石门洞水库上坝方案库尾灰岩渗漏分析与计算

徐连锋 王根华 李剑修

（中水淮河规划设计研究有限公司 蚌埠 233001）

石门洞水库上坝方案库尾灰岩渗漏分析与计算

徐连锋 王根华 李剑修

（中水淮河规划设计研究有限公司 蚌埠 233001）

石门洞水库为小（1）型水利工程，坝高28m，海拔高程1800～2060m，岩溶地貌发育，地质条件复杂。上坝方案库尾分布志留系上统妙高组（S3m）灰岩，为悬托型河谷，灰岩区存在库底渗漏问题。本文根据区域水文地质资料、库尾灰岩钻探与压水试验资料，通过库尾灰岩的性质、水文地质条件，计算库尾灰岩区的渗漏量，分析其对建库条件的影响，提出处理措施。

石门洞水库 悬托河 岩溶地区 水文地质条件 库底灰岩渗漏

1 工程概况

石门洞水库位于云南省宜良县北部芹菜河上游石门洞附近。因2009～2010年云贵高原遭遇特大旱灾，造成当地作物绝收，人畜饮水困难，供需水矛盾十分突出。修建石门洞水库可改善当地居民饮水、农田灌溉条件。芹菜河属珠江流域南盘江右岸二级支流，河床平均坡度4.497%。上坝方案300年一遇校核洪水位1834.26m，总库容为109.6万m3，正常蓄水位为1832.0m，最大坝高28m，为小（1）型水利工程。

石门洞水库上坝址在石门洞上游450m处，根据地形、地貌条件，上坝坝基渗漏范围较小、透水层厚度略小，相对地质问题较简单，地质条件总体较好，故选择上坝方案。但库盆尾部分布志留系上统妙高组灰岩（S3m），库尾灰岩区存在渗漏问题，直接影响成库条件及规模，需进一步分析库尾灰岩区渗漏量。

2 库区地质条件概况

上坝库区位于扬子准地台小江断裂带东部，岚光山向斜的西翼，地势起伏较大，为低浅切割中山地形。区内地势大体东北高，西南低，河流自北东向西南流经库区，东部最高海拔2060m。

上坝方案正常蓄水位1832m，回水长度近1.0km，渗漏主要产生在库尾志留系上统妙高组（S3m）泥灰岩、灰岩分布区。灰岩沿河分布长度180m，滩地高程1822～1826m，宽度20～30m，河底高程1820～1822m。

库尾灰岩处于与岚光山向斜主轴近平行的次一级褶皱背斜的核部附近，岩层产状125°～145°∠25°～28°，富水性不稳定、不均匀；上部为泥灰岩弱风化岩体，透水率一般小于7.0Lu，中部灰岩岩溶较发育，透水率为16～100Lu，岩体裂隙及溶孔较发育，地下水位埋深较大，地下水主要以岩溶水向侵蚀基准面排泄，径流途径长，基本由北流向南；灰岩周围地层为志留系玉龙寺组（S3y）泥岩、页岩，弱透水性。

沿河谷冲积层分布孔隙水。冲积层以卵石、砂砾石和粉土质砾为主，渗透系数为5.0×10-3cm/s，中等透水性，赋水性较强。山体表层、河床两侧分布残坡积层，以含砾粉质粘土为主，渗透系数为3.05×10-5cm/s，弱透水性。

根据库尾灰岩区钻孔资料，表层为含砾粉质粘土，上部泥灰岩夹灰岩（埋深25.5～30.2m以上，相应高程1800.96～1795.96m以上）为弱风化，透水率3.30～7.08Lu，属于弱透水性；地下水位基本稳定，埋深5.2～6.0m，相应高程1818.66～1820.12m。中部灰岩（埋深25.5～30.2m以下、35.0～44.5m以上岩体）沿层面发育溶蚀现象，有小溶洞，透水率16～100Lu，属于中等～强透水性；孔深在25.5～30.2m以下时地下水位突然下落，地下水位埋深34.04～33.26m，相应高程1792.42～1792.86m。底部岩溶不发育，透水率3.97～9.36Lu，属于弱透水性。

3 库区渗漏分析

根据地质资料，库尾灰岩中分布两个水位，中间隔水层为弱风化泥灰岩夹灰岩，属于弱透水性。上层地下水沿河道砂卵石层及泥灰岩表层流动，向深部垂直排泄弱，向下游水平方向排泄强，即灰岩区表层地下水以水平运动为主。且左岸出露泥灰岩的沟谷中有地表水流入库区，上游页岩区也有三处泉水分布，说明上部弱透水泥灰岩有一定的隔水作用。中部灰岩开始渐发育张性节理，裂隙倾角45°～80°，沿层面见溶蚀现象，局部发育小溶洞，中等～强透水性；地下水以垂直运动为主，造成地下水位低，形成第二含水层。二层地下水间的泥灰岩隔水层作用，使该段河流形成悬托河。

根据灰岩产状、区域灰岩分布情况以及区域水文地质条件，该处深层地下水主要向南排泄，水位与南部南盘江排泄基准面有关；而该处库尾灰岩与下游石门洞河道段灰岩为同一层，且地下水位高于石门洞处灰岩地下水位，说明地下水也可以通过玉龙寺组页岩下部的灰岩向石门洞灰岩带排泄。因此库水存在渗漏通道，可通过库尾灰岩区表层弱透水泥灰岩进入中部透水层灰岩，向库外渗漏。因库尾段地势较高，水头最大为10.0m，上部弱透水泥灰岩厚度在25.5m以上，有一定的隔水作用，因此库尾弱透水灰岩区虽然存在渗漏问题，但通过上部泥灰岩层向库外渗漏量不会很大。

表1 上部泥灰岩隔水层等效渗透系数计算成果表

表2 石门洞水库正常蓄水位日渗漏量计算表

表3 库尾灰岩区渗漏计算成果表

4 库区渗漏计算

4.1 隔水层等效渗透系数的计算

隔水层不同试验段透水率不同，首先将上部隔水层各压水试段透水率换算成渗透系数，进一步将各段渗透系数转化为整个隔水层的等效渗透系数。

根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）公式（6.0.4）及附录C公式（C）与相关公式，推导出渗透系数（K）与透水率（q）关系式：

式中：L——试段长度（m）；

r0——钻孔半径（m），按0.045m计。

因灰岩分布区库水渗漏方向垂直于透水层，且灰岩受构造、溶蚀作用影响，各段渗透性不同，上部相对隔水层等效渗透系数（K）按下面公式计算：

式中：L——透水层总厚度（m）；

Li、ki——第i层厚度（m）及渗透系数（m/d）。

根据试验参数按公式（1）、（2）分别计算各段试验段渗透系数及隔水层等效渗透系数，计算结果见表1。

4.2 渗漏面积计算

渗漏面积根据1∶2000地质图，按等高线计算线内面积。图中等高线间距为2m，为减少水头统计误差，渗漏面积按相邻等高线范围分区确定，按相邻等高线面积的差值分区计算等高线间面积。正常蓄水位1832.0m以下面积为14200m2。各分区面积计算结果见表2第三列，渗漏面积平均高程按底边高程计。

4.3 渗漏量计算

根据钻孔资料，灰岩区渗径（L）按地面高程与隔水层底高程约1800m间厚度计；渗透水头（H）按正常蓄水位与地面高程差值计。按达西公式计算每天渗漏量，各计算参数及计算结果见表2。

由表2可见按ZK15孔计算的等效渗透系数确定的渗漏量为115.69m3/d，按ZK14孔的等效渗透系数确定渗漏量为85.35m3/d，平均为100.52m3/d。全年渗漏量按365天计算结果见表3。

5 结论

由表3可见灰岩区年渗漏量为3.67×104m3，约占总库容3.35%，为中等渗漏。水库总库容扣除尾部灰岩区年渗漏量仍大于100×104m3，可满足小型水库的库容要求，渗漏不影响该水库的小（1）型规模，该库区具备建库条件。考虑到当地水资源紧张，为提高水库效益，库尾灰岩区应采取防渗处理措施，可在灰岩分布区设置粘性土水平铺盖进行防渗处理