唐山陡河水库凤山地下水渗流场探测分析

张丽艳

（唐山市陡河水库管理处，河北 唐山 063021）

唐山市陡河水库建成于1956年，是引滦入唐工程的终端调节水库。水库上游来水量和下游供水量差别较大，每天的损失量扣除蒸发量后可达1.0×105m3。水库运行40多年以来，超过正常蓄水位（34.0 m）共3次，最高水位达34.33 m，左坝肩山体存在强渗漏通道可能是引发上述问题的主要原因。基于此，本文通过同位素综合示踪等方法对陡河水库地下水渗流场进行探测分析。

1 库区地质概况

陡河水库位于河北省唐山市东北约15 km处，大坝为均质土坝，最高坝高25 m，包括河床段、一级台地段，主坝全长1700 m。库区内地质大部分为第四纪冲积区，属近海三角洲的沉积产物，后期经过上升、下降、冲刷、沉积作用，形成了现在的河槽及冲槽。

大坝的东端凤山区属寒武纪灰岩，岩中夹杂有灰质或泥质页岩，地质断层、裂隙较多，属喀斯特发育，渗透系数一般为12.5 m/d，两纪岩层交界处有页岩隔水层分布。

2 水库凤山地下水渗流场分析

在水库左坡岸凤山段设置10个示踪实验孔，对该地段进行水文地质条件及渗流特征分析。侧孔深度40 m～140 m不等，观测孔平面位置，观测孔平面位置见图1[1]。

2.1 水库温度示踪试验

为调查水库中的低温渗漏通道，对水库进行温度示踪试验，测量每个试验点的温度电导值，并取部分水样进行同位素和水化学分析[1]。分析发现，水库的低温渗漏通道从水库上游通过河床洼地呈线性分布，见图1。

图1 水库温度示踪试验点

2.2 环境同位素与水化学分析陡河水库渗流场

陡河水库雨水观测站设于石家庄，观测站雨水线与陡河水库区水样D、18O同位素分布图（见图2）显示多数数据已严重偏离了该条雨水线。通过回归分析[2]，发现这些数据之间的相关值为0.4404，发生了18O漂移，即表明水气、水岩之间存在相互作用，水中的同位素发生了平衡分馏。

图2 石家庄地区雨水线与陡河水库区水样D、18O同位素分布

水样中的Ca2+离子与TDS的相关性达到58%，金属离子与矿比度的相关性达到95.22%，而其它的阳离子与TDS的相关性都较差，这说明电导率增大的主要原因是水中的Ca2+离子，参见图3、图4。

图3 Ca离子-TDS相关分析

图4 金属离子-TDS相关分析

在径流方向上Cl-含量只会增加不会减少。水库中3个水样中的Cl-含量分别为32.56 mg/L、32.56 mg/L和32.21 mg/L。在各钻孔中，只有9#、10#孔中的Cl-含量高于此值，均为80.16 mg/L，显然，水库的渗漏通道只能在9#、10#孔一带。

3 示踪探测结果分析

（1）1＃孔表层5 m处的计数率大，较为破碎，21 m、27 m、41 m处出现了密度尖点，说明此处也较为破碎。钻孔过程中在21 m、27 m孔深处出现过落钻，表明该孔的渗透流速较大，根据检测，钻孔底部51 m孔深处渗透流速达到0.8 m/d。电导在34 m～44 m孔深处电导值只有510 μs/cm～520 μs/cm，出现低谷，说明34 m～44 m孔深处有地下水的补给，对应的渗透流速较大，但该孔的温度随孔深有上升趋势，说明渗漏水流补给时间较长，来自库水的渗漏量并不大[3]。

（2）2#孔28 m孔深以上计数率较大，密度尖点多，地层较为破碎，地下水位以下47 m孔深（高程5.07 m）处出现一密度尖点。从流速分布图来看，在孔深47 m处的流速最大，达到1.2 m/d，由于1#孔和2#孔中的流速都相对其他孔较大，但两孔的温度较高，不存在低温渗漏通道[4]。

（3）3#孔31 m孔深以上地层的密度计数率较大，地层破碎，地下水位以下（44 m孔深以下）地层密度计数率较小，地层密实，地下水渗透流速小，渗透流速在0.15 m/d～0.26 m/d，几次测量的温度都较高，高于同期的5#～10#孔，不可能存在低温渗漏通道。

（4）4#孔的密度计数率较大，地层破碎严重，孔中的渗透流速在0.38 m/d～0.9 m/d之间，钻孔过程中多次掉钻；测得温度较高，高于同期的5#～10#孔温度1℃～4℃，随季节变化小，不可能存在低温渗漏通道。

（5）5#孔在孔深24.12 m以上密度计数率较大，岩层破碎；孔深30.12 m和37.12 m处出现两个密度尖点，可能有裂隙或溶洞发育[5]。5＃渗漏流速较小，最大流速仅为0.12 m/d，孔温度基本呈梯形上升趋势，属正常的地温变化。

（6）6#孔在孔深12.78 m以上、38.78 m～52.78 m孔深处的岩层密度计数率偏大，岩层较为破碎，另外在54.78 m孔深处出现一密度尖点，相应流速0.15 m/d，该孔的最大流速出现在孔深53.28 m附近，为0.25 m/d。参数表明水流补给时间长，具有溶蚀条件。

（7）7#孔地下水位以上（孔深54.15 m，13 m高程以上）计数率普遍偏大，岩层破碎程度较重，孔深54.15 m以下计数率较小，岩层密实度好，渗流流速小，最大渗透流速在孔深56.15 m（11 m高程）处，仅为0.1 m/d，温度随孔深呈上升趋势，表明渗漏水流的补给时间长，具有溶蚀条件，但不存在很强的渗漏通道。

（8）8#孔地下水温度变化较小，孔中存在明显的垂向流，除表层4 m外，该孔的密度计数率小，岩层较密实，表明渗漏水流补给时间长，存在溶蚀的可能性[6]，但不存在很强的集中渗漏通道。

（9）9#孔加深前的渗透流速较小，最大流速仅为0.08 m/d，测得温度相对较低，10#孔渗透流速也较小，最大流速为0.1 m/d，孔深12.7 m（71 m高程）处密度计数率较大，可能有裂隙或溶洞发育[7]，钻孔中在此处存在漏水，地下水位以下密度计数率较小，地层较密实，验证了较小的渗透流速。

从温度电导情况看，10#孔的温度最低，但是10#孔的测量孔深只有85 m，而9#孔的测量孔深达到143 m。9#孔地下水温度随孔深的变化有下降趋势，说明在9#孔附近存在一个吸热热源作用，抵消了地温梯度的影响。位于孔深69.52 m（10.5 m高程）处，温度随着孔深呈下降趋势，最低温度只有13.2℃，孔底部温度只有14.4℃，最大水平渗透流速0.6 m/d，向上的垂向流速达到1 m/min，致使该孔的地下水温度变化小，揭露了底部的承压水层。

取10#孔两个水样，其中T含量分别为:12.16TU和17.23TU，年龄相对9#孔中的水样较老[8]，因此渗漏通道更靠近9#孔，这一点也得到连通实验的验证。

4 结语

考虑唐山陡河水库集中渗漏通道分布的随机性与复杂性，建议1#～10#孔灌浆的顶部高程为34 m，9#孔的灌浆的底部高程为-90 m，10#孔灌浆的底部高程为-85 m，施工中根据揭露的钻孔情况和地层测试结果，随时调整灌浆深度和范围，以更好地提高灌浆效率，节约灌浆费用，为水库的安全施工及运行提供依据。