贵州龙洞湾水库左岸岩溶渗漏分析

2021-03-30简红波

水利规划与设计 2021年3期

简红波，彭峰，王益

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义 563002)

1 工程概况

龙洞湾水库位于贵州省务川县浞水镇长江村境内浞水河上，是贵州省“十三五”水利规划乡乡有稳定水源工程项目之一。其枢纽工程主要由挡水、泄水和取放水建筑物组成，大坝为堆石砼单曲拱坝[1- 2]，最大坝高46.0m，正常蓄水位913.0m，水库总库容174万m3，该工程于2018年8月开工建设，目前大坝已封顶，后续工作仍在紧张进行中。

2 库区地质概况

2.1 地形地貌

库区总体地势为南、南西部高，北、北东部低，属中至浅切低中山至中低山侵蚀河谷及溶蚀沟谷地貌。河床高程872.0～913.0m，比降4.6%，左岸分布有三汇溪低邻谷，与库区河流近平行展布，对应河床高程815.0～913.0m，河间山体宽0.5～1km，河间地块上还分布有近南北向展布的小河沟槽谷[3- 4]，发源于库尾左岸堰塘湾，沟底高程872.0～913.0m，沿地表稳定径流至KWD1岩溶洼地进入地下岩溶管道伏流在下游楼房处K10溶洞出露汇入三汇溪，地下伏流段高程为820.0～872.0m。

2.2 地层岩性

水库区主要出露志留系下统龙马溪组(S1l)、石牛栏组(S1s)、中统韩家店组(S2h)地层。S1l层为粉砂质泥岩、页岩，主要在库区中上游河段库盆底部；S1s主要为中至厚层含泥质条带灰岩、含泥质灰岩，厚42～50m，为库区主要可溶岩层，在库区右岸分布高程高于正常蓄水位，在左岸中部陡崖一带分布倾斜延伸至低邻谷出露；S2h主要为页岩、粉砂质页岩夹粉砂岩等，主要分布在库区两岸山体顶部向两岸及库尾延伸大面积分布。

2.3 地质构造

库区位于浞水向斜南东翼，区内主要发育有学堂坳断层F1，该断层自库区右岸长湾一带横切库首河谷延伸至左岸S2h碎屑岩地层因应力释放而逐渐灭尖，为一压扭性逆断层，断层产状N31～37°W/SW∠75～78°，断距为15～30m，断层破碎带宽3～5m，多为泥质胶结。受区域构造影响，还发育有f1、f3及f4次生断层，强风化裂隙较发育。岩层整体倾左岸，河谷结构为走向谷。

2.4 岩溶水文地质条件

2.4.1岩溶发育概况

水库区两岸坡及河谷地表出露S2h和S1l碎屑岩地层为主，地表水径流条件较好。地层结构空间分布为自上而下依次分布S2h、S1s、S1l地层，岩层总体缓倾左岸，S1s层在库区一侧出露面积较少，河间地块内下伏于S2h碎屑岩层，岸坡出露区主要以地表溶沟溶槽、溶蚀裂隙发育为主，据调查，左岸及邻谷S1s层主要发育有以K2、K10为出口的地下岩溶管道系统。K2出溢点高程883.7m，流量稳定，一般流量3～8L/s，汛期流量10L/s以上，且出水浑浊，浑浊程度与河水相当，说明受大气降雨影响较大，补给途径短，分析推测受库尾一带河水补给的可能性较大。三汇溪低邻谷发育的K10岩溶管道出口高程820.0m，一般流量2～5L/s，较稳定，在K10南侧小河沟下游S1s出露区发育有岩溶洼地KWD1及落水洞KLD8，通过连通试验证明，KLD8与K10连通，小河沟沿地表稳定径流后进入KLD8落水洞集中补给K10出水溶洞，经分段流量观测，K10流量与KLD8地表水汇入量无明显差异，说明K10出水溶洞主要由KLD8落水洞集中补给为主，其次为管道附近两侧地下水横向补给。如图1所示。

2.4.2地下水类型及含水岩组的划分

水库区和邻谷出露地层中碳酸盐岩和碎屑岩类均有分布[5- 7]，地下水类型主要为碳酸盐溶洞水和基岩裂隙水两大类，根据本区各地层单元岩性特征、岩溶发育程度及水文地质特性[8]，将区内出露地层单元划分为强岩溶含水岩组和弱含水相对隔水岩组，划分结果见表1。

2.4.3库区左岸岩溶发育特征规律

为查明水库左岸与低邻谷河间地块S1s层岩溶水文地质情况，除地表岩溶水文地质调查工作外，还采取了钻探、物探(EH4)、水位观测及连通试验等勘察手段[9- 11]。在左岸地表分水岭沿线横向布置了三条EH- 4物探线及水文孔ZK1、ZK7，如图1所示。据EH4物探资料显示，库区临河岸坡岩溶发育程度较高，尤其是库尾f4断层及库区中部f3断层影响带较为明显，而向岸坡深部(地表分水岭以外)岩溶发育逐渐减弱。另外，钻孔ZK1、ZK7揭露：S1s层岩芯完整性好，未见溶蚀现象，压水试验岩体透水率多小于5Lu。经反复观测，孔内稳定水位均高于K2出溢点高程，且高于S1s层顶界分布高程，钻孔水位观测结果见表2，说明左岸地表分水岭附近存在高于河水位的地下分水岭，库区河流为补给型河流。根据岩层结构分布与水文地质特征分析，库区一侧岸坡至分水岭地下水向三汇溪低邻谷补给的可能性极小，说明左岸至邻谷间S1s可溶岩层深部岩溶不发育，岩溶发育主要集中在分水岭以内近岸坡浅部一带。

表1 库区水文地质岩组划分表

图1 水库区地质平面简图

表2 左岸水文孔ZK1、ZK7孔内水位观测统计表

综合分析，库区左岸分水岭外侧山体上部均为连续稳定的S2h碎屑岩地层覆盖，受上伏S2h相对隔水层阻隔，S1s层地下水补给受限；其次在库区近岸一带S1s层出露区接受较为有限的地下水补给后主要沿纵向(河向)排泄补给K2出露，库区一侧补给区地下水动力作用释放，然而对岸坡深部地下水动力作用减弱，向地表分水岭至外侧山体岩溶逐渐减弱岩溶弱发育；地表分水岭以内近岸由于受断层、裂隙构造切割以及早期河流的侧向侵蚀作用，岩溶相对较发育，但分水岭以内山体单薄，地表集雨面积和补给区极其有限，岩溶发育主要以短道的岩溶管道、流量较小的出水溶洞为主，受季节影响较大，与K2、K10调查资料吻合。

本区碎屑岩与可溶岩成层性相间分布，碎屑岩分布相对较广，断层及裂隙构造发育，岩溶发育差异性较大，总结岩溶发育有以下特点及规律：①岩溶发育及岩溶化程度与岩性及其分布影响密切相关，河间地块内S1s层下伏于S2h相对隔水层，岩溶弱发育，仅库区及邻谷近岸坡一带S1s层地表出露区受断层、裂隙切割影响岩溶相对较发育，岩溶主要以地表溶蚀及短道的岩溶管道为主，岩溶形态发育规模相对较右岸小，地下水主要沿纵向或斜向排泄就近补给河流，库区一侧与邻谷存在水力联系的可能性小，为独立的岩溶管道系统，岩溶发育在平面分布上具有明显的差异性。②受地形控制：岩溶发育具有不均性，S1s出露区在地形相对平缓的斜坡、台地及洼地，地表汇水条件较好，为岩溶个体形态的发育创造水动力条件，岩溶发育程度高，另外，地下水为适应不断下潜的最低排泄基准面，岩溶管道多沿地形切割更低的沟谷就近发育。从整个库区来看，南侧地形相对北侧较高，北东部相对南西部较低，为适应地下水最低排泄基准面，库区左岸K2及邻谷下游K10岩溶管道总体上为由南向北或由南西向北东补给，库区与邻谷河流分布为分水岭两侧岸坡最低排泄基准面。③受构造控制：岩溶多顺岩层及断层、裂隙结构面发育。库区多为单斜岩层，倾角较缓，可溶岩与碎屑岩相间分布，受碎屑岩相对隔水岩层阻隔，岩溶管道多顺层沿岩层倾向发育，左岸K2短道岩溶管道系统主要沿近岸坡顺河向及卸荷裂隙及层面发育。④受新构造运动、岩溶发展阶段控制：不同时期岩溶发育形态不同，其具有明显的差异性，但同时也具有一定的继承性。本区岩溶发育主要为山盆期第一亚期与第二亚期过渡期，相适应的溶洞层高程为800～1000m，该期溶洞发育，主要以岩溶洼地、斜向落水洞和水平发育的溶洞、岩溶管道及出水溶洞、岩溶泉等为主，如岩溶管道进口及K2、K10岩溶管道系统出口，均接受竖直或斜向岩溶形态的补给，就近排泄补给附近河流。水库区受地形、地层岩性分布特征及构造切割的不同，总体上岩溶发育表现出明显的不均性。

2.4.4地表水、地下水补径排特征

水库左岸在地形上分水岭为单薄的脊状山体，分水岭以外至三汇溪邻谷河间地表均为连续分布的S2h层覆盖，地形坡度总体较大，地表径流条件好。左岸山体存在地下分水岭，库区一侧地下水主要为上游向下游纵向或局部斜向补给库区河流，水库区为补给型河流，与邻谷三汇溪之间存在水力联系的可能性较小，地下水的补、径、排及岩溶发育各自为系统[12- 14]，岩溶管道发育方向总体上代表地下水的径流方向，浞水河为本区最低排泄基准面。

3 库区左岸岩溶渗漏分析

3.1 左岸F1断层以上(上游)库岸渗漏评价

水库蓄水存在沿S1s可溶岩地层向邻谷渗漏可疑。据前述资料分析论证，左岸地表分水岭附近存在地下分水岭，其高程高于S1s强含水层分布高程，分水岭以内地下水补给K2岩溶系统；库区一侧近岸坡岩溶发育程度较高，受上部S2h阻隔，向岸坡深部(地表分水岭以外)岩溶发育逐渐减弱，与邻谷之间河间地块内S1s层岩溶不发育，岩体透水性弱，钻孔揭露岩体透水率均在5Lu以下，K2与K10为相对独立的岩溶管道系统；虽发育有F1断层切割，但未切割延伸至邻谷，库区与三汇溪邻谷间存在水力联系的可能性极小。因此，水库蓄水后库水沿S1s可溶岩层向左岸三汇溪及小河沟低邻谷渗漏的可能性小，如图2所示。

图2 库区Ⅰ—Ⅰ＇水文地质剖面图

图3 库区Ⅱ—Ⅱ＇水文地质剖面图

3.2 左岸F1断层以下(下游)库岸渗漏评价

左岸F1断层以下山体受上游冲沟及下游河弯切割，山体较单薄，受构造影响，近岸坡浅部岩溶较强烈，以顺河向的短道型岩溶通道发育为主，地下水主要沿纵向，局部斜向排泄补给下游河床，向岸坡深部岩溶不发育。据钻孔压水试验资料表明，857.41m高程以上透水率均大于5Lu，以下均小于5Lu。因此，水库蓄水后存在沿F1断层破碎带，强风化，裂隙、溶蚀带等向下游渗漏问题，可采取防渗帷幕处理解决，如图3所示。根据坝区水文地质条件，左岸防渗帷幕设计底界接S1l相对隔水层，封闭强风化、强岩溶及断层破碎带强透水岩体，边界接S2h相对隔水层及S1s层弱岩溶弱透水岩体。