淜头水电站工程地质条件及渗漏分析

王学勤

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

淜头水电站位于平顺县浊漳河下游辛安至北耽车河谷段，挡水建筑物为拦河水闸，位于耽车村附近，设计正常蓄水位603.0m。

该水电站位于浊漳河北耽车段河谷内，为典型的河流地貌单元，河谷呈“U”形谷，河道弯曲，河谷宽约35～200m，河岸陡立，河床高程 585.0～595.0m，河床宽30～100m，常年有水。

该区位于太行山中南段，属海河流域，地势东高西低，境内最高峰小家山海拔996.9m。地貌为剥蚀中山区和河谷区。浊漳河为山西省较大河流之一，由西向东流经本区。剥蚀中山区沿河谷两岸分布，基岩裸露，山体多为灰岩、鲕状灰岩、白云质灰岩，山势陡峻。山顶高度850～975m，相对高差50～125m；冲沟发育，呈树枝状分布。

2 区域构造及地层岩性

该区位于吕梁太行断块的东南部，受构造影响，地层总体为NW向倾斜的单斜构造。本区断裂发育，主要呈NEE，NE向展布，多为张性成因，断裂破碎带宽度一般小于10m，断裂结构面倾角较陡。据《中国地震动峰值加速度区划图》，本区地震动峰值加速度为0.10g。据《中国地震动反应谱特征周期区划图》，本区地震动反应谱特征周期为0.45s。工程区地震基本烈度为7度。在构造上位于微子镇背斜东南翼，断层走向多为NEE向，区内地层产状N70°～85°E/NW∠3°～9°。库区岩体中节理裂隙发育，主要有4组，其产状分别为：第 1 组 N10°～30°E/NW 或 SE∠70°～90°；第2组 N40°～70°W/NE 或 SW∠70°～90°；第 3 组 N60°～80°E/SE∠70°～90°；第 4 组 N10°～30°W/SW∠60°～80°。库区内发育4条较大的断层，分别为F1，F2，F3，F4，其中F4断层位于闸址附近。

区内出露地层有古生界寒武系灰岩、页岩夹薄层细砂岩及灰岩，奥陶系灰岩夹泥灰岩及白云岩，地表覆盖层为第四系洪冲积、坡残积低液限黏土、低液限粉土、卵石混合土、碎石土等。

3 地下水类型

本区地下水分为碳酸盐岩类岩溶裂隙水和松散岩类孔隙水两种类型。松散岩类孔隙水赋存于第四系松散层孔隙中，分布于河流阶地及山间黄土堆积区，主要含水层为全新统、上更新统洪冲积低液限粉土及卵石混合土。碳酸盐岩类岩溶裂隙水赋存于寒武、奥陶系可溶性灰岩、白云质灰岩、鲕状灰岩、结晶灰岩的裂隙、溶隙、溶洞中，泥灰岩、泥质灰岩及页岩为相对隔水层，岩溶裂隙水在浊漳河两岸以泉或泉群的形式出露，溢出地表，为接触溢流岩溶泉。

库区地下水受大气降水和上游浊漳河水补给。二者具有一定的水力联系，河谷中松散岩类孔隙水除接受大气降水、河水补给外，还可接受两岸碳酸盐岩类岩溶裂隙水的补给；在河谷两岸基岩裸露地段的岩溶裂隙水主要接受大气降水直接补给，被松散层覆盖地段的还可接受大气降水或河水通过上覆松散岩溶裂隙水的间接补给，以泉的形式溢出地表向浊漳河排泄。区内地下水由两岸向河谷运移，从上游向下游运动。

4 库区渗漏分析

4.1 岩溶通道渗漏分析

库区正常蓄水位以下的地层岩性为张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩，岩溶发育较弱，由于该岩层硬且脆，岩体中裂隙发育，这些裂隙控制岩溶发育，极易形成裂隙岩溶。但构造直接影响岩溶的发育，控制着岩溶发育方向及地下水储存和运移，裂隙为岩溶提供了发育条件，断层对岩溶的发育起控制作用，区内断层多为高角度张性断层，破碎带不宽，具有导水及相对隔水作用，即垂直方向上起连通导水作用，在水平方向上将岩溶层错断起阻水作用。

库区处于辛安泉排泄区末端，主排泄区为库区上游的王曲泉群。库区内出露的泉少且流量小，仅在分析区内下游处存在管道状岩溶，但管道细且密度稀。因此经此通道渗漏量极其微小，可不作考虑。

4.2 泉眼排泄渗漏分析

库区位于石会泉群排泄区，泉水出露高程600.0～615.0m。参考辛安泉域研究资料，泉群在辛安村一带出露有两个原因：一是浊漳河是本区主要河流，从辛安村开始向东横穿太行山，沿河高程600.0m左右，成为整个泉域内最低的排水基准；二是在辛安村一带出露奥陶系下统白云岩弱透水层，使上游奥陶系中统岩溶水受阻而汇集溢流成泉，形成王曲泉群，北耽车以下，沿河床出露的寒武系上统碎屑岩，具有良好的阻水作用，寒武系上统—中统含水层的地下水在此段受隔水层阻挡溢流地表，形成石会泉群，该泉应为接触溢流岩溶泉。泉域1956—2000年45年平均流量为9.64m3/s，1980—2000年 21年平均流量为7.27m3/s，泉水流量总体上呈减少的趋势，从20世纪70年代后期，减速开始加快，2003年仅4.94m3/s，多年平均降水量是影响泉流量的主要因素。受区域降水量的控制及开采量的影响，泉域内地下水位持续下降，泉域边界移动，面积缩小。该区为辛安泉域的排泄区，总体为两岸补给河水，上游补给下游，不存在泉眼排泄渗漏的可能性。

4.3 通过地下水渗漏分析

参考泉域内水文地质调查资料，库区东北部在清漳河、浊漳河间存在地下水分水岭，地下水分水岭在黎城东阳关一带，其地下水位高程在640.0m以上。在潞城附近、平顺县城、黎城等深井地下水位高程685.0～631.0m，均高于正常蓄水位603.0m，据地下水等水位线图可在判定地下水由西北、西、西南方向补给库区地下水，且库区南部地势较高，附近没有低的邻谷，分水岭高而远，且两岸山体雄厚，没有通过地下水向库外渗漏的可能。

4.4 河间地块渗漏分析

库区位于一深切峡谷区，两岸山体浑厚，没有低邻谷分布，在闸址左岸附近，由于下游河道转向，形成约1～2km的河间块地。库区出露地层以F4断层为界，F4断层至库尾段分布地层为寒武系崮山组、长山组、张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩等，均为中等透水岩体；F4断层至闸址段，分布地层为寒武系徐庄组泥质页岩夹薄层灰岩，为弱透水岩体，底部泥质页岩为相对隔水层。库区两岸山体高陡，岩层总体倾向上游偏左岸，倾角4°～7°，岩溶不发育，岩体裂隙发育。受F4断层的影响，断层北西盘相对下降，南东盘相对上升，造成库区左岸徐庄组相对隔水岩层较低，在闸址处高程为585.0m左右，右岸相对隔水层较高，在闸址处高程为610.0m，按其产状分析，在库区右岸隔水层高程大于610.0m。因此水库蓄水后左岸可能存在沿河间地块岩溶裂隙向下游的渗漏，而右岸受隔水岩层阻隔，不存在渗漏。

4.5 断层渗漏分析

库区存在F1，F2，F3，F4四条断层，断层横切河谷，F1，F2，F3 断层没有延伸到库外，可不考虑 F1，F2，F3断层对渗漏的影响。对库区渗漏可能有影响的是F4断层，该断层横穿库区后通过闸址上游左岸的河间地块延伸到闸址下游河道。据观察，在断层切过下游河道处未见断层渗水。该断层带通过河床段，覆盖层厚度36.7m，主要为低液限粉土、低液限黏土夹卵石混合土，渗透性较弱，说明在目前河水位情况下沿F4断层带渗漏不大。在水库蓄水位抬高后，可能存在库水沿F4断层带向下游河道的渗漏。

经以上分析，水库正常蓄水后，库区不存在沿两岸向库外产生永久性渗漏，仅在近坝段存在沿下坝址左岸河间地块及F4断层带向下游河道的渗漏。

5 库区蓄水后渗漏量估算

5.1 河间地块岩溶裂隙渗漏估算

河间地块分布地层为寒武系崮山组、长山组、张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩等，为中等—弱透水岩体，其下为徐庄组隔水岩层；库区渗漏主要是沿张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩节理裂隙的渗漏；参考寒武系张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩压水试验资料，其渗透系数取2.11m/d。坝前正常蓄水位为603.0m，隔水层顶高程约470.0m；下游河床水位586.0m，隔水层顶高程约457.0m；可将隔水层底面视作一平面，即以高程约464.0m视作统一的隔水底板。

经计算，河间地块岩体裂隙渗漏量为3235m3/d，相当于0.037m3/s。

5.2 F4断层带渗漏估算

F4断层为正断层，断距大于100m ，断层带宽约8～10m，破碎带物质主要为断层角砾岩、断层泥；断层带在高程约580.0m及以上部分为寒武系张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩与寒武系固山组、长山组、张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩间的断层，破碎带主要物质以断层角砾为主，渗透性较强；在高程约580.0m以下部分为寒武系张夏组鲕状灰岩、结晶灰岩与寒武系徐庄组泥页岩间的断层，破碎带产物以断层泥为主，渗透性较弱,渗漏量可以忽略。因此在计算断层带渗漏时不考虑沿断层带的垂直下渗，只考虑沿断层带向下游的渗漏。

目前，F4断层无可参考的钻孔压水资料，但库区F3断层与F4断层的性质、规模等特征相近，F3断层主要涉及中奥陶系灰岩、角砾状泥灰岩及下奥陶系、上寒武系白云岩、灰岩，断裂带内溶隙、溶洞较多。据F3断层带钻孔压水试验资料，透水率平均值为132.52Lu，大值平均值167.84Lu，换算成渗透系数为平均值1.39m/d，大值平均值1.88m/d。

参照F3断层并结合F4断层带特征及蓄水后断层带渗漏通道的特点，本次F4断层带渗漏计算渗透系数近似取1.5m/d。经计算得，断层带渗漏量为22m3/d，相当于 0.00025m3/s。

通过计算可知，库区总渗漏量为3257m3/d，相当于0.03725m3/s。与浊漳河地表径流量相比，渗漏量很少，对水库蓄水几乎没有影响。

6 结语

库区位于浊漳河北耽车段河谷，呈“U”形谷，两岸陡立，山体雄厚，区内岩溶不发育，且为辛安泉域的排泄区，两岸补给河水，上游补给下游，地下水分水岭高而远，仅存在河间地块和F4断层渗漏，但渗漏量较小，说明该段河谷具备建库条件。