楊家河上游區(qū)域地下水流向與成庫分析

王國慶 王 建

（貴州新中水工程有限公司 貴州貴陽 550000）

1 地質(zhì)概況

測區(qū)位于烏江水系二級支流楊家河上游。河源分水嶺高程1269m，為烏江一級支流地表分水嶺，最低處為測區(qū)東北部烏江河床360.0m，最大高差906m，一般相對高差300～700.0m，河谷深切。楊家河自北向南匯入六池河，壩址以上集水面積為37km2，主河道長12.5km，主河道平均比降為13.1‰。

測區(qū)山脊走向與主構(gòu)造線走向線基本一致，為NNE向走向河谷，地貌類型為淺至深切中低山侵蝕、溶蝕山地地貌，水庫流域范圍兩岸沖溝近垂直于河道分布。

出露地層為寒武系中上統(tǒng)、奧陶系、志留系、二迭系地層，碳酸鹽巖與碎屑巖地層相間分布，碳酸鹽巖分布較廣。強(qiáng)巖溶層組有∈2-3ls3、O1t+h，中至厚層灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，落水洞、大型巖溶洼地、溶洞、巖溶暗河發(fā)育，含裂隙溶洞水，為強(qiáng)透水層。中等巖溶層組有∈2-3ls2、O2b+sh、S2sh，中至厚層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，溶洞、落水洞、小型洼地、小型管道發(fā)育，含巖溶裂隙水及管道水，為中等透水層。非巖溶層組有O1m、O3w+j、S1lnS2-3hn，泥頁巖、砂巖等，含裂隙水，為相對隔水層。

主構(gòu)造以近NNE向褶皺和斷層分布為主，次為NW-SE向斷層和剪性裂隙，距工程區(qū)較近的主要構(gòu)造有：東華溪背斜、張家山向斜、白果壩背斜、寬坪正斷層（F1）及NW向裂隙分布。區(qū)域地下水以裂隙溶洞水為主，地下水動力特征以垂直運(yùn)動和水平運(yùn)動交互進(jìn)行，巖溶形態(tài)有溶洞、暗河、管道、天窗等，主要巖溶暗河（管道）系統(tǒng)有大龍阡暗河系統(tǒng)、合朋暗河系統(tǒng)、清水塘暗河系統(tǒng)。楊家河上游集雨區(qū)內(nèi)，強(qiáng)巖溶地層∈2-3ls3，O1t+h分布于楊家河河谷，從謝家坡至船山溝一帶河谷無泉水分布為干谷，兩岸及河床有巖溶洼地、落水洞、豎直溶溶發(fā)育分布，兩岸支流中上游有較大水流，進(jìn)入∈2-3ls3，O1t+h地層后潛入地下，根據(jù)謝家坡和船山溝河床內(nèi)水文地質(zhì)鉆孔，兩處河床內(nèi)地下水位低于河床20～40m。在三界洞支流以南至東華一帶左、右岸經(jīng)水文地質(zhì)鉆孔揭露，兩岸有較高穩(wěn)定的地下水分布，河床有泉水分布，流量穩(wěn)定。右岸三界洞支流、東華河段左岸明溪溝支流有泉水分布，兩支流以明流進(jìn)入楊家河，支流泉水流量0.5-3.0L/s，流量穩(wěn)定。右岸遠(yuǎn)岸有合朋巖溶管道系統(tǒng)，匯入右岸鄰谷合朋河。分水嶺北部流域外有大龍阡巖溶暗河系統(tǒng)，流域集雨面積38km2，流域范圍內(nèi)巖溶洼地、落水洞、管道、暗河發(fā)育，出口位于測區(qū)北部大龍阡，測區(qū)水系及水文地質(zhì)見圖1。

2 地下水流向分析

2.1 流域測流及補(bǔ)排關(guān)系分析

為探明楊家河在船山溝至謝家坡河段兩岸支流進(jìn)入桐梓、紅花園組（O1t+h）地層下潛后是否進(jìn)入本流域，在枯水期對楊家河上游主河道左、右岸支流進(jìn)行了測流，測流點(diǎn)位置及流量見表1。

圖1 測區(qū)水系及水文地質(zhì)

表1 水庫集雨區(qū)河道枯期測流統(tǒng)計

根據(jù)河道補(bǔ)給關(guān)系，如果上游徑流進(jìn)入沖洪積層形成潛流向下游排泄，測點(diǎn)5≥測點(diǎn)1+測點(diǎn)2+測點(diǎn)3+測點(diǎn)4。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，測點(diǎn)1+測點(diǎn)2+測點(diǎn)3+測點(diǎn)4=86L/s，遠(yuǎn)大于測點(diǎn)5測得的30L/s，故推斷上游船山溝以上主河道、魚家溝、雙龍洞支溝徑流在進(jìn)入谷底桐梓、紅花園組（O1t+h）地層后，向地層深處滲漏未向下游河道補(bǔ)給。另外，測點(diǎn)5+測點(diǎn)6=38L/s，與測點(diǎn)7水量35L/s相當(dāng)，因此推斷三界洞支流匯口以下河段滲漏可能性不大。

水庫所在楊家河壩址以上集雨面積為37km2，根據(jù)印江幅20萬水文地質(zhì)圖∈2-3ls3，O1t+h白云巖、灰?guī)r地層最枯模數(shù)取3.0L/s·km2計算，在楊家河?xùn)|華河段明溪溝匯口以下水量為111.0L/s，遠(yuǎn)大于同時期壩址測量35L/s，而楊家河?xùn)|華河段下游未見有巖溶大泉分布，在船山溝、謝家坡一帶的潛水未進(jìn)入楊家河?xùn)|流域。

大龍阡巖溶暗河系統(tǒng)發(fā)育于楊家河流域以外，與楊家河上游地表分水嶺以北一線巖溶洼地發(fā)育。距船山溝直線距離約11km，平均水力坡降約為16‰。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，在德江縣南部的大龍阡一帶發(fā)育有特大出水溶洞，其出露高程約為590.12m，遠(yuǎn)低于船山溝ZK14所揭露地下水位高程718.14m，出水總量可達(dá)2000L/s，而其集雨面積僅38km2，地層巖性與楊家河船山溝至東華河段相似，根據(jù)印江幅20萬水文地質(zhì)圖∈2-3ls3，O1t+h白云巖、灰?guī)r地層最枯模數(shù)取3L/s·km2計算，大龍阡暗河出口產(chǎn)水114.0L/s，而枯期產(chǎn)水量至少有2000L/s。從水量平衡分析，大龍阡巖溶大泉有襲奪外流域地下水的可能。

2.2 新構(gòu)造運(yùn)動對地下水流向的影響

測區(qū)位于烏江左岸一級支流區(qū)域分水嶺南部，烏江深切，地形起伏大，河流切割強(qiáng)烈。進(jìn)入烏江期后，地殼抬升，烏江及支流的下切，河流溯源侵蝕較為強(qiáng)烈，為適應(yīng)新的排泄基準(zhǔn)面，在碎屑巖地區(qū)形成脊?fàn)钌郊吧钋泻庸龋谔妓猁}巖地區(qū)明流潛入地下形成地下巖溶管道系統(tǒng)或暗河系統(tǒng)，在相對較低的排泄基準(zhǔn)面排出地表，最后匯入烏江。通過調(diào)查，楊家河與大龍阡巖溶暗河系統(tǒng)分水嶺附近地下巖溶發(fā)育方向以豎向?yàn)橹鳎菁径酁闊o水溶洞及管道，溶洞伴隨一定的空氣對流，水平溶洞發(fā)育方向多為NNE向、NE向，沿巖層走向和節(jié)理切割帶發(fā)育，地下水向深部滲流運(yùn)移的條件是存在的。

2.3 地層巖性制約作用

東華溪背斜核部自謝家坡穿過河道至右岸向北西方向延伸。受O1m、S1ln、S2-3hn砂泥巖及頁巖限制，∈2-3ls3、O1t+h強(qiáng)巖溶向左、右岸遠(yuǎn)岸鄰谷發(fā)育受限，流域內(nèi)地下水向鄰谷排泄的可能性小。右岸合朋巖溶管道地下水出露高程高于船山溝補(bǔ)給區(qū)，船山溝一帶入滲地下水不可能向合朋巖溶管道系統(tǒng)補(bǔ)給。另右岸遠(yuǎn)岸為湄潭組（O1m）泥頁巖地層，地下水向右岸遠(yuǎn)岸排泄受限。綜上判斷，∈2-3ls3、O1t+h強(qiáng)巖溶地下水向兩岸排泄受限，僅能向南、北兩個方向排泄，而楊家河南部未見巖溶大泉出露，因此船山溝一帶入滲地下水向北部大龍阡暗河系統(tǒng)補(bǔ)給的可能性大。

2.4 構(gòu)造對地下水流向的控制作用

在東華溪背斜核部，巖層產(chǎn)狀近直立，縱張裂隙、層間剝離空間發(fā)育，可溶性巖層巖體破碎，為地下水提供了空間及通道，逐漸以背斜核部為軸線形成水位較低的地下巖溶通道，控制區(qū)內(nèi)的地下水流向。區(qū)內(nèi)主要斷層為寬坪正斷層（F1）上盤巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，洼地、落水洞密集分布。故推測該斷層為上盤導(dǎo)水?dāng)鄬樱瑪鄬由媳P巖溶地下水沿斷層破碎帶運(yùn)移。在內(nèi)寬坪正斷層（F1）中部，受其次級斷層F2及北西向斷層F3影響，沿影響區(qū)位置存在地下分水嶺，北部沿寬坪正斷層向北東方向運(yùn)移進(jìn)入大龍阡巖溶暗河系統(tǒng)，南部則向南西向運(yùn)移進(jìn)入合朋巖溶管道系統(tǒng)或經(jīng)巖溶泉補(bǔ)給合朋河。在區(qū)內(nèi)北西-北西西向長大裂隙密集發(fā)育，在地表往往形成次級沖溝。北西-北西西向長大裂隙與東華溪背斜共同構(gòu)成空間地下水富集及運(yùn)移的地下水網(wǎng)，控制內(nèi)的地下水流向。

2.5 地下水流向判斷

楊家河上游左右岸支流進(jìn)入主河道潛入地下，不進(jìn)入本流域，向流域北部大龍阡排泄，理由如下：測區(qū)地形侵蝕、切割強(qiáng)烈，烏江為地下水排泄最低基準(zhǔn)面，而北面大龍阡相對排泄基準(zhǔn)面高于烏江，但遠(yuǎn)低于南部楊家河上游河段，楊家河上游東華以上至船山溝河段平均水力坡降為10.1‰，船山溝至大龍阡平均水力坡降為16.1‰，從區(qū)域分水嶺以北至大龍阡地勢降幅大，北部溯源侵蝕更為強(qiáng)烈。在區(qū)域地形分水嶺南北向均為可溶性碳酸鹽巖，巖層走向及主要構(gòu)造走向近南北向，河谷谷底地層陡傾、巖體破碎，巖溶洼地、落水洞、暗河發(fā)育，水力侵蝕、溶蝕的強(qiáng)度大，為地下水儲貯、運(yùn)移創(chuàng)造了條件。

東、西兩個方向地下水及巖溶發(fā)育受相對隔水地層限制，楊家河在謝家坡至船山溝一帶集水潛入地下徑流未進(jìn)入南部，只能為向北通過裂隙、斷層、背斜核部形成的地下巖溶管網(wǎng)匯流進(jìn)入大龍阡巖溶暗河系統(tǒng)向北集中排泄。后經(jīng)連通試驗(yàn)證實(shí)這一分析。楊家河在三界洞支流匯口以下河段，河床有泉水補(bǔ)給灑河水，兩岸地下水較高。因此判斷三界洞支流匯口以下為補(bǔ)給型河谷，區(qū)域地下分水嶺向南移至三界洞附近。

3 成庫分析

研究區(qū)內(nèi)的區(qū)域地下分水嶺向南跨過地表分水嶺推進(jìn)至東華溪背斜開始發(fā)生轉(zhuǎn)折一線（謝家坡至三界洞之間），存在流域內(nèi)有水量向外流域補(bǔ)給交換，地下分水嶺以北流域?yàn)榉情]合流域，地表水進(jìn)入地下向外流域補(bǔ)給，面積為22.6km2，該段河流不具備成庫條件。地下分水嶺以南至東華兩岸地下水位較高，谷底有穩(wěn)定泉水補(bǔ)給河水，為閉合流域，面積為14.5km2。具備蓄水成庫條件，庫盆選擇需在三界洞支流匯口以下進(jìn)行選擇，水庫規(guī)模有所減少。