竹林腳水庫工程成庫條件分析

楊秀華，劉 勇

(貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

貴州省境內碳酸鹽巖廣泛出露，屬于喀斯特山地地貌區。水是喀斯特山地環境的重要因素，也是工農業生產中突出矛盾。雖然本區內氣候濕潤，降雨充沛，但巖層漏水，土層淺薄保水能力差，地表常嚴重缺水，有“雨過三天吃水難”的現象。區內地下水多以地下河形式存在，埋深大且分布不均勻，在開發利用上有較大的難度。因此，查明地下水分布規律，就近修建水庫是解決喀斯特地區缺水問題的重要手段之一，其中水庫成庫條件論證就顯得至關重要，關系到工程的成敗。

1 工程概況

擬建竹林腳水庫位于貴州省六盤水市六枝特區牛場鄉平寨村，距六枝特區約64km，距牛場鎮中心約20km。水庫位于平寨小河中上游窗子巖至羅家寨之間約900m的河段之間，控制流域面積3.28km2，正常蓄水位為1630m，擬建最大壩高27m。其建筑工程為：擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等主要建筑物。該水庫以防洪、灌溉、人飲等多種功能于一體，對促進六枝特區牛場鄉的可持續發展戰具有十分重要的意義。水庫的補給水源主要為平寨小河以上段地表與地下水。

2 工程地質條件

測區位于貴州省西部，屬于黔西高原山區——高原邊緣中山山地區。受烏江干流三岔河侵蝕、切割，地勢起伏大，庫區地面已變得極為破碎。構造條件復雜，流水地貌與卡斯特地貌相間分布，砂、頁巖地區受區內流水的沖刷侵蝕強烈，溝谷發育，形成桌狀山、單面山等。區內三疊系碳酸鹽巖廣泛分布，溶丘、峰林地貌發育，洼地、落水洞呈串珠狀發育，巖溶管道不同程度發育，水文地質條件較為復雜。

竹林腳水庫位于三岔河一級支流平寨小河中上游，庫區地勢總體西高東低，流向為東西向。庫盆多坐落在三疊系下統夜郎組(T1y)上部灰色、灰綠色泥質條帶灰巖、紅褐色砂質泥巖、粉砂巖等。左岸為三疊系下統永寧鎮組第一段(T1yn1)中厚層灰巖夾薄層灰巖、薄層泥灰巖，右岸地層為三疊系下統夜郎組(T1y)上部灰色泥質條帶灰巖，紅褐色砂質泥巖、粉砂巖，以及三疊系下統永寧鎮組第一段(T1yn1)的中厚層夾薄層灰巖。受地質構造及出露地層控制，測區以巖溶地貌為主，表現為山原巖溶盆地、洼地發育，峽谷淺切，地貌的成層性明顯。庫盆較平緩、開闊，河谷以明流為主，在窗子巖進入伏流區，匯入巖溶通道，于下游以巖溶泉形式出露后在平寨、大鬧地一帶以明流形式匯入納雍河。

3 巖溶、水文地質條件

測區碳酸鹽分布面積達80%，其巖溶作用受巖性、構造和地貌等因素綜合影響，其巖溶發育程度具明顯差異，地貌上峰叢溝谷為主，谷地中巖溶形態，以落水洞，巖溶洼地、溶洞和地下暗河等。

表1 巖溶層組劃分分析

3.1 巖溶

3.1.1 巖溶發育規模、形態

區內巖溶較為發育，主要表現為巖溶洼地、漏斗、落水洞、溶洞、巖溶管道等巖溶個體形態。經地表調查統計，1/萬平面圖內溶洞10個、落水洞21個、干溶洞12個、巖溶洼地121個。其中，地表分水嶺內巖溶洼地16個，分水嶺內面積為3.28km2，其面巖溶率為6個/km2。

3.1.2 巖溶發育地層

庫區巖溶發育地層主要為三疊系下統永寧鎮組第一段(T1yn1)灰巖、三疊系下統夜郎組中部(T1y)灰巖、二迭系上統組(P2d+c)灰巖地層。經統計，永寧鎮組第一段(T1yn1)地層發育溶洞(包括落水洞)10個、洼地121個；其他地層均未見巖溶現象。

3.1.3 巖溶發育規律、特點

庫區既存在強可溶巖，又存在非可溶巖。雖然強可溶巖出露面積在60%以上，但由于巖層緩傾的單斜構造，巖溶發育受這種特定的地質結構制約，巖溶發育明顯呈現以下規律和特點。

發育規律：在平面上多呈線性和帶狀分布，且多沿地層走向及分界線呈串珠狀排列，經統計，沿T1yn1地層發育的巖溶洼地有121個，在高程上具有成層性。

發育特點：①庫區巖溶發育程度與巖石可溶性有關，以T1yn1灰巖最為發育，其巖溶形態有130個，占統計總數132個的98%；T1y灰巖較弱，巖溶形態僅2個，占2%，且規模亦較前者?。虎趲r溶多順走向發育；③巖溶發育具有成層性，與各級剝夷面有關。

3.1.4 水文地質巖組劃分

巖溶層組劃分主要依據：巖性組成、巖溶發育強度和巖層厚度及水動力條件。根據區內出露地層巖溶發育程度分析，將庫區巖層劃分4等巖溶層組：即強巖溶層組、中等巖溶層組、弱巖溶層組和非巖溶層組，詳見表1。

3.2 水文地質條件

庫區河流為區內地表水與地下水的最低排泄基準面。兩岸碳酸鹽巖、碎屑巖等廣泛分布，地形由緩變陡，地下水在谷坡上排泄點高低不一，區內含水層(灰巖、白云巖等)與相對隔水層(砂巖、泥頁巖、粘土巖)相間分布，對地下水的補給儲存和排泄起一定的控制作用，各含水層之間一般無水力聯系。區內水文地質特點與地形地貌、地質構造、地層巖性有著密切的關系。

地表水補給地下水、再補給河水。地下水的賦存形式根據儲水介質可大致分為溶管水、溶隙水、裂隙水、孔隙水4種形式。

(1)巖溶水：以巖溶管道水和巖溶裂隙水存在。巖溶管道水主要分布在強可溶巖地層中，巖溶管道水；巖溶裂隙水主要分布在弱～中等可溶巖地層中，在溶蝕裂隙中賦存或出露。主要表象為羅家寨巖溶泉KS05、焦家壩至巖上、平寨一帶KS03、KS04、KS06，牛場巖溶大泉KS07，庫尾嶺谷王家包包巖溶泉KS08、KS09。

(2)裂隙水：主要賦存于淺層基巖裂隙中，其補給源主要為大氣降水。

(3)孔隙水：主要賦存于部分洼地、河谷兩岸階地覆蓋層中，透水性較好。

在庫區范圍內出露多處泉點，具體情況見表2。

4 水庫滲漏評價

水庫滲漏問題主要由于地形、地質條件決定，庫水在1630m正常高水位時，回水線長約4.5km。水庫總體呈北東向布展。河谷為寬緩淺切型，兩岸山體雄厚。地下水以巖溶管道和裂隙流的形式，在不同高程上補給河水。河谷上游段為橫向谷，下游段為斜向谷。在庫盆分布連續夜郎組(T1y)中厚層灰色泥質條帶灰巖、泥質灰巖巖體，巖溶作用微弱。

表2 工程區泉點統計

在庫兩岸有T1yn1灰巖大面積出露，巖溶作用強烈，發育有平寨暗河和落水洞暗河系統。暗河進出口和沿線巖溶洼地高程低于或接近正常高水位。這些地段均為水庫主要可疑滲漏帶，分述如下。

4.1 左岸向平寨巖溶暗河的滲漏分析

庫首至平頭坡段鄰谷為教子山-焦家壩-穿洞-爛壩-箐頭-平寨巖溶暗河系統，爛壩為伏流區，入伏高程1676m，距庫水最近距離1.1km，在平寨以巖溶泉KS03、KS04流出，高程分別為1529、1530m，水庫正常蓄水高程1630m，低于該一帶洼地、暗河通道，地表分水嶺高程1660～1790m，從地形上來看向平寨暗河滲漏的可能較小，雖然左岸存在暗河系統，但該系統總體發育高程均高于水庫正常蓄水位，據ZK06穩定水位1635.21m，平寨巖溶泉及焦家壩伏流高程推算水力坡度約7%，推算水力梯度為右岸從河床向暗河系統推算出地下分水嶺與地表分水嶺一致，左岸山體厚實，再加上左岸泉點S01、S02、S03高程分別為1675、1650、1630m，高程高于或接近正常蓄水位1630m，庫岸該段地下水補給庫水。左岸ZK07穩定地下水位1638.5m，高于正常蓄水位1630m，該鉆孔處于地表分水嶺位置附近，說明地下分水嶺與地表分水嶺基本保持一致。進一步證明庫水向平寨暗河滲漏的可能性小。

平頭坡至庫尾段，山體厚實，無低鄰谷分布，該帶泉點S04、S05出露高程分別1677m、1684.5m，泉水補給庫水，均高于正常蓄水位1630m，因此該段地下分水嶺較高，水庫蓄水后不存在滲漏問題。

4.2 庫尾庫水沿斷層(F1)向岔河低嶺谷及深層滲漏分析

(F1)斷層沿庫尾穿地表分水嶺經代家包包-王家包包-林家寨岸坡穿過，分布高程1350～1655m，左盤為T1y，右盤為T1y、P2c+d、P2l。經查：該區域強巖地層T1yn1，在庫尾段至低嶺谷段未見巖溶現象，巖溶不發育，山體厚實，據調查見KS08、KS09，高程分別為1625m，水庫區壩址河道高程1615m，泉點高程高于河道高程10m，低于水庫正常蓄水位5m，泉點出露在斷層附近，表明地下水未向深層滲漏，根據水力坡度推出，地下水分嶺高于1630m，水庫蓄水后沿庫尾滲漏的可能較小，(F1)斷層性質具有阻水性。

綜上所述水庫蓄水后沿左岸平寨暗河系統滲漏的可能性小，沿庫尾低嶺谷滲漏及斷層往深層滲漏可能性小。

4.3 右岸向牛場巖溶暗河的滲漏分析

庫首至羅家寨段鄰谷為劉家寨-落水洞-牛場巖溶暗河系統。穿洞為伏流區，入伏高程1670m，距庫水最近距離1.5km，在牛場以巖溶泉KS07流出，出流高程1435m，水庫正常蓄水高程1630m，低于該一帶洼地、暗河通道，地表分水嶺高程1700～1761m，從地形上來看向落水洞暗河滲漏的可能較小，雖然右岸存在暗河系統，但該系統總體發育高程均高于水庫正常蓄水位，據牛場巖溶泉及落水洞伏流高程推算水力坡度約5%，右岸從河床向暗河系統推算出地下分水嶺與地表分水嶺一致，右岸山體厚實，再加上右岸流向庫內泉點KS05、KS06高程分別為1621.6m、1623.1m，雖然低于正常蓄水位1630m，但地下分水嶺較高，庫岸地下水補給庫水，因此庫水向牛場暗河滲漏的可能性小。

羅家寨至庫尾段，距庫區2.8km，雖存在低鄰谷，但山體厚實，出露泉點S03，高程1630.5m，出露高程均高于正常蓄水位，因此地下分水嶺較高，水庫蓄水后不存在向庫外滲漏問題。

4.4 庫首滲漏分析

左岸鉆孔ZK04穩定水位1624.2m，低于正常蓄水位，鉆孔揭示主要為永寧組中厚層灰巖段，底部為夜郎組泥質條帶灰巖、砂質泥巖。其中強風化灰巖段，巖體節理裂隙發育，巖體較破碎，且溶強強發育，鉆孔揭示局部發育巖溶溶洞。水庫蓄水抬升后，沿灰巖強風化裂隙帶、開挖爆破裂隙帶向庫首滲漏的可能性較大，需進行防滲處理。

表3 庫區鉆孔穩定地下水位統計

初步擬定庫首至左岸段防滲方案為：防滲底界深入巖體透水率≤5Lu連續2～3個段長；帷幕邊界結合左岸水文孔ZK07地下水位(1638.5m)按水力梯度綜合考慮，以地下水位與正常蓄水位交點向外延伸20m而定。右岸埡口處ZK05揭示，穩定地下水位1627.8m(2017年3月，為旱季)，低于正常蓄水位1630m約2.0m，該段地處埡口地段，巖體較破碎，完整性較差，水庫蓄水后，水位的抬升，會導致該段出現薄弱帶從而出現潰口，需對該段進行防滲處理，防滲邊界按正常蓄水位與地下水位交點向外延伸20m確定，防滲底限深入弱風化砂質泥巖段10～15m。河床壩基段鉆孔ZK01～ZK03揭示，當深入弱風化灰巖后，巖體透視率隨深度的增加遞減，直至≤5Lu，故河床段帷幕底界采用深入巖體透水率≤5Lu連續2～3個段長而定。故水庫蓄水后庫首段存在滲漏問題，但通過帷幕灌漿處理后滿足蓄水條件。

綜上，水庫左右兩岸、庫尾不存在低鄰谷滲漏問題。庫首、庫首至左岸及右岸單薄埡口一帶通過灌漿處理后，水庫基本具備成庫條件。

5 結語

區內氣候溫濕，降雨量充沛，巖溶強烈發育，地表負地形，地下管道規模巨大，為典型的卡斯特地區，水文工程地質條件極為復雜。水利開發建設中出現了不少教訓，最為突出的是巖溶滲漏問題，如處理不當，會給工程建設造成工期、費用的增加，使水庫工程不能充分利用，甚至成為廢庫。因此，必須重視水庫成庫條件的論述，為水庫的設計奠定基礎。