德泽水库库区渗漏分析

张雄云,米 健

(云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650051)

德泽水库库区渗漏分析

张雄云,米 健

(云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650051)

德泽水库库区灰岩出露面积超过90%,库区渗漏是水库的主要工程地质问题,是工程能否成立的决定性因素,通过深入研究库区岩溶发育规律及水文地质条件,认为水库库区不存在渗漏问题。

岩溶;地下水;河间地块;渗漏

德泽水库为牛栏江—滇池补水工程的水源工程,水库坝址位于曲靖市沾益县德泽乡南面牛栏江干流上,距离昆明市约210 km。水库大坝设计为混凝土面板堆石坝,最大坝高142 m,正常蓄水位高程1 790.0 m,总库容4.41×108m3,为大(二)型水利工程(图1)。

图1 区域地质简图Fig.1 Regional geological map1.非可溶岩;2.可溶岩;3.断层及编号;4.褶皱及编号;5.泉点及编号;6.正常蓄水位线;7.水库大坝位置。

1 地质概况

1.1 地形地貌

工程区位于滇中高原北东与黔西高原交界处,属中山—高原地形,地貌单元为岩溶—高原亚区之构造侵蚀溶蚀中山地貌。总体地势大致是西北部高,东南部低。库区高原面岩溶地貌特征明显。水库区西部有低邻谷东川大白河。坝址及库区前段以西发育一条构造侵蚀—溶蚀低邻谷槽谷(车乌河),与牛栏江交汇于德泽乡下游500 m处,构成德泽—车乌槽谷型盆地地貌。

1.2 地层岩性

可溶岩大面积分布于库区两岸,地层主要以Zbdn、P1q、P1m、C2、C3、C1b、C1d、D3zg为主,岩性主要为灰岩、白云岩。其中Zbdn分布于车乌槽谷以西,D3zg、C1b、C1d主要分布在坝址区及库区前段两岸山体,C2、C3分布于库区中段,P1q、P1m分布于库区中部以上河床及两侧高原面山体。

非可溶岩地层主要以Zbn、Zbd、∈1c、D2h、P1l、P2β为主,岩性主要为砂岩、砂砾岩、泥岩、粉砂岩、石英砂岩。其中Zbn、Zbd分布于车乌槽谷以西,∈1c、D2h主要分布于坝址区及近坝库区两岸及河床部位,为相对隔水层。P1l分布于库区左右岸顶部,P2β分布于库尾。

1.3 地质构造

工程区位于川滇径向构造带与云南“山”字型构造脊柱复合部位,构造线方向以NE向压性构造为主,次为NNE-NW、NNW向的张扭性或张性构造。

鲁冲—车乌断裂(Ⅱ2)位于库区左岸,由库尾左岸发育,顺车乌槽谷延伸至德泽盆地内,长度>80 km,走向N15°～30°E,倾向NW向,倾角50°～85°。该断层控制了工程区左岸次级地貌——车乌槽谷的发育,是一条中—晚更新世活动断裂。

1.4 岩溶发育规律

工程区在岩溶分区上处于亚热带湿润气候型岩溶—中山山地岩溶区之高原岩溶亚区,岩溶地貌的形成大致经历了三个岩溶发育期:第一岩溶期(早第三纪),本区称“师山期”,喜山运动一幕,工程区为高原岩溶期,形成海拔2 500～3 000 m的丘峰和溶洼;第二期(晚第三纪石林岩溶期),本区称“昭鲁期”,喜山运动二幕,海拔1 800～2 200 m,有较厚的风化壳,岩溶形态以岩溶盆地为主,在盆地边缘斜坡地带及河谷两岸,溶洞和岩溶大泉广泛分布;第三期(第四纪南盘江岩溶期),本区称“金沙江期”,海拔1 650～1 800 m,新构造运动强烈,地壳强烈上升,河流深切,形成峡谷,河谷地带岩溶发育。库区分布高程为1 650～2 000 m,因此主要为第二、三期岩溶。

1.5 水文地质

1.5.1 库区左岸河间地块

(1) 排泄边界。库区左岸河间地块为向斜构造[1]。该含水层于河间地块北侧及东、西两侧隔水边界(D3/D2)分布较为稳定。在东侧地段,牛栏江河谷为东面的地下水排泄边界(高程1 665～1 670 m),在坝址上游2～3 km范围地段排泄边界(高程1 760～1 830 m),该隔水边界在坝址位置上、下游呈整体稳定状延伸约5.8 km;在西侧地段,低邻谷(车乌河)右岸,地下水排泄边界(高程1 782～1 800 m),与水库正常蓄水位高程基本一致,该隔水边界于车乌村上、下游顺车乌河呈稳定连续状延伸约7 km,仅在大梁子南侧—罗家坡村段(长约1 050 m)砂页岩相对隔水层顶板出露高程为1 740～1 790 m,低于水库正常蓄水位;而在北侧,两河流交汇地段上游的河床为地下水渗漏排泄边界(高程1 650～1 655 m)。牛栏江左岸河间地块与车乌河之间的水力坡降为3.91‰。

(2) 地下水高程特征。

① 土洞水—罗家坡。牛栏江左岸ZKK01孔最低地下水位1 853.50 m,在库区左岸出露W4、W5泉点,其高程为1 830 m,车乌河右岸出露W9(高程1 830 m)泉点,高程为1 790 m。因此水库西侧地形分水岭处存在地下分水岭(高程约为1 882.18 m)。

② 坝址左岸—打车沟。左岸ZKK02孔观测最低地下水位1 786.16 m,在坝址下游左岸出露W3泉点,高程1 790.68 m,车乌河右岸出露W8泉点,高程1 783 m,分水岭处ZKK03钻孔最低地下水位高程为1 817.06 m,高于设计库水位(1 790 m)。

③ 罗家坡—大梁子南侧。该段低邻谷因受区域断裂(Ⅱ2)与F5、F6断裂的共同作用,在低邻谷右岸隔水边界(D3/∈1c)于1 910 m高程附近出露地表,D3/∈1c接触带出露LW1、LW2泉点,其高程为1 915.00～1 925.00 m,ZKK04处D3zg/∈1c接触带高程约1 800 m,钻孔水位高程1 794 m,W9泉水处高程为1 790 m,说明地下水分水岭高程高于正常蓄水位(1 790 m)。

1.5.2 库区右岸

在右岸大面积分布的碳酸盐岩地区,由于各种形态岩溶发育,为大气降水及地表水的补给提供了良好的通道,补给面积大,富水性较好,其补给、径流、排泄区较畅通。如坝址及近坝库区右岸出露的老鸭洞岩溶大泉(W11)及穿河洞地下河(W14),为右岸地下水、地表水通过落水洞、水平溶洞、暗河伏流等强溶蚀管道向牛栏江排泄的表现,主要出露高程范围为1 700～1 730 m,少量泉点受断裂发育的影响,出露于牛栏江河床高程部位(1 670 m附近)。该岩溶发育区地下水埋藏深度大,一般>150 m,近河床岸坡亦为50～80 m,水力坡降平缓,最大不超过2%～3%。

2 水库渗漏分析

2.1 库区渗漏

(1) 水库东侧(右岸)约50 km为南盘江河谷,南盘江河床高程远高于水库正常蓄水位,河间地块存在远高于水库正常蓄水位的地下水分水岭,水库不存在向东侧南盘江产生永久性渗漏问题。

(2) 水库西侧(左岸)低邻谷大白河,距库区最短距离约32 km,河床低于水库正常蓄水位约250 m。河间地块山体宽厚,主要构造线与地层走向呈NE向展布,平行地形分水岭,同时存在高于正常蓄水位的地下分水岭(两侧均有泉水出露),深部地层为相对隔水岩层。因此水库不存在向西侧低邻谷大白河产生永久性渗漏问题。

(3) 库区两岸区域断裂大体平行河谷展布,仅在左岸鲁冲—车乌断层与库尾库水接触。该断层北东段沿构造侵蚀槽谷(车乌槽谷)向NE延伸至坝址下游5 km斜切河床,北西侧由灰岩、白云岩组成,岩溶中等发育,透水性强,而南东侧分布砂、页岩相对不透水岩层。因断层南段切割连接库尾的槽谷谷底高程(1 805 m)高于正常蓄水位,同时由于砂、页岩的阻隔,库区左岸沿断层地带出露的泉点高程(不低于1 800 m),一般高于正常蓄水位,说明在水库与该断层之间存在高于库水位的地下水分水岭,使库水不存在通过断层向槽谷渗漏的水文地质条件。鲁冲—车乌断层带在该段为非活动性断裂,断层带宽数十米至上百米,由胶结紧密的角砾岩、碎裂岩组成,透水性弱,因此沿断层带也不会产生渗漏。

(4) 库区水文地质条件表明[2],牛栏江右岸地表水及地下水分别以冲沟水及岩溶、裂隙泉点形式排泄于牛栏江河床,说明水库右岸近库岸山体存在远高于库水位的地下水分水岭。库区至坝址右岸下游的费冲冲沟之间发育连续完整的∈1c砂、页岩相对隔水岩带,出露的泉水高程均高于正常蓄水位(1 800 m以上),分析认为上、下游山体之间存在高于正常蓄水位的地下水分水岭,所以库水不存在通过近坝右岸山体向下游冲沟渗漏的地质条件,水库不会向右岸下游的费冲冲沟产生渗漏问题。

2.2 近坝左岸河间地块渗漏

受区域断裂的控制,坝址左岸库区山体以西发育一条构造侵蚀—溶蚀低邻谷槽谷(车乌槽谷)。该槽谷距牛栏江河谷4～7 km,深400～450 m,沿NNE向展布,沟底发育车乌河,河底高程在1 650～1 800 m之间,与牛栏江交汇于德泽乡下游。牛栏江与车乌河之间发育的山体为单薄河间地块,分布高程在1 700～2 250 m之间,顺NNE向延展约12 km后交汇于德泽乡下游,山体顶部主要为典型的岩溶地貌,形态为溶蚀残丘夹溶蚀洼地、槽谷地形,山脊宽度一般为1.5～2.0 km,山体地表分水岭与山脊走向基本一致,最高高程为2 250 m,最低点位于山脊北部德泽乡下游,高程约为1 650 m。

低邻谷车乌河右岸砂、页岩相对隔水层顶部出露高程为1 782～1 910 m,与拟建水库正常蓄水位基本一致,具明显的阻水作用。虽然在大梁子南侧—罗家坡村段砂页岩相对隔水层顶板出露高程1 740～1 790 m,有渗漏条件,但通过钻孔水位(高程1 794 m)及岩溶水文地质条件(泉点高程1 915 m)分析,牛栏江与车乌河之间的河间地块存在地下水分水岭,在所有地段其高程高于设计正常蓄水位(最高在罗家坡一带达1 934.70 m左右),因此水库不存在向车乌河低邻谷渗漏。

2.3 库首绕坝渗漏

2.3.1 右岸山体产生库首绕渗问题

坝址区处于(D2h—∈1c)砂泥岩分布区,在右岸高于蓄水位1 790 m的渗漏隔水边界(D3/D2)向上游方向延伸长度为1.5 km,出露高程1 795～1 835 m;向下游方向延伸约360 m,低于库水位,该段成为右岸库水可能产生库首绕渗的最低、最短出渗点。右岸勘探钻孔最枯季节地下水位为1 800.97 m,是D2h砂岩地下水,高于正常蓄水位,根据D2h/D3zg接触带产状推算,从右坝肩向山内外延400 m后,其接触带高程为1 790 m,整个右岸山体极宽厚,地表水、地下水丰富,按照右岸地下水补给、径流、排泄条件分析,从右坝肩向山内外延400 m段有砂、页岩相对隔水层,不存在渗漏条件,其后的D3zg层白云岩地下水位也高于1 800 m,不存在低槽区,因此,不存在库水通过右岸山体产生库首绕渗问题。

2.3.2 左岸山体产生库首绕渗问题

在左岸,高于蓄水位1 790 m的渗漏隔水边界(D3/D2)顺山体延伸,向上游方向延伸长度为1.8 km,出露高程1 810～1 830 m,向下游方向延伸160 m后低于库水位,成为左岸产生库首绕渗的最低或最短出渗点。

据ZKK02钻孔观测资料及W3泉点资料分析,自左坝肩向山内外延260 m,其地下水位高程高于1 790 m,再向山内延伸至ZKK02钻孔,为地下水低槽带,仅低于正常蓄水位1～2 m。低槽带于2008年11月10日观测最低水位高程为1 788.98 m(最大变幅还可能下降10 m,2009年3月最枯月观测地下水位高程为1 790.53 m)。该低槽带成为左岸库水通过库内岩溶含水层向下游产生库首绕渗的最短通道,勘探资料及坝址区岩溶规律表明[3],该绕渗带岩体不发育水平型或垂直型的岩溶管道系统,岩溶现象主要为顺层面溶隙,含水岩层呈缓倾角层状分布,透水性主要为弱—微,局部溶孔发育带为中等透水层,水库蓄水后在该带会产生地下水壅高现象。无论在现有观测水位,还是在地下水下降达10 m的情况下,该地下水低槽带在水库蓄水后,地下水壅高的水位高程均高于水库正常蓄水位高程。因此,坝址左岸河间地块不会产生库首绕坝渗漏问题。

3 结论

水库库区不存在向东侧(右岸)南盘江河谷、西侧(左岸)邻谷大白河及右岸北侧费冲河流产生永久性渗漏问题,同时也不会沿鲁冲—车乌断层带向西面车乌槽谷产生永久性渗漏问题。经过对近坝左岸河间地块的勘察表明,牛栏江与车乌河之间存在地下水分水岭,且分水岭高程高于1 822.00 m,因此德泽水库在正常蓄水位(1 790 m)下,不会通过左岸河间地块向低邻谷(车乌河)产生永久性渗漏问题。

德泽水库于2012年下闸蓄水,2013年成功达到正常蓄水位高程1 790 m。

[1] 田毅,赵永川,陶忠平,等.牛栏江—滇池补水工程德泽水库初步设计报告[R].昆明:云南省水利水电勘测设计研究院,2011.

[2] 中华人民共和国水利部.水利水电工程水文地质勘察规范:SL 373—2007[S].北京:中国水利出版社,2007.

[3] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB 50487—2008[S].北京:中国计划出版社,2008.

(责任编辑：陈姣霞 于继红)

Analysis of Leakage in Deze Reservoir Area

ZHANG Xiongyun,MI Jian

(YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation,DesignandResearch,Kunming,Yunnan650051)

The area of limestone exposed in Deze Reservoir area is more than 90%.The leakage of reservoir area is the main engineering geological problem of reservoir.It is the decisive factor in whether the project can be established.Through in-depth study of karst development and hydrogeological conditions,there is no leakage problem in the area.

karst; groundwater; massife; leakage

P642.25; TV697.3+2

A

1671-1211(2017)05-0581-04

2017-02-06;改回日期2017-02-27

张雄云(1984-),男,工程师,岩土工程专业,从事水利水电工程地质勘察工作。E-mail:553493315@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.018.html数字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.015