基于喀斯特发育特点的中梁水库防漏标准探讨

李新明，屈昌华

（1.重庆水利投资集团公司中梁水电站工程项目部,404000，巫溪；2.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，550081，贵阳）

基于喀斯特发育特点的中梁水库防漏标准探讨

李新明1，屈昌华2

（1.重庆水利投资集团公司中梁水电站工程项目部,404000，巫溪；2.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，550081，贵阳）

喀斯特发育特点；中梁水库；防漏标准；探讨

中梁水电站枢纽位于重庆市巫溪县，由一、二、三级电站组成。一级电站为大宁河干流梯级开发龙头电站，大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高118.5m，控制流域面积525 km2，多年平均流量17.1m3/s，坝址以上河道平均水力坡降27.84‰，水库正常蓄水位高程为625m，总库容0.9943亿m3，3个梯级电站总装机容量122MW。

水库为纵向深切河谷，两岸岸坡陡立，碳酸盐岩分布广泛，喀斯特发育。水库龙头嘴以上龙潭河（右支）河水断续失水，枯水季节甚至干涸；右岸星溪沟（冲沟）横切河谷，破坏了库岸隔水层（中梁隔水层），且发育有3条平行于河床的喀斯特管道，存在明显的喀斯特渗漏问题。据前期勘测证实，正常蓄水位条件下不存在左岸及邻谷渗漏。

为防止库水从625m高程以下一号喀斯特管道（二号、三号管道在正常蓄水位以上）向下游河段漏水，在星溪沟下游设置一道防渗帷幕，以避免库水渗漏过大而影响发电效益。由于水库防渗不涉及大坝等工程的安全问题，其实质是防漏而不是防渗，因此，以研究基本地质条件、喀斯特发育特点为基础来探讨水库防漏标准具有重要的工程意义。

一、基本地质条件

1.水库地质条件

（1）地层岩性

库区出露地层为震旦系至三叠系（缺失奥陶系、泥盆系、石炭系）一套碳酸盐岩与碎屑岩，其中碳酸盐岩分布面积约占85%；第四系地层仅沿河谷及两岸缓坡地带分布。构造作用使各地层由北至南呈东西向条带分布，区内与喀斯特渗漏密切相关的有三叠系、二叠系及志留系地层（渗漏与隔水地层）。

（2）地质构造

库区处于南大巴山弧形构造带内，受南北向挤压应力作用，轴向近东西向的紧密线型褶皱发育如中梁向斜、天元背斜等；岩层产状一般为285°～290°/SW＜50°～85°； 由于地层在褶皱过程中的挤压作用伴生了逆冲的断裂（层），主要是高观寺—钟宝断裂、亮溪逆断层、天星断层、白马穴断层、星溪沟逆断层等。

（3）喀斯特水文地质条件

地层岩性是喀斯特发育的基础，是影响喀斯特发育的最基本因素，库区喀斯特地层与非喀斯特地层相间分布，造成了区内喀斯特发育的多层性。根据喀斯特发育程度，将库区地层分为强、较强、较强—中等、中等、中等—弱、弱、极弱与非喀斯特发育等8个喀斯特含水层组。

库区为喀斯特峡谷型纵向谷，库盆主要由三叠系地层组成。库区喀斯特发育，整体受岩性与构造控制，顺层或沿褶皱核部形成喀斯特渗漏通道。区内地下水排泄系统有白马穴和汤家坝河两个较大的泉群。左岸汤家坝河有较多的泉点向库内排泄，不存在库水外渗。右岸由于二叠系灰岩出露在库水位以下存在渗漏问题，其中沿天元背斜南北二翼发育3条喀斯特管道，估算3条渗漏通道的多年平均流量为2.43m3/s，并以南翼高于正常蓄水位的二、三号管道为主。防渗处理主要是针对正常蓄水位下的一号管道。

近坝右岸为三叠系大冶组地层，构造上位于中梁向斜的倒转翼。水文地质条件复杂，三叠系地层为裂隙介质与网络管道并存的含水系统，喀斯特发育较弱；二叠系为强喀斯特区，地下喀斯特管道发育。但近坝右岸星溪沟—坝址与黄连溪不存在水库渗漏问题。星溪沟由于库水淹没了部分二叠系地层，水库渗漏明显。一号渗漏通道在天元背斜北翼，渗漏形式为分散溶隙式，渗漏点呈带（段）分布，排泄区位于坝址下游两扇门—白马穴西溪河段，至星溪沟直线距离17.5 km。

由三叠系大冶组底部与二叠系顶部大隆组联合组成的中梁隔水层（带），厚度在 50 m以上，为右岸地下水系统的分区界线。平面延伸稳定，岩体透水性小，隔水性能可靠。

2.防渗线地质条件

（1）地层岩性

防渗线所处地层岩性为二叠系（P2q+2m+3w+3c）灰岩，其最大真厚度为 305 m。其中以P2m灰岩可溶性最大，其真厚度为90m。

（2）地质构造

岩层以 50°～85°角倾向山内，走向近垂直帷幕线。因强烈构造变动，层面多为错动裂隙，在高程626m灌浆平洞多溶蚀充填红色黏土，或形成溶缝、溶洞；星溪沟逆断层从地面高程785m以50°倾角从防渗线桩号0+357m （626m高程）、桩号0+301m（540m 高程）及桩号 0+210m（420m高程）通过，其断距约10m，626m高程平洞顺断层有溶蚀现象；裂隙发育并多为方解石所充填。

（3）地下水位

防渗线含水地层（P2q+2m+3w+3c灰岩）地下水水位低于河水位（575.2m），为一地下水水位凹槽区，其中最低水位高程为470m，比河水位低105m。

二、防渗线喀斯特发育特点

1.岩溶发育程度

根据大量灌浆及勘探钻孔揭露，防渗线喀斯特主要发育于二叠系吴家坪组（P3w）各茅口组（P2m）地层中，其发育高程集中在565～626m、495～540 m、450～465m 等 3 个高程段，其中540～626m高程主要发育在桩号0+200～0+230m （P3w地层）、0+260～0+330m（P2m地层），最大喀斯特发育区面积约 650m2（P3w）；540m 高程以下主要发育在桩号0+295～0+310m（P2m地层）、0+330～360m（P2m地层），较大的3个喀斯特发育区面积分别为约160m2（桩号 0+311m）、70m2（桩号 0+311m） 及 50m2（桩号 0+351m）；此外，P3c+3d界面在高程 535～505m、460～445m高程有多处面积为2～45m2的喀斯特发育区，其中桩号0+330～0+360m与P3c+3d界面的喀斯特发育区均在地下水水位线以下。

2.防渗线喀斯特形态与规模

①以裂隙型为主，规模较大者多在地下水水位线以上，多充填黏土。626m高程灌浆平洞有的有外源砂卵砾石，表明曾被龙潭河水灌入，分析为Ⅱ级阶地时期发育的水平溶洞。随着白马穴泉排泄基准面的下降而发育了地下水水位线以下的管道。按照喀斯特洞穴形成的水动力分带，地下水水位线以上的可能有与Ⅱ级阶地相应的水平管道，其分布高程在帷幕区为600m，白马穴泉排泄区为500m。地下水水位线以下的在帷幕区为460～450m白马穴泉排泄区为400m。受现代排泄基准面的影响，地下水水位线以上的被遗弃，或进入衰亡期，故为黏土所充填，有的接受降水转为垂直渗流带洞穴。

②一号管道系统规模分析：龙潭河从坝址以上经一、二、三号管道排泄的多年平均流量为2.43 m3/s，其中一号管道因降水入渗面积有限且岸坡地形陡峻，在分析时可忽略降水入降量，分析估算时仅以龙潭河下渗为主并按所吸收的河段长度进行分配。帷幕线以上龙潭河被吸收的河道长约23 km，其中被一号管道吸收排泄约5 km，占21.7%，流量Q为0.53 m3/s。据连通试验地下水流速（V=0.05m/s）利用公式（Q=WV）估算防渗线上的过水断面W为10.6m2。

据灌浆资料分析，串浆裂隙一般长10m，若裂隙宽0.01m，则有100条裂隙即可满足排泄0.53m3/s的流量，由此说明地下水水位线以下的喀斯特管道规模较小。

③540m高程灌浆平洞于2008年两次在桩号0+296m的溶蚀带发生0.03m3/s的涌水，桩号0+283m的D 083孔在高程495m遇承压水，水头达高程 595m（0.5MPa），由此反映地下水水位线以下无畅通的排水洞穴存在。

④在帷幕尚未完全封闭好的情况下，626m高程灌浆平洞支洞内的地下水水位观测孔水位，上游孔比下游孔的水位可高 53～70m（P2m）和 50～79m（P2q），也反映地下水水位线以下无畅通的排水洞穴存在。

3.防渗线喀斯特发育下限分析

①防渗线处于地下水的径流区，一号管道系统的水力比降非常缓，且距离排泄区有17 km，喀斯特发育不可能是虹吸循环带的；即便是排泄区的白马穴泉再深循环至高程350m，其与防渗线地下水水位470m的水力比降也非常缓，也不可能使地下水流线不与地下水水位线平行，因此，受此动力网的控制，所发育的溶洞高程有限。

②据水动力条件，地下水水位线附近是地下水最富集的部位，加之降水的入渗，一般在地下水水位线以下30m范围内喀斯特最发育。因此，当地下水水位为470m时，一般情况下喀斯特发育下限高程为440～420m。

三、水库防漏标准

中梁水电站水库防渗处理的目的是防止渗漏不致影响发电效益，即防漏。基于以上地质条件与喀斯特发育特点分析认为，中梁水电站水库以天元背斜南翼高于水库正常的二、三号喀斯特通道为排泄区（白马穴泉区为主）的主要渗漏通道，因此，不应以白马穴泉流量的显著减少作为防渗处理标准， 应以 《水力发电工程地质勘察规范》（GB 50287—2006）附录B喀斯特渗漏评价中的B.0.5的规定并结合防渗帷幕透水率设计值及其他计算方法综合评价为宜。

（1）按水力发电工程地质勘察规范计算允许渗漏量

水力发电工程地质勘察规范附录B喀斯特渗漏评价中B.0.5第二条规定：渗漏评价应区分渗漏与工程部位的关系。对工程安全有影响的要做好渗控性质的处理；漏水量过大，影响水库发挥正常效益的做防漏性质的处理。其允许漏水量一般以河流多年平均流量的允许百分比作依据：多年调节水库，其允许百分比宜小于5%；非多年调节水库，其允许百分比宜小于3%，或小于枯季平均流量的3%。

中梁水电站水库为年调节水库，其允许渗漏量小于或等于0.51 m3/s。

（2）按渗漏系数法计算渗漏量

如果考虑漏水对水库调节性能的影响，可用渗漏系数法计算允许渗漏量，其计算公式如下：

式中，Pw为渗漏系数，Ws为多年平均渗漏量，W为河流多年平均年径流量（本库为5.39亿m3），β为水库库容系数 （本库为 0.127），Vb为水库调节库容（本库为 0.6821 亿 m3）。

Pw取小于或等于3%，代入式（1）计算出的渗漏量Ws小于或等于0.448m3/s，比按水力发电工程地质勘察规范计算的允许渗漏量小。

通过上述分析与计算，中梁水电站水库允许渗漏量以小于或等于0.51m3/s为宜。

（3）防渗帷幕透水性要求

中梁水电站水库防渗帷幕透水率设计标准：q≤3Lu

（4）水库防漏综合标准

在防渗帷幕透水率满足设计要求（q≤3Lu）的条件下，其允许渗漏量小于或等于0.51m3/s。

四、结 语

通过对中梁水电站水库地质条件、喀斯特发育特点的分析研究，提出了水库防渗综合检验标准，具有较为重要的工程意义。由于喀斯特发育的复杂性，所提出的防漏标准是否合理，还有待于水库蓄水前后的渗漏观测来加以证实。

[1]邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京：水利电力出版社,1994.

[2]中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院.重庆中梁水电站水库防渗工程设计咨询与现场技术服务中间工作报告[R].2009.

[3]中国水电顾问集团中南勘测设计研究院.大宁河中梁水电站初步设计报告[R].2005.

[4]谢树庸.喀斯特渗漏类型和判别标准[J].贵州水力发电，2003（17).

[5]屈昌华.中小型水库坝基岩溶管道渗漏勘察与处理实例[J].探矿工程

(岩土钻掘工程)，2007（34).

TV62

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1000-1123（2011）02-0047-02

2011-01-05

李新明（1966—），男，副总经理。

责任编辑 张金慧