根据水文地质调查和示踪试验分析岩溶区水库渗漏条件

2014-12-06李择卫

湖南水利水电 2014年4期

李择卫

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市 410007）

前言

我国西南及湖南西部地区，降雨量充足，水资源储藏丰富，但碳酸盐岩广泛分布，岩溶强烈，对水利资源的开发形成了一定的制约。据初步统计，在湘西岩溶地区兴建水库达114座，但其中有75座因为岩溶渗漏问题而成为病险水库，不能正常蓄水。如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，龙山县的光明水库、双潭溪水库，永顺县的杉木河水库、虹桥水库等[2]。因此，对岩溶区水库的渗漏条件进行分析论证，已成为一项重要的工作。

规划中的龙潭河水库位于湖南省龙山县沅水的二级支流、酉水的一级支流——小河中游。水库坝址以上控制流域面积62.57 km2，正常蓄水位638 m，最大坝高为58m，总库容约为498万m3，是一座以灌溉为主的Ⅳ等小（Ⅰ）型工程[1]。

水库位于湘西强岩溶区，岩溶强烈发育，周边落水洞、溶洞、岩溶泉井点及地下河众多，构造复杂，构成库盆的地层无相对隔水层分布。面对复杂的岩溶地质条件，通过水文地质调查和示踪试验，结合少量的钻孔勘探验证，成功论证了水库的渗漏条件，方法简单，效果良好。

1 水库基本地质条件

1.1 地形地貌

库区属低中山溶丘洼地峡谷地貌类型，河谷呈“V”字型，两岸岸坡陡峻，山顶高程多在1 000m以上，水库两岸无低于正常蓄水位638m的低矮垭口和邻谷存在，地形封闭条件较好。

小河在坝址区稍上游段分为两支，较大的一支（右支）名为狮刀河，较小的一支（左支）名为小龙河。库区右岸另有一较小支流——紫龙溪自水库中部汇入库内。小河在坝址下游约（900～1 600）m河段河水逐渐潜入地下，成为断头河。

近坝库区左岸分水岭外侧分布有洞溪湾~热活坪岩溶洼地，库区下游左岸分布有徐家沟岩溶洼地。库区左岸下游约14 km处，有乌龙山大峡谷分布，谷底为皮渡河，其源头为火烧岩地下河出口，高程440 m，水库与皮渡河之间均为具备强岩溶条件碳酸盐岩，无相对隔水层分布，因此，皮渡河构成了库区左岸的低矮邻谷，库区右岸无低矮邻谷分布。

1.2 地层岩性

库区分布的地层主要有寒武系、奥陶系地层，由老至新分述如下：

寒武系中统光竹岭组（∈2gn）：上部为深灰色薄层~中厚层条带状灰岩，下部为浅灰~灰色中厚~巨厚层状灰岩。

寒武系上统耗子沱组（∈3hz）：上部为灰色、深灰色厚~巨厚层状灰岩夹白云质灰岩，下部以浅灰、灰白色中厚~巨厚层状白云质灰岩、灰质白云岩互层。

奥陶系下统（O1）：为灰色中厚~厚层状灰岩、白云岩等。

构成库盆的地层中无相对隔水层分布。库区地质简图见图1。

图1 库区地质简图

1.3 地质构造

库区位于新华夏系武陵山二级隆起带的中段。岩层主要产状：N40~80°E·SE∠13~25°，总体倾向上游。库盆右岸发育F3断层，产状：N50°W·SW~NE∠80~85°，断层带宽（3～5）m，局部达 10m，充填方解石脉，沿断层带及附近分布多处落水洞。断层于库区中部与小河相交，延伸长度大于3 km，走向与坝址处小河流向基本一致。

1.4 岩溶水文地质条件

库区地下水类型为岩溶水，主要接受大气降水、洼地、漏斗、落水洞的补给，沿岩溶通道运移，以溶洞泉和地下河的形式集中排泄于地表、河床及沟谷两侧。

水库周边岩溶极发育，水文地质条件复杂。库首左岸分水岭外侧分布洞溪湾~热活坪岩溶洼地，左下游分布有徐家沟岩溶洼地，其中洞溪湾~热活坪岩溶洼成NE向延伸，与坝址区河流流向基本一致；库右岸山坡大独堡附近见有两处较大的岩溶漏头；坝址下游（900～1 600）m的河床段，河水沿岩溶通道逐渐潜入地下，成为断头河。

本工程从水库周边的地表水、泉井、地下河及消水点调查入手，通过统计岩溶泉、地下河的分布位置、高程、流量等数据，并与地下水示踪试验结合，综合分析、判断水库周边地下水与河水的补排关系、径流方向、地下水分水岭的高程等，为查明水库的岩溶水文地质条件提供充分的依据。

1.4.1 水文地质调查

共对库区周边的18处岩溶泉、3处地下河、3处消水点进行了调查统计，将其中流量较大的岩溶泉及消水点特征统计于表1，将地下河的特征统计于表2。

通过调查、分析，对库区周边的地下水的补给、径流与排泄特征有如下认识：

（1）近库两岸岩溶泉较发育，较大的岩溶泉出露高程自（630～648）m不等，且岩溶泉多为永久泉，出露高程均不低于泉点附近河水位，说明水库两岸地下水向小河排泄，属补给型河谷岩溶水动力类型。

表1 库区较大岩溶泉（地下河）及消水点统计表

表2 库区及外围主要地下河统计表

（2）水库范围内，在干流库尾段有H1地下河出露，在小龙河支流库尾段有W9岩溶大泉出露，出露高程均在645m以上，说明库尾地下水排泄高程不低于645m。

（3）自坝址下游1.0 km的X3消水点～下游2.1 km的上河河段漏水严重，上游河流约（1～2.5）m3/s的来水量，在该1.8 km长的河床段逐渐全部潜入地下，说明自库区下游约1.0 km以下，河水补给地下水，属排泄型岩溶水动力类型。

1.4.2 地下水示踪试验

至此，我们对现状库区周边地下水与河水的补排关系有一个基本的认识，但还不能全面了解地下水分水岭的高程、位置、水库蓄水后是否存在外渗通道等，通过地下水示踪试验，能够帮助我们解决这一问题。

在龙潭河库区进行地下水示踪试验时，采用的示踪剂是荧光素钠，在投放点将一定量的荧光素钠投入水体中，然后在各接收点人工取水样，再送到室内进行检测。检测的仪器为瑞士Albillia公司生产的野外用荧光光度计，该仪器具有反应灵敏、检测限低等优点，对荧光素钠等的检测限达到0.02 ppb（注：1ppb=1/10亿单位）[3]。在库区共进行了4次地下水示踪试验，将试验过程及结论简述如下：

第1次：测试洞溪湾岩溶洼地X1消水点与河水的连通性。自X1消水点投入荧光素钠试剂，然后在小龙河支流中人工采集水样进行检测。检测表明，所取水样中检测出的荧光素钠浓度值与背景浓度值无明显差异，表明自洞溪湾岩溶洼地X1消水点流入地下的水流未流向库区，左岸洞溪湾岩溶洼地与小河之间存在地下水分水岭。

第2次，测试小龙河支流上游X2消水点与库区河水的连通性。自X2消水点投入荧光素钠试剂，在小龙河支流中人工采集水样进行检测。检测表明，采集水样荧光素钠浓度值较背景值有明显的上升，说明自X2消水点潜入地下的水仍然流向了库内小龙河支流中，因此，自小龙河支流上游潜入地下的水流仍向库内径流。

第3次：测试水库右岸地下水的流向。右岸的大独堡处有较大的岩溶漏斗发育，漏斗底部为落水洞，高程983m，大雨时，将荧光素钠试剂投入落水洞中，使其随水流一起流入地下，然后分别在龙潭河坝址、坝址下游700m、坝址下游1.7 km的右岸上河冲沟处人工采集水样进行检测。检测表明，坝址区及坝址下游700m处的所取水样荧光素钠浓度值明显高于背景值，并且两处同一时间所取水样的荧光素钠浓度值基本一致，而自上河冲沟所取水样的荧光素钠浓度值与背景值无明显变化。据此判断，右岸大独堡处的地下水向坝址上游的库内径流，而没有流向坝址下游右岸的上河冲沟及坝址下游。

第4次：测试河水自坝址下游潜入地下后的流向。在坝址下游1.0 km的X3消水点投入试剂，然后到坝址左下游约（14～17）km远的乌龙山大峡谷中的火烧岩、链鱼洞地下河出口取水样进行测试，检测表明，火烧岩处所取水样荧光素钠的浓度值较背景值明显上升，而链鱼洞处所取水样的荧光素钠浓度值较背景值无明显变化，表明自坝址下游潜入地下的水流，最后流向了乌龙山大峡谷处的火烧岩岩溶泉。

根据库区水文地质调查及地下水示踪试验成果，将水库区周边地下水与河水动态关系示意如图2。

2 水库渗漏条件分析

2.1 水库向左岸邻谷的渗漏分析

水库两岸为中低山，山体宽厚，地形自然封闭条件好。坝址左下游约14 km处有低矮邻谷——乌龙山大峡谷分布，示踪试验表明，坝址下游河水存在向乌龙山大峡谷的渗漏通道。因此，需论证水库蓄水后，库水是否会向左岸邻谷——乌龙山大峡谷渗漏。分析如下：

图2 库区地下水与河水动态关系示意图

左岸库尾小龙河支流左侧见W9岩溶泉出露，出露高程645.0m，流量较大，达50 L/s，属永久泉；按W9岩溶泉出露高程分析，库尾左岸地下水分水岭高程高于645m，高于正常蓄水位。另外，根据坝轴线左岸钻孔地下水位长观资料，左岸地下水位均高于河水位，地下水位坡降达到42.4%～44.5%，根据地下水位坡降趋势推断，坝址自河床向左岸延伸78 m，地下水位即可达到638m，而左岸地形分水岭距河床达570m，因此，根据左岸地下水位坡降趋势推断，坝址区左岸地下水分水岭将远高于正常蓄水位638m。

坝轴线至左岸库尾W9岩溶泉的距离约1.4 km，距离较近，山体连续，调查沿线并无较大的岩溶型态发育，因此，推测库区左岸地下水分水岭高程应高于水库正常蓄水位638m。由此分析，蓄水后库水向左岸邻谷产生渗漏的可能性小。

2.2 库水沿右岸F3断层及河间地块渗漏分析

从地形上看，由狮刀河、小河、上河冲沟及F3断层共同构成了一相对独立的右岸河间地块，沿F3断层带附近见多处落水洞发育，因此，库水可能沿F3断层向下游渗漏及沿右岸河间地块向下游渗漏。

2.2.1 库水沿F3断层渗漏分析

F3断层与河流相交处上游有紫龙溪支流，常年流水不断，紧邻F3断层的ZK10钻孔地下水高于河水位，示踪试验表明，F3断层附近的大独堡处落水洞处的地下水流向了库内，说明右岸河间地块近河段地下水向坝址上游河床排泄。

F3断层与下游上河冲沟交汇处高程约为640 m，交汇处冲沟中长年流水不断，且交汇处附近有W17岩溶泉出露，属永久泉，流量较大，勘察期流量达（0.3～0.5）L/s，说明 F3断层与上河冲沟交汇处地下水位高程在640m以上。

因此，沿F3断层方向（大致与坝址区河流方向平行），在上河冲沟～狮刀河之间存在地下水分水岭，且现状地下水分水岭高程应高于640m。因此，水库蓄水后，库水不会沿F3断层向下游渗漏。

2.2.2 库水沿右岸河间地块渗漏分析

根据钻孔地下水位长观资料，在坝轴线右岸，沿正常蓄水位638m高程向右岸水平延伸约133m时，即可与地下水位封闭，而F3断层与坝址区的距离约有800m，山体雄厚，据此可以判断，在右岸河间地块F3断层与坝址之间（大致与坝址区河流方向垂直），亦存在地下水分水岭，且现状地下水分水岭高程高于正常蓄水位638m。水库蓄水后，库水不会沿右岸河间地块向下游发生渗漏。

综上所述，水库地形封闭条件较好，蓄水后库水向左岸邻谷产生渗漏的可能性小，亦不会沿右岸F3断层及河间地块产生向下游岩溶渗漏，按638m正常蓄水位，水库不具备外渗条件。