湘西岩溶地区水利工程坝址选择刍议

2010-03-15周如学

湖南水利水电 2010年3期

周如学

（湘西自治州水利水电勘测设计研究院吉首市 416000）

湘西是湖南省碳酸盐岩分布较广地区之一，也是水资源储藏丰富的地方。为充分利用水利资源，兴建了大量的水利工程。据初步统计，在岩溶地区兴建的水利工程达114座，其中有75座因为选址不当成为病险水库，不能正常蓄水，有的甚至成为干库。比如龙山县的光明水库、双潭溪水库；永顺县的杉木河、虹桥水库、保靖县的塘口湾水库、花垣县的排达莲水库、龙颈坳水库；凤凰县的长潭岗水库、流堰水库；吉首市的黄石洞水库、夯巴叫水库；古丈县的泽比条、泽新水库；桑植县的银滩二级水库、辽竹湾水库；张家界的芦毛溶水库、张家溪水库等等。这些病险库不仅不能发挥其效益，而且给当地的防洪带来严重威胁。究其原因，均因在岩溶地区兴建水库时坝址选择不当所造成的。本文通过对湘西地区地质环境条件和岩溶发育特征的综合分析，结合几个工程选址实践，提出岩溶地区小型水利工程选址的基本原则，权当抛砖引玉。

1 湘西地区地质环境及岩溶发育特征

1.1 地形地貌

湖南湘西地处云贵高原北东侧与鄂西山地南西端之结合部，属中国由西向东逐步降低第二阶梯之东缘。西部与云贵高原相连，北部与鄂西山地交颈，东南以雪峰山为屏障，武陵山脉由北东向南西斜贯全境。地势北西高，南东低；由西北向东南倾斜。西北边境龙山县的大灵山海拨1736.5m，为境内最高点；泸溪县上堡乡大龙溪出口河床海拔197.1m，为境内最低点，平均海拨（200～800）m。

地貌形态的总体轮廓是一个以山原山地为主，兼有丘陵和小平原，并向北西突出的弧形山区地貌。

1.2 地层岩性

根据《湖南省区域地层表》的划分，本区属于扬子区黄陵八面山分区的八面山小区，其地层出露及岩组特征如附表所示。

1.3 地质构造

本区大地构造上位于新华夏系构造第三隆起带的南西段—武陵山隆起带南段，东为沅麻盆地沉降带西缘，区内构造形迹较为复杂，主要分布以下3个构造形迹（图1）。

（1）北北东向构造：由一系列褶皱和断裂组成，褶皱轴线呈“S”型展布，断裂以压扭性为主，张扭性次之。

（2）北东向构造：以断裂主、褶皱为辅，构造线走向N40°～60°E，以断裂张扭性为主。

（3）北东东向构造：主要分布于湘西地区外围，以断裂构造为主，张扭性，区内不太发育，规模小。

1.4 岩溶发育特征及规律

根据有关资料的统计分析，本区岩溶发育特征与规律，受岩性、岩组结构、地质构造、水化学性质、新构造运动及地形地貌等因素控制。

附表八面山小区地层特征表

（1）区内质纯、层厚的灰岩岩溶发育，其次为白云质灰岩、白云岩等。就地层时代看，奥陶系、二迭系、三迭系及石炭系等可溶岩岩组岩溶比较发育。

（2）区内褶皱、断裂构造发育，致使岩溶洼地、槽谷等与构造线一致呈条带状展布，而在岩层产状平缓地区，则发育宽阔型岩溶，沿断裂带常常形成岩溶管道。

图1 湖南湘西地区构造纲要图

（3）层状岩溶地貌显著，溶洞，岩溶泉等与各级夷平面有较好的对应关系。

（4）新构造运动强烈上升地带岩溶发育比较强烈。

（5）深切岩溶峡谷区也是本区岩溶发育的主要特征之一，其两岸分布有溶洞、岩溶泉及暗河出口，为两岸岩溶地下水的排泄区。

2 岩溶水利工程坝址选址条件

根据笔者在湘西岩溶地区从事水利工程勘察之经验，坝址选择应从宏观上考虑以下因素。

2.1 地形、地貌条件

从水工建筑结构的角度考虑，岩溶地区的岩石虽然有些差异，但总的来说，基岩承载力和岩石的摩察系数比较高，适应于各种坝型。关键是坝址选在什么地段会更理想，更经济。一般来说受构造影响小的地方，河流走向比较直、比较流畅，两岸地形比较对称，河床宽窄比较一致，河流落差比较均匀，不会产生一陡一平的现象。

如桑植的金滩水电站麻池河坝址开始选择在河流坡降急变的地方，经勘探河床的基岩埋深达70m，不得不放弃该坝址，将坝址上移到上游1km处，现已建成35m高的拱坝，蓄水较好。再如龙山县的飞瀑潭水库坝址，开始将坝址选在河流成“Z”拐的地方，经勘探坝址刚好断层通的地方，不得不往上移。

2.2 岩溶发育条件

根据岩溶特征及发育规律，从区域地质图上大致了解选址区的构造发育情况及岩层产状情况，初步确立坝址的可行性。如龙山县的小河电站坝址的选择：河流走向135°（横切红岩溪背斜），其地层为红岩溪背斜的西翼寒武系中上统娄山关群白云岩，岩层产状：44°NW＜45°（岩层倾向上游），坝址上游有王家洞、向家洞，坝址下游有犀牛洞（红岩溪背斜轴部），岩溶管道的发育相当复杂。唯有坝址处岩溶发育相对弱一些，而且岩层倾向上游对防渗有利，最后选定此处为坝址，现已建成58m高的拱坝，蓄水很好。

2.3 地质结构条件

地壳经历的各次地质运动留下各种构造形迹，都或多或少对选址有一定的影响。所以在选址时要离区域断裂远一些，尽可能选在构造和岩溶发育相对比较簿弱的完整地段，同时考虑区或断层或褶皱的方向。

比如龙山县湾塘水电站坝址开始选择在漩潭湾的河流转弯处，虽然该处的河床狭窄，但是经过勘察，坝址正处在洗洛-百福司（50km长）区域大断裂的次级构造边缘，而且坝址右岸的漩潭湾是一个古滑坡体（图2）。为此不得不另选坝址，最后选择在下游大雁坪处（湾塘水电站区域地质图），离区域断裂较远、里河流走向比较直、岩体相对比较完整。现已建成45m高的重力坝，蓄水条件很好。

图2 湾塘水电站区域地质图（1∶5000）

2.4 岩层产状条件

岩溶地区的岩溶有沿层面发育的特点，所选坝址尽可能避开顺河河谷的地段，以及岩层倾向下游的地段，最好是选择在岩层以倾向上游的地段。龙山县的光明水库坝址选择在顺向河谷上，且岩层倾向水库左岸，建坝后造成坝基和左岸的临谷渗漏（图3）。

图3 光明水库邻谷渗漏Ⅰ－Ⅰ′地质剖面图

再如花垣县的莲花山水库，岩层倾向下游，建坝后，库水沿着层面向坝下游渗漏，而成为干库。

2.5 岩性条件

尽管都是在岩溶地区，但是不同时代的地层的岩性是有较大区别的。一般来说，新地层比老地层要好，新地层经历的构造运动少，岩体相对比较完整。而老地层经历的构造运动多，褶皱强烈、断裂发育，岩溶发育。二是坝址选择在泥灰岩上比选择在白云岩、结晶灰岩上要好，泥灰岩比较软弱，受构造运动影响相对弱一些，岩溶发育的程度要弱一些。而白云岩、结晶灰岩属于脆性岩体，褶皱节理发育、断裂强烈、岩石破碎，岩溶发育。

如酉水石堤打落寨水电站的坝址是利用寒武系下统大湾组的泥灰岩夹页岩作为隔水层。