唐山陡河水庫(kù)鳳山地下水滲流場(chǎng)探測(cè)分析

張麗艷

（唐山市陡河水庫(kù)管理處，河北 唐山 063021）

唐山市陡河水庫(kù)建成于1956年，是引灤入唐工程的終端調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)上游來(lái)水量和下游供水量差別較大，每天的損失量扣除蒸發(fā)量后可達(dá)1.0×105m3。水庫(kù)運(yùn)行40多年以來(lái)，超過(guò)正常蓄水位（34.0 m）共3次，最高水位達(dá)34.33 m，左壩肩山體存在強(qiáng)滲漏通道可能是引發(fā)上述問(wèn)題的主要原因。基于此，本文通過(guò)同位素綜合示蹤等方法對(duì)陡河水庫(kù)地下水滲流場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)分析。

1 庫(kù)區(qū)地質(zhì)概況

陡河水庫(kù)位于河北省唐山市東北約15 km處，大壩為均質(zhì)土壩，最高壩高25 m，包括河床段、一級(jí)臺(tái)地段，主壩全長(zhǎng)1700 m。庫(kù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)大部分為第四紀(jì)沖積區(qū)，屬近海三角洲的沉積產(chǎn)物，后期經(jīng)過(guò)上升、下降、沖刷、沉積作用，形成了現(xiàn)在的河槽及沖槽。

大壩的東端鳳山區(qū)屬寒武紀(jì)灰?guī)r，巖中夾雜有灰質(zhì)或泥質(zhì)頁(yè)巖，地質(zhì)斷層、裂隙較多，屬喀斯特發(fā)育，滲透系數(shù)一般為12.5 m/d，兩紀(jì)巖層交界處有頁(yè)巖隔水層分布。

2 水庫(kù)鳳山地下水滲流場(chǎng)分析

在水庫(kù)左坡岸鳳山段設(shè)置10個(gè)示蹤實(shí)驗(yàn)孔，對(duì)該地段進(jìn)行水文地質(zhì)條件及滲流特征分析。側(cè)孔深度40 m～140 m不等，觀測(cè)孔平面位置，觀測(cè)孔平面位置見(jiàn)圖1[1]。

2.1 水庫(kù)溫度示蹤試驗(yàn)

為調(diào)查水庫(kù)中的低溫滲漏通道，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行溫度示蹤試驗(yàn)，測(cè)量每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的溫度電導(dǎo)值，并取部分水樣進(jìn)行同位素和水化學(xué)分析[1]。分析發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)的低溫滲漏通道從水庫(kù)上游通過(guò)河床洼地呈線性分布，見(jiàn)圖1。

圖1 水庫(kù)溫度示蹤試驗(yàn)點(diǎn)

2.2 環(huán)境同位素與水化學(xué)分析陡河水庫(kù)滲流場(chǎng)

陡河水庫(kù)雨水觀測(cè)站設(shè)于石家莊，觀測(cè)站雨水線與陡河水庫(kù)區(qū)水樣D、18O同位素分布圖（見(jiàn)圖2）顯示多數(shù)數(shù)據(jù)已嚴(yán)重偏離了該條雨水線。通過(guò)回歸分析[2]，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之間的相關(guān)值為0.4404，發(fā)生了18O漂移，即表明水氣、水巖之間存在相互作用，水中的同位素發(fā)生了平衡分餾。

圖2 石家莊地區(qū)雨水線與陡河水庫(kù)區(qū)水樣D、18O同位素分布

水樣中的Ca2+離子與TDS的相關(guān)性達(dá)到58%，金屬離子與礦比度的相關(guān)性達(dá)到95.22%，而其它的陽(yáng)離子與TDS的相關(guān)性都較差，這說(shuō)明電導(dǎo)率增大的主要原因是水中的Ca2+離子，參見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 Ca離子-TDS相關(guān)分析

圖4 金屬離子-TDS相關(guān)分析

在徑流方向上Cl-含量只會(huì)增加不會(huì)減少。水庫(kù)中3個(gè)水樣中的Cl-含量分別為32.56 mg/L、32.56 mg/L和32.21 mg/L。在各鉆孔中，只有9#、10#孔中的Cl-含量高于此值，均為80.16 mg/L，顯然，水庫(kù)的滲漏通道只能在9#、10#孔一帶。

3 示蹤探測(cè)結(jié)果分析

（1）1＃孔表層5 m處的計(jì)數(shù)率大，較為破碎，21 m、27 m、41 m處出現(xiàn)了密度尖點(diǎn)，說(shuō)明此處也較為破碎。鉆孔過(guò)程中在21 m、27 m孔深處出現(xiàn)過(guò)落鉆，表明該孔的滲透流速較大，根據(jù)檢測(cè)，鉆孔底部51 m孔深處滲透流速達(dá)到0.8 m/d。電導(dǎo)在34 m～44 m孔深處電導(dǎo)值只有510 μs/cm～520 μs/cm，出現(xiàn)低谷，說(shuō)明34 m～44 m孔深處有地下水的補(bǔ)給，對(duì)應(yīng)的滲透流速較大，但該孔的溫度隨孔深有上升趨勢(shì)，說(shuō)明滲漏水流補(bǔ)給時(shí)間較長(zhǎng)，來(lái)自庫(kù)水的滲漏量并不大[3]。

（2）2#孔28 m孔深以上計(jì)數(shù)率較大，密度尖點(diǎn)多，地層較為破碎，地下水位以下47 m孔深（高程5.07 m）處出現(xiàn)一密度尖點(diǎn)。從流速分布圖來(lái)看，在孔深47 m處的流速最大，達(dá)到1.2 m/d，由于1#孔和2#孔中的流速都相對(duì)其他孔較大，但兩孔的溫度較高，不存在低溫滲漏通道[4]。

（3）3#孔31 m孔深以上地層的密度計(jì)數(shù)率較大，地層破碎，地下水位以下（44 m孔深以下）地層密度計(jì)數(shù)率較小，地層密實(shí)，地下水滲透流速小，滲透流速在0.15 m/d～0.26 m/d，幾次測(cè)量的溫度都較高，高于同期的5#～10#孔，不可能存在低溫滲漏通道。

（4）4#孔的密度計(jì)數(shù)率較大，地層破碎嚴(yán)重，孔中的滲透流速在0.38 m/d～0.9 m/d之間，鉆孔過(guò)程中多次掉鉆；測(cè)得溫度較高，高于同期的5#～10#孔溫度1℃～4℃，隨季節(jié)變化小，不可能存在低溫滲漏通道。

（5）5#孔在孔深24.12 m以上密度計(jì)數(shù)率較大，巖層破碎；孔深30.12 m和37.12 m處出現(xiàn)兩個(gè)密度尖點(diǎn)，可能有裂隙或溶洞發(fā)育[5]。5＃滲漏流速較小，最大流速僅為0.12 m/d，孔溫度基本呈梯形上升趨勢(shì)，屬正常的地溫變化。

（6）6#孔在孔深12.78 m以上、38.78 m～52.78 m孔深處的巖層密度計(jì)數(shù)率偏大，巖層較為破碎，另外在54.78 m孔深處出現(xiàn)一密度尖點(diǎn)，相應(yīng)流速0.15 m/d，該孔的最大流速出現(xiàn)在孔深53.28 m附近，為0.25 m/d。參數(shù)表明水流補(bǔ)給時(shí)間長(zhǎng)，具有溶蝕條件。

（7）7#孔地下水位以上（孔深54.15 m，13 m高程以上）計(jì)數(shù)率普遍偏大，巖層破碎程度較重，孔深54.15 m以下計(jì)數(shù)率較小，巖層密實(shí)度好，滲流流速小，最大滲透流速在孔深56.15 m（11 m高程）處，僅為0.1 m/d，溫度隨孔深呈上升趨勢(shì)，表明滲漏水流的補(bǔ)給時(shí)間長(zhǎng)，具有溶蝕條件，但不存在很強(qiáng)的滲漏通道。

（8）8#孔地下水溫度變化較小，孔中存在明顯的垂向流，除表層4 m外，該孔的密度計(jì)數(shù)率小，巖層較密實(shí)，表明滲漏水流補(bǔ)給時(shí)間長(zhǎng)，存在溶蝕的可能性[6]，但不存在很強(qiáng)的集中滲漏通道。

（9）9#孔加深前的滲透流速較小，最大流速僅為0.08 m/d，測(cè)得溫度相對(duì)較低，10#孔滲透流速也較小，最大流速為0.1 m/d，孔深12.7 m（71 m高程）處密度計(jì)數(shù)率較大，可能有裂隙或溶洞發(fā)育[7]，鉆孔中在此處存在漏水，地下水位以下密度計(jì)數(shù)率較小，地層較密實(shí)，驗(yàn)證了較小的滲透流速。

從溫度電導(dǎo)情況看，10#孔的溫度最低，但是10#孔的測(cè)量孔深只有85 m，而9#孔的測(cè)量孔深達(dá)到143 m。9#孔地下水溫度隨孔深的變化有下降趨勢(shì)，說(shuō)明在9#孔附近存在一個(gè)吸熱熱源作用，抵消了地溫梯度的影響。位于孔深69.52 m（10.5 m高程）處，溫度隨著孔深呈下降趨勢(shì)，最低溫度只有13.2℃，孔底部溫度只有14.4℃，最大水平滲透流速0.6 m/d，向上的垂向流速達(dá)到1 m/min，致使該孔的地下水溫度變化小，揭露了底部的承壓水層。

取10#孔兩個(gè)水樣，其中T含量分別為:12.16TU和17.23TU，年齡相對(duì)9#孔中的水樣較老[8]，因此滲漏通道更靠近9#孔，這一點(diǎn)也得到連通實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

考慮唐山陡河水庫(kù)集中滲漏通道分布的隨機(jī)性與復(fù)雜性，建議1#～10#孔灌漿的頂部高程為34 m，9#孔的灌漿的底部高程為-90 m，10#孔灌漿的底部高程為-85 m，施工中根據(jù)揭露的鉆孔情況和地層測(cè)試結(jié)果，隨時(shí)調(diào)整灌漿深度和范圍，以更好地提高灌漿效率，節(jié)約灌漿費(fèi)用，為水庫(kù)的安全施工及運(yùn)行提供依據(jù)。