坝址区垂直温度场及其水文地质意义——以湖北溇水江坪河水电站为例

易连兴，李孟德，李学政

（1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西 桂林 541004；2.中南水电勘测设计研究院，长沙 410014）

坝址区垂直温度场及其水文地质意义
——以湖北溇水江坪河水电站为例

易连兴1，李孟德2，李学政2

（1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西 桂林 541004；2.中南水电勘测设计研究院，长沙 410014）

江坪河水电站坝址区钻孔内分层水温随埋深增大而上升，钻孔孔底水温17.16℃～19.83℃为所处河湾地块岩溶地下水代表性水温，钻孔顶面水温15.88℃～16.30℃与河水水温15.81℃相近，反映了坝址区河水位比下伏岩溶水位高，部分河水下渗补给下伏岩溶水。通过比较得出，左岸ZK17与右岸ZK19一线，河水对岩溶地下水下渗补给比下游ZK79、ZK36地段强烈。分层测温这种简单易行的研究分析方法对具有复杂水动力场的同类型岩溶峰丛峡谷建坝有一定参考意义。

岩溶峡谷；水电站；垂直温度场；水文地质

1 地质背景及问题

江坪河水电站位于湖北省鹤峰县溇水上游河段，设计坝高220m，正常蓄水位475m，库容14亿m3，装机容量500MW。坝区溇水水位290～294m，正常蓄水位比河水位高185m。

建坝地段，河流从北东朝南西急剧转向，使右岸形成锐角形河湾地块。河湾地块由寒武系下统（∈1l2）和中上统（∈2+3）、奥陶系中下统（O1+2）地层组成，岩性以中厚层白云岩和白云质灰岩为主；地形高程500～1200m，地貌属岩溶峰丛洼地，溇水为深切峡谷。河湾地块发育多级岩溶洼地［1］，高程550～800m，洼地内发育众多落水洞，大气降水除蒸发、植被持水外所形成的地表径流全部通过落水洞补给到岩溶地下水系统。接受补给后，地下水通过岩溶管道（洞穴）、裂隙的贮存和运移，最终朝南西魏家河、河湾下游、河湾上游库区3个方向的径流排泄，如图1所示。

在预可、可研勘探阶段，开展了河湾地块岩溶渗漏专题研究，取得了一些成果，提出了龙王庙上段（∈1l2）单斜构造地层存在高位地下水、同时存在发育深部岩溶和低水位的这种独特岩溶结构，该结论在高程480m的PD16平洞内ZK50孔得到验证，该孔内高水位大于480m，在低于河床约126m龙王庙上段（∈1l2）灰岩与下伏泥砂质板岩（∈1l1）接触带岩溶裂隙发育，水位低于292.85m。

图1 河间河湾地块水文地质简图

岩溶专题研究当时主要针对河湾地块，对勘探精度很高的坝址区研究少；2008年坝体基坑开挖发现岩溶地下水低于河水位等岩溶水文地质问题，对工程设计和施工产生影响。下面分析岩溶专题研究工作时取得的温度场数据，其隐含坝址区的岩溶水文地质特征[3-5]，对类似坝址区岩溶水文地质问题可起到参考作用。

2 温度场及水文地质意义

分析坝址区钻孔水温特点，涉及到河水水温、河湾地块区域地下水温。其中泉点测温日期为2003年10月15～18日；河水、钻孔测温时间为10月21日；仪器测温精度0.01℃。

2.1 地下水温度平面分布特征

地下水温度在平面上的分布特征主要以河湾不同地段岩溶大泉枯水季节温度进行控制。2003年10月份，对6个长年性泉点进行了多次水温测量，温度变化范围为17.2℃～19.2℃，见表1。

2.2 河水水温垂直分布特征

2003年10月21日，坝址区上下游多个测点及测面的测温统计结果为：气温20.5℃，河水0.5m深以上温度16.4℃，水温随水深增大而下降，2.0m水深处水温达到最低为15.5℃，2.0～4.0m水深段水温呈上升趋势，大于4.0m水深以后水温变化小于0.01℃，接近稳定状态，温度为15.81℃，如图2所示。

表1 岩溶大泉水温特征

图2 河水温度与深度关系图

2.3 钻孔水温垂直分布特征及其水文地质意义

坝线左右两岸布置了多个勘探孔，5个测温钻孔分布如图3所示，其中左岸1个测温孔，右岸4个测温孔，钻孔水位埋深3.00～111.41m，水位292.50～292.87m；在钻孔水面以下，每隔20m孔深测温1次，测温结果见表2。

表2 钻孔垂直分层测温一览表

钻孔内分层水温变化明显，水温随埋深增大而上升，在1个钻孔内顶面水温最小，孔底水温最大。 右岸ZK19、ZK58、ZK76、ZK36及左岸ZK175个钻孔顶面水温分布范围为15.88℃～16.30℃，孔底水温变化范围为17.16℃～19.83℃，钻孔顶面水温与孔底水温温差分别为3.95，2.65，1.39，0.86，3.72℃。 在一个测量段内温差最大为右岸ZK19孔埋深60～80m段，温度分别为16.42，17.55℃，相差1.13℃；5个钻孔尽管距离较近，但不同钻孔在相同埋深的水温不相等，其水温与相同埋深没有相关性。

坝址区河流段平均水深小于1.5m，仅局部分布有深水潭，水深1.5m处河水水温与大于4.0m深水潭的底部水温基本相同为15.81℃，钻孔顶面水温与该河水15.81℃水温比较，温差范围为0.07℃～0.49℃，表明钻孔顶面水温比河水温稍大，但比较接近。钻孔顶面水温与常年性岩溶泉水温度范围下限17.2℃比较，比泉水下限温度低-0.90℃～-1.32℃。钻孔孔底水温变化范围为17.16℃～19.83℃，与泉水温度范围17.2℃～19.2℃基本相同。

上述温度特征比较分析说明，钻孔底部的水温才是河湾地块代表性的地下水水温。钻孔底部温度较高的主要原因是受低温河水的影响，即坝址区域河水位比下伏岩溶水位高，部分河水越过河床上的砂卵石层、堰塞湖粘土层等第四系松散层向下伏岩溶水补给，形成钻孔内水位、顶面水温与河水水位、水温基本一致；根据钻孔顶面水温与河水温度、泉水温度的温差值大小，可以看出，左岸ZK17与右岸ZK19（包括ZK58）一线，河水对岩溶地下水下渗补给 比 下 游 ZK79、ZK36地段强烈。

图3 坝线测温孔分布图

3 结语

实际工作中，充分结合坝址区所具有的勘探条件和资料数据，利用类似地下水分层测温这种简单易行、耗资少的常规方法及数据综合分析，也能揭露或发现一些重要岩溶水文地质问题。通常而言，区域性河流一般为地下水排泄基准，即左右两岸地下水向河道径流排泄。类似本文出现的河水位比下伏岩溶地下水位高的现象，多出现在季节性河流或一些常年性小河，像溇水具有2394km2汇水面积，枯季流量大于6.0m3/s的较大型河流出现这种现象比较少见，容易使包括水电和岩溶水文地质等专业技术人员忽视。本文呈现坝址区分层水温、河水补给岩溶水等独特岩溶水文地质现象，供类似问题参考。

［1］卢耀如，段光杰，于海潮，等.岩溶水文地质环境演化与工程效应研究［M］.北京：科学出版社，1999.

［2］易连兴，张之淦，胡大可，等.复杂水动力条件下的真假地下分水岭水位判别［J］.水力发电，2007，33（2）：34-37.

［3］林学钰，方燕娜，廖资生，等.球气候变暖和人类活动对地下水温度的影响［J］.北京师范大学学报（自然科学版），2009，45（5/6）：452-457.

［4］方燕娜，廖资生，陈洪艳，等.吉林中部平原区地下水温动态变化影响因素的关联度分析［J］.吉林大学学报（地球科学版），2006，36（1）：67-72.

［5］梅建昌，姚运生，张卫华，等.三峡水库二期蓄水前后井网地下水温特征分析［J］.大地测量与地球动力学， 2007，27（S1）：84-88.

［6］易连兴，张雄，曲建强.溇水上游古堰塞湖的发现及其水电工程意义[J].长江流域资源与环境，2010，19（7）：821-825.

［7］鹤峰县志编撰委员会.鹤峰县志［M］.武汉：湖北人民出版社，1990.

Vertical Temperature Arrangement and Hydro-geological Significance of Dam Area——A Case in the Jiangpinhe Hydropower Station,Loushui River,Hubei Province

YI Lian-xing1,LI Meng-de2,LI Xue-zheng2
（1.Institute of Karst Geology CAGS,Guilin541004,China;2.Institute of Survey and Design of Hydraulic and Electric Power,Changsha410014,China）

The water temperature increases with the depth in the drills of the Jiangpinhe hydropower station dam areas.The water temperature in the bottom of the drills is about 17.16℃～19.83℃ which is similar with the temperature of karst springs in the bay area,and the water temperature 15.86℃～16.30℃in the top of the drills is close to 15.81℃of the river water temperature,it reflects the hydrogeological significance of the water level of the river is higher than the level of the underlying karst groundwater and some water of the river enter the karst groundwater.By comparing the temperature differences,the recharge from river into karst groundwater in the area aroundZK17andZK19is stronger than the area ofZK79andZK36.The research method used in the paper is more significance for building dam in the similar karst peek cluster area.

karst gorge;hydropower station;vertical temperature arrangement;hydrogeology

P64

A

1672-9900（2011）03-0070-02

2011-03-29

易连兴（1963—），男（汉族），广西临桂人，研究员，主要从事岩溶水文地质研究工作，（Tel）0773-5834420。