貴州省西懸水庫復雜巖溶成庫條件研究

◎牛志強 王軍義 中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院巖土工程有限公司

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司

我國西南地區是典型的喀斯特地貌發育區，很多水利水電工程，特別是較大的樞紐工程，都會遇到各種復雜的巖溶滲漏問題。查明擬建工程區巖溶發育情況及巖溶滲漏通道，提供可行的處理方案是決定水庫能否成庫的關鍵前提條件。吳凱通過壓（注）水試驗對三壩水庫的滲漏問題進行了分析評價。費英烈對巖溶地區水庫滲漏的地質規律進行了歸納總結。邵明星就各種地質條件分析了慶安水庫滲漏的可能性。

本文以西懸水庫為實列，通過詳細的現場調查、鉆探以及連通試驗研究，分析庫區的工程地質條件以及水庫滲漏問題，綜合性的分析評價西懸水庫的成庫條件。

圖1 庫區地形地貌（上游下視）

1.工程概況

擬建西懸水庫地處黔西北腹地織金縣西南部雞場鄉境內，水庫的開發目的是為了解決周邊村寨的人畜用水和灌溉需求。工程等別為IV等，工程規模為小（1）型，推薦壩型為常態混凝土重力壩，壩頂高程1641m，壩高59m。水庫正常蓄水位1638m，相應庫容為311.3萬m3。

2.庫區地質概況

2.1 地形地貌

庫區地表表現為巖溶山地景觀，為溶蝕、侵蝕淺中切中山地貌。庫區巖層走向與河谷延伸方向呈30～40°相交，整體為“V”型谷，且谷底河床多較狹窄，漫灘及階地不發育。庫岸周圍山頂高程多為1695～1800 m，河床高程1595～1640m，。庫盆河床及兩岸多為第四系覆蓋，基巖出露較少，植被一般發育。1650m高程以上岸坡陡直，為近直立的絕壁。

2.2 地層巖性

庫區出露地層主要為三疊系系夜郎組玉龍山段（T1y2）的淺灰、灰色薄至中厚層微晶質灰巖；三疊系夜郎組九級灘段（T1y3）的紫紅色泥巖；三疊系永寧鎮組第一段（T1yn1）的土灰色薄至中厚層泥灰巖和灰至灰白色中厚層灰巖及鮞狀灰巖；以及第四系覆蓋層。巖層產狀N15～20°E/NW∠9～12°。

2.3 地質構造

根據相關地質資料及現場調查發現，水庫內未見區域性斷裂構造與庫外相通，總體地質構造簡單。庫區及庫區周圍存在4條斷層，分別為f1、f2小規模斷層及F1、F2區域性斷層，見圖2所示。

圖2 水庫及周圍地質構造圖

2.4 巖溶、水文地質條件

（1）巖溶發育特征。庫區內主要發育溶洞、泉點和溶蝕沖溝，溶洞主要分布在庫首和庫尾河道及河道附近，形狀以近似圓形居多。溶洞R1和R2洞壁濕潤，洞內可見水流流經，而溶洞R3和R4洞內多有鈣化，洞壁干燥無水，尖滅位置未見水流。泉水出露點在左岸及庫首河道附近共有8個泉點分布（S1～S8）。庫區兩岸發育兩條主沖溝和多條次級沖溝，次級沖溝部分最終匯集于主沖溝。庫區巖溶發育位置見圖3。

圖3 庫區巖溶發育位置圖

（2）地下水類型及其補給、徑流、排泄條件。根據地下水賦存條件及含水層性質的不同，庫區地下水可分為孔隙水、裂隙水及巖溶水。庫區地下水的補給主要靠大氣降雨，地下水的排泄方式主要為泉水及巖溶管道，且在地下水富集運移過程中，徑流方向由地勢較高處往低處運動，潛水面與地形起伏、風化深度相適應。

3.庫區主要地質問題分析評價

3.1 水庫滲漏分析

（1）水庫巖溶管道連通試驗。為了分析庫區內發育的溶洞和泉水出露點是否會對水庫正常蓄水造成影響，開展現場巖溶管道連通試驗。于溶洞R1、R2處60分鐘內投放1噸食鹽，投放結束1.5小時后，于投放點下游右岸泉水出露點（S1、S2）處監測泉水電導率變化，試驗結果見圖4。

圖4 連通試驗電導率變化趨勢圖

同時，對伏流進出口水流量進行監測。監測結果顯示入口處水流總量約為217.375l/s，庫首區附近出口處水流總量約為238.009l/s。以上試驗的結果表明，溶洞R1、R2與泉水出露點S1、S2之間形成了地下水流通道。

（2）鉆孔壓水試驗分析。為了了解壩址區及左岸分水嶺巖體透水性能，在庫區及周邊布置了6個鉆孔（圖5），選取其中的ZK 1、ZK 2、ZK3、ZK5、ZK6等5個鉆孔來進行壓水試驗，壓水試驗結果見圖6。

圖5 庫區鉆孔位置分布圖

圖6 壓水試驗結果圖

壓水試驗結果表明，壩址區河段巖體透水率較小，在1～4 Lu之間，據《中小型水利水電工程地質勘察規范》（SL 55-2005）附錄D，壩址河段巖體強風化帶多為強透水巖體，弱風化上帶為弱透水中帶至下帶巖體，弱風化下帶以下為若透水下帶至微透水巖體。

（3）鄰谷滲漏分析。經現場調查，在距離庫區約4.0km有一在建的小壩田水庫，通過連通實驗，連續取其取水溝渠集中泉水出水口處水樣14天，其電導率均介于299～302μs/cm之間，并無明顯異常。此外，小壩田水庫與西懸水庫之間發育的麻地窩背斜，其核部出露三疊系下統夜郎組沙堡灣段（T1y1）頁巖，厚度大于100m，具有良好的隔水效果，且兩者之間無區域斷裂連通。根據以上分析可推斷沿小壩田方向滲徑未貫通，左岸不存在滲漏通道。

庫區右岸地勢陡峻，山體厚大，山頂普遍高程多在1700m以上，無低矮鄰谷分布，下部有厚度達70m左右的夜郎組九級灘段（T1y3）紫紅色泥巖作為隔水防滲依托，且庫區右岸內無斷裂構造通過，因此水庫蓄水后不存在向右岸滲漏的可能。綜上所述，西懸水庫不存在向鄰谷滲漏的問題。

（4）庫首滲漏分析。位于庫首左岸張家寨附近沖溝內發育一溶洞R05,溶洞常年有水。據現場調查，溶洞附近出露夜郎組玉龍山段（T1y2）灰巖地層，表現為溝谷右側斜坡地帶出現一片約6.8萬m2的灰巖“天窗”區(圖3)，“天窗”外圍出露地層為夜郎組九級灘段（T1y3）紫紅色泥巖。通過連通試驗，于溶洞R05投放食鹽，連續取10天的水樣，測試其電導率均處于309～312μs/cm之間，無明顯異常，推測溶洞R05與庫區未形成貫通的導水通道。為進一步分析庫首與天窗區域是否滲漏存在的可能，在左岸地表分水嶺埡口布置勘探鉆孔ZK6作為水位長觀鉆孔，通過一個水文年的水位觀測，其地下水位均介于1603.44～1603.50m之間，測量值變幅小，屬正常范圍，但低于水庫正常蓄水位約35m。根據ZK06鉆孔壓水試驗及巖芯RQD值計算結果，玉龍山段（T1y2）灰巖（71.9～100.1 m）透水率小于2.0Lu，RQD值多為60%～85%，巖體完整性較好，透水率較小。但是水庫蓄水后，庫水位抬升，靜水壓力增大，庫區與左岸低矮埡口至“天窗”一線的滲漏可能性不能排除，因此建議采用防滲帷幕對此可能滲漏帶進行攔截封堵。

3.2 庫岸穩定性分析

庫區河谷兩岸表層主要以第四系殘坡積物為主，基巖多出露于兩岸陡坡及近河床河水漲落水位變動的沖刷地帶，地層巖性以薄至中厚層灰巖為主。除庫首段右岸發育局部危巖體，方量較小，庫區其他地方未發現不良地質體。雖然庫區左岸發育小規模斷層f1，但對庫岸穩定無明顯影響。由于庫區發育兩組節理裂隙，近乎正交，受裂隙切割的影響，局部基巖裸露段可能會出現掉塊或垮塌現象，但規模較小。通過以上分析，水庫蓄水后庫岸整體穩定性較好。

4.結論

西懸水庫庫區周圍發育褶皺、小規模斷層等，無區域性斷裂通過，水庫蓄水后不存在沿斷裂構造滲漏、向鄰谷滲漏的可能，但庫首左岸存在一定成程度的滲漏問題，建議一定范圍內采取帷幕防滲處理措施，經帷幕防滲措施處理后，西懸水庫具備成庫條件。