上游地下水位高，不存在滲漏問題；埡口下游地下水位和隔水層低于庫水位，存在滲漏問題。

3.2 近壩左岸滲漏分析及處理建議

3.2.1 近壩水庫左岸山脊滲漏量計算

由于近壩水庫左岸山脊存在滲漏問題，為評價滲漏對水庫蓄水的影響，需進行滲漏量估算。根據庫區地質圖和近壩水庫左岸山脊向巴拉場河方向滲漏縱、橫剖面圖可知，滲漏分為F-A、A-H、H-I三段（見圖1），分別采用均質體公式和非均質體公式進行估算

Q=BK·（H1-H2）/L·（h1+h2+h3）/3 （1）

Q=B（H12-H22）/（2（T1/K1+T2/K2+T3/K3）） （2）

式中，Q為日滲漏量（m3/d）；K為平均滲透系數（m/d）；H1為庫水位（m），H2為鄰谷水位（m）；H1-H2為正常蓄水位與庫水滲漏溢出點水頭差（m）；（h1+h2+h3）/3為透水層平均厚度（m）；L為平均滲徑長度（m）；T為透水層長度（m）；B為滲漏段寬度（m）。

估算結果為：上壩址年滲漏量大值53.6萬m3，小值47.2m3；下壩址年滲漏量大值150.2萬m3、小值133.3m3。

3.2.2 近壩水庫左岸山脊滲漏量分析及處理建議

經綜合分析，庫水往鄰谷巴拉場滲漏量取大值。上壩址年滲漏量53.6萬m3，占水庫庫容量的4.77%，占水庫多年平均徑流量的3.02%，屬中等滲漏。下壩址年滲漏量150.2萬m3，占庫容量的13.37%，占水庫多年平均徑流量的8.47%，屬中等滲漏。由于該水庫還需引蓄，來水不易，上、下壩址均需進行防滲處理。地質上推薦鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結合處理。上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長大約397.32m（需開挖灌漿平硐390m左右），帷幕灌漿底界線總體原則深入相對隔水層（q<5Lu）頂板，帷幕深80～100m；下壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長大約878m（需開挖灌漿平硐402m左右），帷幕深80～110m。帷幕下游端界與大壩左岸繞壩滲漏帷幕連接，帷幕灌漿按單排孔布置（孔距1.5m），具體灌漿參數需通過灌漿試驗確定。[10]

4 壩址選擇

壩段長約1000m，河流基本順直，大致以壩段中部沖溝分界，分為上、下兩個壩址。根據規范要求，對上、下壩址勘探進行了比較。現就兩壩址主要工程地質條件列表說明，詳見表2。

從表2中可以分析得出：

（1）上、下壩址工程地質條件相近；（2）上壩址在水文地質條件、防滲處理、防滲帷幕線、壩高上略有優于下壩址；（3）下壩址在地形條件、清基開挖工程量略有優勢。

因此，上、下壩址工程地質條件相近，存在的工程地質問題基本相同，下壩址河床較狹窄，地形條件相對較好，但在壩高、防滲帷幕線長度、滲漏量方面上壩址略優于下壩址。總體上壩址稍占優。因此，通過通過水工、施工、投資等專業綜合比較，推薦上壩址。

5 結語

（1）玉皇閣水庫壩址在1000m長河段范圍選擇上、下壩址，地質條件復雜，經地質測繪、7個鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低（地下水位高程略高于河水位），庫水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了下一步布置鉆孔更加具有明確的方向，布置了1條高密度電法測線和4個電測深點的綜合電法勘探，在此成果基礎上布置了2個鉆孔。通過鉆探與電法勘探成果綜合比較，地質上確定了鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結合的處理方案：上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長大約397.32m，帷幕深80～100m；下壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長大約878m，帷幕深80～110m。推薦上壩址防滲帷幕線較短，帷幕線可向上游至埡口交于地下水位，為工程選址作出了明確的地質建議，保證了工程的安全，選擇了投資較少的工程方案。（2）本文利用玉皇閣水庫工程復雜水文地質條件勘探中的經驗，通過鉆探與電法勘探相互結合、相互驗證方法，綜合考慮、選擇相應的物探勘探手段進行綜合分析，更好地認識、分析復雜的水文地質條件，對水庫壩址比選提供有力技術支撐，提高了工作效率，為水庫找到可靠的防滲邊界，能夠為工程順利勘察提供良好的技術支撐。

參考文獻

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[2]工程地質手冊編委會.工程地質手冊-4版[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[3]陳南祥.工程地質及水文地質[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

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[10]李擇衛.塞海湖水庫庫首巖溶滲漏問題研究[J].人民長江，2016，47（23）：50-54.