巖溶地質條件對花灘子水庫壩址選擇影響分析

王銀軍

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002）

1 工程概況

擬建貴州省花灘子水庫位于清渡河上，該河流屬長江流域烏江水系，為烏江一級支流。壩址位于貴州省思南縣孫家壩鎮冉氏堂至花灘子河段，該河段河谷狹窄，分布巖性以硬質巖為主。壩址之上主河道長45km，集雨面積452km2，河流多年平均流量8.37m3/s，多年平均徑流量2.64 億m3。建壩位置河床高程395～400m，正常蓄水位493m，壩高110m，水位抬升100m，水庫回水長度20km。水庫主要功能是以供水和灌溉為主的多功能水庫，正常蓄水位庫容1.2億m3，興利庫容1.0億m3，為大（2）型水庫。

2 壩址工程地質條件及評價

根據地形、地質條件，本工程在擬建壩河段選擇兩個壩址進行比選。其中，冉氏堂附件的峽谷口位置為上壩址，其下游為下壩址，對兩個壩址地質條件進行評價。

2.1 上壩址

上壩址為河灣地形，適合建壩河段長300m。兩岸山體雄厚，無低矮埡口分布。河谷縱向上地形呈喇叭口形狀，上游寬闊，往下游逐漸收窄。橫向兩岸地形左陡右緩，為不對稱“V”型峽谷，正常蓄水位高程493.0m時河谷寬高比為2.3。建壩河段河床比降0.32%。

該壩址位置分布地層巖性為二疊系下統棲霞組（P1q）及茅口組（P1m）中至厚層塊狀灰巖，局部夾幾厘米至3m生物屑含黏土質灰巖或含有機質鈣質黏土巖。往河流上游分布有二疊系下統梁山組（P1l）及志留系中上統韓家店群（S2-3hn）石英砂巖、砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等碎屑巖。建壩巖體主要P1m、P1q灰巖，巖質堅硬，抗風化能力強，其強溶蝕風化層厚3～8m，弱溶蝕風化層厚10～30m，微溶蝕風化層厚20～40m。壩址處無斷裂發育，為單斜構造，局部發育小揉皺。受小揉皺影響，巖層產狀略有變化，為270°～298°∠26°～35°，巖層總體傾下游略傾左岸，河谷總體為橫向谷。

該壩址上游150m處河谷兩岸平緩處分布有崩塌堆積體，估算方量22.5萬m3，對建壩影響小。壩址峽谷兩岸懸崖邊上發育卸荷裂隙，其走向與懸崖基本平行。據統計，上壩址位置主要發育5組裂隙。同時，在棲霞組（P1q）及茅口組（P1m）灰巖中局部夾軟質巖（碎屑巖）夾層。除此之外，據平硐揭露，上壩址泥化夾層發育，主要發育于強溶蝕風化帶巖體內，向深部逐漸尖滅，其發育深度一般小于15m。

上壩址分布基巖巖質堅硬，雖局部軟質巖夾層發育，強溶蝕風化帶巖體內軟弱泥化夾層發育，但構造不發育，分布的崩塌堆積體距離建壩位置較遠。因此，上壩址不存在嚴重制約建壩的工程地質條件，經工程措施處理后可建壩。

2.2 下壩址

下壩址位于上壩址下游約1.1km處，適合建壩河段長620m。兩岸山體雄厚，無低矮埡口分布。河谷縱向上地形呈喇叭口形狀，上游寬闊，往下游逐漸收窄。橫向兩岸地形左陡右緩，為基本對稱“V”型峽谷，正常蓄水位高程491.0m時河谷寬高比為2.2。建壩河段河床比降0.4%。

該壩址位置分布地層巖性為二疊系上統長興組（P2c）灰、深灰色中厚、厚層狀灰巖，局部夾泥質灰巖、炭質灰巖或炭質泥巖，含燧石結核。建壩巖體總體巖質堅硬，抗風化能力強，其強溶蝕風化層厚3～18m，弱溶蝕風化層厚10～30m，微溶蝕風化層厚20～30m。壩址處無斷裂發育，為單斜構造，局部發育小揉皺。受小揉皺影響，巖層產狀略有變化，為265°～315°∠12°～34°，巖層總體傾下游，河谷為橫向谷。

該壩址河谷兩岸坡腳分布有少量崩塌塊石，其方量小，對建壩影響小。壩址峽谷兩岸懸崖邊上發育卸荷裂隙，其走向與懸崖基本平行。據統計，下壩址位置主要發育3組裂隙。同時，在長興組（P2c）灰巖中局部夾泥質灰巖、炭質灰巖或炭質泥巖，厚0～2.0m，其延展性好。除此之外，強溶蝕風化至弱溶蝕風化上部巖體中發現泥化夾層發育，尤其是壩址左岸，據左岸平硐PD1揭露，該位置發育巖溶深槽，導致平硐26.9～36.0m處為溶蝕破碎帶，層間泥化夾層較發育。推測泥化夾層主要發育于強溶蝕風化帶巖體內，向深部逐漸尖滅，其發育深度一般為15.0～20.0m，局部由于溶蝕深槽或溶蝕破碎帶的發育，泥化夾層發育深度可達30m。

下壩址分布基巖巖質堅硬，雖局部軟質巖夾層發育，強溶蝕風化帶巖體內軟弱泥化夾層發育，但構造不發育，分布的崩塌堆積方量較小。因此，下壩址不存在嚴重制約建壩的工程地質條件，經工程措施處理后可建壩。

3 巖溶地質條件及評價

3.1 上壩址

上壩址上游200m的河谷左岸發育較大規模溶洞系統，為干洞，其洞口有兩個（R1，R2），分布高程為459，453m。據溶洞測繪，該溶洞總體走向為S49°W，與巖層走向（S45°W）基本一致，溶洞順巖層走向發育，其發育可探深度125m。溶洞內發育大廳，最寬處10m，高15～20m。溶洞向山體內規模逐漸變小，直至尖滅；在溶洞底部堆積有順巖層面剝落、坍塌的塊石，沖洪積的砂卵石等。由于溶洞位于上壩址左壩肩靠上游，距離壩址200m，與河床走向基本垂直，對建壩影響較小，對左岸防滲帷幕的形成影響較大。除此之外，未發現壩址發育較大規模巖溶，左岸巖體溶蝕作用相對較弱，右岸較強，在河床高程之上巖體局部溶蝕嚴重，溶隙、溶孔等較發育。

據鉆孔水位觀測，左、右岸地下水位均高于河水位，建壩河段屬補給型河谷，水力坡降為16%。

該壩址共進行鉆孔壓水試驗184段，據統計，呂榮值≥5Lu 的共41段，占22%；5Lu＜呂榮值＞3Lu的61段，占33%；呂榮值≤3Lu 的共82段，占45%。灰巖巖體內透水性較好，反映P1m、P1q巖體內縫合線、節理裂隙等較發育，巖體完整性較差。下伏的S2-3hn碎屑巖內透水率普遍小于3Lu，巖體完整性較好，隔水性好。

3.2 下壩址

壩址鉆孔鉆進中未發現掉鉆現像，未發現深部、較大規模巖溶發育。地表溶溝、溶槽、小溶洞等隨處可見。除此之外，下壩址左岸發育2個規模較大溶洞R3和R4。其中，R3發育高程500m，順巖層走向、垂直河谷走向發育，為干洞，洞深28m；R4發育高程520m，順巖層走向、垂直河谷走向發育，為干洞，洞深5m。這兩個溶洞發育高程高于擬建壩頂高程9m以上，規模較小，對建壩影響小。

右岸發育1個大規模的溶洞（R5），如圖1～圖2。

圖1 R5溶洞平面

圖2 R5溶洞縱剖面

R5溶洞發育于下壩址河谷右岸山腳下、壩址上游150m處，洞口高程412m。據調查，目前溶洞洞口高僅0.8m，洞口前由于下游花灘子電站修建，泥沙淤積嚴重，暴雨時有水溢出。該溶洞總體垂直河谷向山體內、順巖層走向發育，最小處僅能成年人爬行通過，最大處寬度可達50m，高20～30m。溶洞內發育3處巖溶大廳，最大面積可達1000m2。溶洞逐漸向高海拔處延伸，可測深度580m，盡頭為地下暗河。在靠近出口的兩個巖溶大廳內分布一些灶臺，據了解為解放前煉硝所用。由此可知，一是該洞分布有灶臺的溶蝕大廳為干洞；二是分布有灶臺的兩個溶蝕大廳往溶洞口段通風良好，發育支洞較多，且與地表相通。

同時，在下壩址左岸均發育暗河系統 （大槽暗河、黃蠟洞暗河及石門坎暗河系統）。其中，大槽暗河系統基本垂直建庫河流—清渡河發育，由擬建下壩址位置流向烏江，出口高程400m。據鉆孔水位觀測，暗河與清渡河間地下水位高程463.3m，低于擬建水庫正常蓄水位491.0m。

黃蠟洞暗河系統位于下壩址右岸下游，由岸坡補給壩址下游的清渡河。該暗河基本垂直清渡河發育，為下壩址庫首地下低鄰谷。在下壩址下游右岸發育另一條暗河—石門坎暗河，與黃蠟洞暗河分別位于塘頭傾伏向斜兩翼，補給烏江，出口高程360m。

據鉆孔水位觀測，左、右岸地下水位均高于河水位，該段河谷為補給型河谷。左岸地下水水力坡降為12%；右岸地下水位較低，僅比河水位高18m，地下水水力坡度較為平緩，為2%。

該壩區鉆孔壓水試驗共131段。據統計，呂榮值≥5Lu的共36段，占27%；5Lu＜呂榮值＞3Lu的57段，占44%；呂榮值≤3Lu的共38段，占29%。從統計表可發現，兩壩肩上部巖體受卸荷、溶蝕風化等影響，完整性較差，透水性較好；河床位置進入弱溶蝕風化巖體中下部后，其透水性較差。

3.3 各壩址對建壩的影響

上、下壩址建壩位置均未發現較大規模溶洞，在進入弱溶蝕風化巖體內時，巖體透水率均較小，一般小于5Lu，為弱透水層，上、下壩址均不存在制約建壩的巖溶水文地質條件。

上壩址上游200m的河谷左岸發育較大規模溶洞系統（洞口編號為R1、R2），分布高程459，453m。該溶洞順巖層走向發育，可探深度125m。溶洞內發育大廳，最寬處10m，高15～20m。溶洞向山體內規模逐漸變小，直至尖滅。由于溶洞距離壩址較遠，與河床走向基本垂直，其對建壩影響小，對防滲帷幕影響較大。

從安全角度考慮，上壩址防滲帷幕底界及端點深入下伏的韓家店群S2-3hn碎屑巖體內，為全封閉式帷幕，防滲帷幕長1.3km，防滲面積13.5萬m2。防滲處理后，在上壩址位置建壩具成庫條件。

下壩址河谷左岸發育的大槽暗河系統基本垂直建庫河流—清渡河，由擬建下壩址位置流向烏江，出口高程400m。暗河與清渡河間地下水位高程463.3m，低于擬建水庫正常蓄水位491.0m。右岸發育的黃蠟洞暗河位于下壩址下游右岸，由岸坡補給壩址下游的清渡河。該暗河基本垂直清渡河發育，為下壩址庫首地下低鄰谷。下游右岸發育另一條暗河—石門坎暗河，與黃蠟洞暗河分別位于塘頭傾伏向斜兩翼，補給烏江，出口高程360m。

在壩址上游右岸150m處山腳下發育R5溶洞，洞口高程412m。溶洞總體垂直河谷、順巖層走向發育，最小處僅能成年人爬行通過，最大處寬度可達50m，高20～30m，面積可達1000m2。溶洞逐漸向高海拔處延伸，可測深度580m，盡頭為地下暗河。溶洞發育的支洞較多，且與地表相通。

綜合分析，下壩址巖溶水文地質條件復雜，從安全角度考慮，下壩址防滲帷幕端點只能向上游接韓家店群（S2-3hn）碎屑巖，其底界以區內最低排泄基準面—烏江河床360m高程進行控制。防滲處理為懸托式帷幕，長2.3km，防滲面積28.6萬m2。處理后，下壩址位置建壩具成庫條件。

綜合分析，上壩址采用全帷幕進行防滲，雖然壩址左岸發育溶洞系統，但其規模及復雜程度相對較簡單，經混凝土澆筑封堵后，再采用灌漿進行防滲處理，其處理難度相對較小。下壩址暗河、溶洞系統發育，巖溶水文地質條件復雜，建庫防滲難度極大。且下壩址防滲采用懸托式帷幕，其可靠性相對全帷幕差。同時，下壩址防滲工作量是上壩址的2倍有余。因此，在兩個壩址工程地質條件相當的情況下，本次推薦上壩址作為進一步研究壩址。

4 結語

（1） 擬建貴州省花灘子水庫位于烏江支流清渡河上，壩址區位置河谷狹窄，上、下壩址分布的基巖巖質堅硬，雖局部軟質巖夾層發育，強溶蝕風化帶巖體內軟弱泥化夾層發育，構造不發育，均不存在嚴重制約建壩的工程地質條件，經工程措施處理后均可建壩。

（2）在上壩址河谷左岸發育溶洞系統，但其規模相對較小，巖溶水文地質條件相對較簡單。防滲帷幕采用全帷幕，帷幕線相對較短，處理難度相對較小。下壩址河谷兩岸暗河、溶洞系統發育，巖溶水文地質條件復雜，建庫防滲難度極大，防滲工作量大。因此，選擇上壩址作為建庫壩址。

（3）貴州省是碳酸鹽巖廣泛分布的省份，大部分水庫均建在碳酸鹽巖上，巖溶水文地質條件決定了水庫成庫，也決定了壩址位置選擇。