凤山水库库区岩溶渗漏分析与评价

2016-07-16李松磊刘芙荣

水利水电工程设计 2016年1期

关键词：分水岭库区岩溶

李松磊　刘芙荣　陈　柳

凤山水库库区岩溶渗漏分析与评价

李松磊刘芙荣陈柳

摘要碳酸盐岩地区修建水库，岩溶渗漏是首要的工程地质问题，制约着能否成库。以凤山水库工程为例，通过勘探、物探及岩溶调查等方法对库区碳酸岩岩溶发育规律及地下水水文地质问题进行研究，确定水库库盆封闭条件较好，不存在岩溶渗漏问题。

关键词库区岩溶水文地质渗漏凤山水库

凤山水库位于贵州省黔南州福泉市鱼梁江河上，鱼梁江位于贵州省中东部，属沅江水系重安江的一级支流，源出黔东南麻江县坝芒乡附近，总体由西南向东北流，流域面积2 014 km2，干流全长111 km，加权平均比降4.3‰；凤山水库库区按设计正常蓄水位高程910 m考虑，库区回水长度约18 km，相应河床高程910～845 m。库区出露地层主要为碳酸盐岩，岩溶较为发育。

1　基本地质条件

工程近场区位于贵州第二梯级地面的东部，大部分地区海拔高程为800～1 400 m，个别地方高程达1 900 m，属中低山、丘陵地貌，总体表现为层状结构，是地壳间歇性垂直抬升的结果。工程区剥夷面与4个地文期对照可见表1。

表1　地文期及剥夷面划分

鱼梁江干流库区多属溶蚀构造峰脊、谷地地貌。河流切割深度50～150 m，临河岸顶高程850～1 050 m，岸坡多为陡坡、悬崖，坡度30°～70°。库岸顶面地形较平缓，相对高差30～100 m。溶槽、溶沟遍布，局部溶蚀洼地发育。安谷至库首大部分为侵蚀构造低山地貌，两岸地形高程为870～900 m，岸坡坡度26°～60°，相对高差60～200 m。

库尾至安谷电站上游主要出露地层为：寒武系上统炉山组第二段（∈3l2）白云岩；奥陶系下统桐梓组（O1t）白云岩、红花园组（O1h）灰岩夹白云质灰岩及白云岩；安谷电站上游至库首主要出露地层为：奥陶系大湾组（O1d）中厚层及薄层钙质粉砂岩夹页岩，紫红色瘤状粉砂质灰岩、志留系中统第一段（S2w1）砂岩与角砾岩、角砾状灰岩互层和第二段（S2w2）砂岩与钙质泥岩互层等。库区外围多出露泥盆系中、上统上邦寨组（D2b）、独山组（D2d）、望城坡组（D3w）、尧梭组（D3y）和二叠系中、下统。

工程区大地构造格局定型于燕山期。南北向构造纵贯全区，由一系列箱状背斜、紧密向斜和同向的压性断层组成，为典型的隔槽式褶皱。凤山水库区，构造上属黄丝背斜及黄丝背斜与都匀向斜共同翼的北段，除库尾江边寨附近受黄丝断层影响产状较为变化且陡倾外，库区中下游基本为一平缓的单料构造，代表性岩层产状：NE 25°/ SE∠10°～25°。

库区内规模最大的断裂——黄丝断层（F10）自水库左岸鱼酉、下游黑塘桥至马场坪附近。靠近黄丝断层的库首和库尾地段，岩层产状略有变化，沿河纵剖面岩层构造呈波状起伏状态。

坝址区未发现大规模的断层，构造形迹以小断层及裂隙为主。

工程区降雨量丰富，又属于岩溶山区，地下水循环条件一般较好，其化学类型为，其次是型水，pH值在6.5～8之间，属于中性水。

根据勘察期间库区钻孔资料统计可知：库区左、右岸远岸区地下水力坡降3%～5.5%，近岸区地下水力坡降大于10%。地下水水位较为平缓且均高于河水位，地下水补给河水。

根据工程区出露地层的岩性组合特征，将其划分为强岩溶含水岩组、中等岩溶含水岩组、弱岩溶含水岩组和隔水层，水库区基岩含水岩组的划分见表2。

表2　库区基岩含水岩组类型划分

2　库区岩溶特征及规律

2.1岩溶发育形态

根据综合地质调查测绘资料库区河间地块范围内洼地、溶洞及岩溶泉按高程统计于表3。

表3　水库区岩溶形态统计

2.2岩溶泉的分布与特征

河间地块为一个统一的岩溶含水系统，在河间地块分水岭两侧斜坡带均有岩溶泉出露。根据地下水出露点高程及地质结构（岩层缓倾、无断层发育）判断，河间地块岩溶泉属基控型（受排泄基准面控制），存在地下分水岭，其高程在1 000 m以上。沿黄丝断层（F10）发育溶蚀槽地，并多发育上升泉。岩溶泉主要出露在900~1 050 m，参见图1。

2.3岩溶发育规律

2.3.1岩溶发育平面上的差异性

水库研究区范围内（左岸分水岭及支流平堡河茶叶山以下河段）主要分布P1m、P1q强岩溶地层，以及O1t、O1h中等可溶岩组和ε3l2及T1d弱可溶岩组，发育程度在平面上的差异性主要受褶皱构造和岩性的控制。工程区黑塘桥下游段岩溶较为发育，库首及库区内较弱，背斜较为发育，在都匀向斜两侧地带，形成较为典型的岩溶峰丛洼地。寒武系、奥陶系及泥盆系白云岩中没有地下暗河，仅有几处特大泉水出露，地表多为丘峰及宽缓洼地等，其它典型岩溶现象在平面上分布比较分散，无明显的规律性。

从分水岭到河谷，现代岩溶作用由弱逐渐增强，而岩溶化程度则由强减弱。在碳酸盐岩和碎屑岩接触带，岩溶相对较为发育。

2.3.2岩溶发育垂向的分带性

由于新构造运动的间歇性隆升，对岩溶发育方式产生了明显的控制作用，地壳上升时期，岩溶发育以垂向溶蚀方式为主，在夷平面上发育了少量的洼地及落水洞；相对稳定时期，则以侧向溶蚀为主，发育了一定规模的水平溶洞。岩溶形态在垂向上对应各时期夷平面，具有成层分布特点。

由图1可见，岩溶发育高程在剖面上与各级夷平面高程有一定的对应关系。高程1 300~1 500 m（高原期），岩溶不甚发育；高程1 000~1 200 m（山盆期第一亚期），局部落水洞、溶洞、岩溶泉等略有发育，较为分散；高程900~1 000 m（山盆期第二亚期），岩溶洼地、落水洞、溶洞、岩溶泉等均有发育；高程880 m以下，岩溶发育明显减弱，主要为一些小的溶腔、季节性的岩溶泉分布；典型的岩溶现象明显减少，主要为一些小的溶蚀性裂隙（季节性泉水）和一些浅短的溶洞（溶腔），且多集中在高程870 m左右。

2.3.3左侧岩溶槽地地块高程880 m以下岩溶化程度低

由于河间地块库区河段的岩层走向北东向，与东西向的分水岭近于大角度斜交，且岩层陡倾，降水主要沿裂隙、层面等渗入，地下水径流途径短、势能大，地下水难以汇聚成大的管道水流，以分散排泄为主，地下水补给条件差。地表岩溶主要以溶沟、溶槽为主。通过黄丝断层（F10）宽缓地带的物探电法测试，溶蚀发育及影响区域主要在高程880 m以上，高程880 m以下岩溶槽地地块岩溶化程度低，见典型地段物探电法剖面图2。

图2　库区左岸酉阳附近（黄丝断层）物探电法剖面

3　库区水文地质单元划分

根据区域水文地质资料分析和库区水文地质调查，将工程区水文地质单元划分为3级：

Ⅰ级单元，该单元位于鱼梁江流域，北以浪波河北部瓮安县与福泉市交界附近为界；西以浪波河、围阻河、鱼梁江西部边缘福泉与贵定交界附近为界；南以坝忙—谷洞一线以南长江与珠江水系分水岭为界；东以麻江县以东为界。

Ⅱ级单元有3处分水岭，分别位于东南部谷洞—新寨以东一线；西部谷洞—鸡冠岭一线；北部杀牛坪—五朵梅花—吴家庄一线。该单元受河流控制不封闭。

Ⅲ级单元有2处分水岭，分别位于库区右岸的谷洞—笔架山—窝山—大坡一线；左岸五朵梅花—猫猫营—望高楼—桐油坪一线。该单元与Ⅰ、Ⅱ级及鱼梁江共同组成与工程区关系最密切的水文地质单元。

工程区右岸位于Ⅲ级单元分水岭谷洞—笔架山—窝山—大坡一线以北，左岸位于Ⅱ、Ⅲ级单元分水岭杀牛坪—五朵梅花—猫猫营—望高楼—桐油坪一线以南。

北部Ⅱ级单元分水岭杀牛坪—五朵梅花—吴家庄一线，根据地表水流向及泉水的分布特点判断，该界线既是围阻河与鱼梁江的地表分水岭，又是地下水分水岭；该分水岭以东为碳酸盐岩岩溶水。界线南部地下水总体向南和东方向径流，排泄于鱼梁江。从以五朵梅花—猫猫营—望高楼—桐油坪一线为界的Ⅲ级分水岭两侧泉水出露高程及地下水的活动程度综合分析，该处地下分水岭存在，其高程在930（猫猫营附近溶槽谷地）~ 1 000 m，地下水分别向鱼梁江上游和下游排泄。

南部Ⅱ级单元分水岭谷洞—新寨以东一线，界线以北汇入鱼梁江和鱼梁江支流平堡河。发育于其内的Ⅲ级单元分水岭谷洞—笔架山—窝山—大坡一线，根据地表水流向及泉水的分布特点判断，该界线既是平堡河与鱼梁江的地表分水岭，又是地下水分水岭，界线西部汇入鱼梁江，东部汇入平堡河，平堡河于黑塘桥下游汇入鱼梁江。

4　水库渗漏分析

4.1水库向邻谷渗漏分析

根据规划方案，凤山水库工程正常蓄位为910m，水头抬高约65 m，洄水长度约18 km。

水库左岸无低邻谷分布，不存在邻谷渗漏问题。

水库右岸主要支流平堡河在鱼梁江以东，长约15 km，源头在安谷以南约6 km的上坝附近，最初呈东西向流，经官庄后折向南北，经平堡、中堡、下堡等地转为北西向流经马场坪至新桥附近注入鱼梁江。其与鱼梁江的河间地块宽约5 km。分水岭在笔架山—窝山—大坡一线，为南北向展布的碎屑岩脊状低中山，山脊制高点高程1 283.30 m（窝山）～1 380 m（笔架山）。根据鱼梁江与平堡河之间地表分水岭两侧谷坡发育的较大型冲沟源头地下水出流的高程为1 000～1 045 m判断，地下水水位与地表水分水岭一致，水库右岸分水岭地下水位应高于1 000 m高程。水库右岸不存在邻谷渗漏问题。

4.2水库通过左岸溶槽谷地地块向下游渗漏分析

河谷走向与构造线近于平行，库区出露地层多为碳酸盐岩可溶岩地层，水库左岸，沿黄丝断层（F10）发育了北东向的鱼酉—黑塘桥岩溶槽谷，谷底高程多在900 m以上并常年有水流；谷底最高处在猫猫营与下鱼梁江之间，高程为960～1 010 m。以此分界，槽谷北东段的地表水流至黑塘桥附近在库区的下游注入鱼梁江；槽谷南西段的地表水则经鱼酉冲沟在库区的上游注入鱼梁江。该岩溶槽谷与鱼梁江之间的地块最宽处约2.5 km，为东西向展布的碎屑岩脊状低中山，山岭制高点高程为1 106 m。

黄丝断层（F10）在库区上游江边寨和下游黑塘桥与鱼梁江相接，构造破碎带宽度大、物质组成较复杂，具有多期活动特征，从酉阳到黑塘桥段多具压扭性，该段断层下盘多发育上升泉，钻探压水试验显示其透水性较弱，物探测试显示其溶蚀管道不发育，由此判断，黄丝断层（F10）在库区酉阳到黑塘桥段具有一定的阻水性质，且溶蚀现象不发育，沿断层产生管道式渗漏的可能性较小。受断层影响，断层两侧影响带岩体破碎，赋水条件好，透水性较强，沿其产生渗漏的可能性较大。

沿黄丝断层（F10）物探测试成果显示，地下溶蚀发育及影响区主要位于880 m高程以上，880 m高程以下无形成贯穿性岩溶管道的水文条件，岩溶化程度低。其次，P1q、P1m为强可溶岩地层，但与鱼梁江库区中下段多为非可溶岩或可溶岩组夹半坚硬岩阻隔，局部地下分水岭存在，综合分析地下分水岭高程高于920 m。

综上所述，该渗漏带虽因黄丝断层（F10）发育有一定宽度（局部达1 km以上），但破碎带、影响带及沿线地层岩性溶蚀现象发育程度较低，且无外源水流补给、880 m高程以下岩溶化程度低，沿渗漏带产生集中岩溶管道渗漏的可能性较小，可能的渗漏形式以溶隙性、裂隙式渗漏为主。

5　结语

（1）凤山水库工程区位于贵州第二梯级地面的东部，属中低山、丘陵地貌，可划分为四级夷平面，分别为1 500、1 300、1 000、750 m。库区主要出露古生界寒武系、志留系、奥陶系、泥盆系、二叠系及三叠系地层，岩性主要有白云岩、灰岩和砂岩等；库区位于黄丝背斜与都匀向斜的共同翼，分布于左岸的黄丝断层（F10）为库区的主要断裂构造。根据工程区出露地层的岩性组合特征，将其划分为强岩溶含水岩组、中等岩溶含水岩组、弱岩溶含水岩组（相对隔水层）和隔水层。

（2）岩溶形态在平面上分布比较分散，无明显规律性；在垂向上对应各时期夷平面具有成层分布特点，其中高程900～1 000 m（山盆期第二亚期）岩溶较为发育。

（3）整体上水库库盆封闭条件较好，不存在岩溶渗漏问题。但沿黄丝断层（F10）形成的溶槽谷地形成可能的库区渗漏通道，综合分析认为该处产生集中岩溶管道渗漏的可能性较小，可能的渗漏形式以溶隙性、裂隙式渗漏为主。

参考文献

［1］水利电力部水利水电规划设计院.水利水电工程地质手册［M］.北京.水利电力出版社，1987.

［2］欧阳孝忠.岩溶地质［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［3］GB 50487—2008水利水电工程地质勘察规范［s］.

［4］GB 50027—2001水利水电工程水文地质勘察规范［s］.

中图分类号TV223.4

文献标识码B

文章编号1007-6980（2016）01-0042-04

作者简介

李松磊男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222