贵州省西悬水库复杂岩溶成库条件研究

2022-01-07牛志强王军义中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司

珠江水运 2021年23期

◎牛志强王军义中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

我国西南地区是典型的喀斯特地貌发育区，很多水利水电工程，特别是较大的枢纽工程，都会遇到各种复杂的岩溶渗漏问题。查明拟建工程区岩溶发育情况及岩溶渗漏通道，提供可行的处理方案是决定水库能否成库的关键前提条件。吴凯通过压（注）水试验对三坝水库的渗漏问题进行了分析评价。费英烈对岩溶地区水库渗漏的地质规律进行了归纳总结。邵明星就各种地质条件分析了庆安水库渗漏的可能性。

本文以西悬水库为实列，通过详细的现场调查、钻探以及连通试验研究，分析库区的工程地质条件以及水库渗漏问题，综合性的分析评价西悬水库的成库条件。

图1 库区地形地貌（上游下视）

1.工程概况

拟建西悬水库地处黔西北腹地织金县西南部鸡场乡境内，水库的开发目的是为了解决周边村寨的人畜用水和灌溉需求。工程等别为IV等，工程规模为小（1）型，推荐坝型为常态混凝土重力坝，坝顶高程1641m，坝高59m。水库正常蓄水位1638m，相应库容为311.3万m³。

2.库区地质概况

2.1 地形地貌

库区地表表现为岩溶山地景观，为溶蚀、侵蚀浅中切中山地貌。库区岩层走向与河谷延伸方向呈30～40°相交，整体为“V”型谷，且谷底河床多较狭窄，漫滩及阶地不发育。库岸周围山顶高程多为1695～1800 m，河床高程1595～1640m，。库盆河床及两岸多为第四系覆盖，基岩出露较少，植被一般发育。1650m高程以上岸坡陡直，为近直立的绝壁。

2.2 地层岩性

库区出露地层主要为三叠系系夜郎组玉龙山段（T1y2）的浅灰、灰色薄至中厚层微晶质灰岩；三叠系夜郎组九级滩段（T1y3）的紫红色泥岩；三叠系永宁镇组第一段（T1yn1）的土灰色薄至中厚层泥灰岩和灰至灰白色中厚层灰岩及鲕状灰岩；以及第四系覆盖层。岩层产状N15～20°E/NW∠9～12°。

2.3 地质构造

根据相关地质资料及现场调查发现，水库内未见区域性断裂构造与库外相通，总体地质构造简单。库区及库区周围存在4条断层，分别为f1、f2小规模断层及F1、F2区域性断层，见图2所示。

图2 水库及周围地质构造图

2.4 岩溶、水文地质条件

（1）岩溶发育特征。库区内主要发育溶洞、泉点和溶蚀冲沟，溶洞主要分布在库首和库尾河道及河道附近，形状以近似圆形居多。溶洞R1和R2洞壁湿润，洞内可见水流流经，而溶洞R3和R4洞内多有钙化，洞壁干燥无水，尖灭位置未见水流。泉水出露点在左岸及库首河道附近共有8个泉点分布（S1～S8）。库区两岸发育两条主冲沟和多条次级冲沟，次级冲沟部分最终汇集于主冲沟。库区岩溶发育位置见图3。

图3 库区岩溶发育位置图

（2）地下水类型及其补给、径流、排泄条件。根据地下水赋存条件及含水层性质的不同，库区地下水可分为孔隙水、裂隙水及岩溶水。库区地下水的补给主要靠大气降雨，地下水的排泄方式主要为泉水及岩溶管道，且在地下水富集运移过程中，径流方向由地势较高处往低处运动，潜水面与地形起伏、风化深度相适应。

3.库区主要地质问题分析评价

3.1 水库渗漏分析

（1）水库岩溶管道连通试验。为了分析库区内发育的溶洞和泉水出露点是否会对水库正常蓄水造成影响，开展现场岩溶管道连通试验。于溶洞R1、R2处60分钟内投放1吨食盐，投放结束1.5小时后，于投放点下游右岸泉水出露点（S1、S2）处监测泉水电导率变化，试验结果见图4。

图4 连通试验电导率变化趋势图

同时，对伏流进出口水流量进行监测。监测结果显示入口处水流总量约为217.375l/s，库首区附近出口处水流总量约为238.009l/s。以上试验的结果表明，溶洞R1、R2与泉水出露点S1、S2之间形成了地下水流通道。

（2）钻孔压水试验分析。为了了解坝址区及左岸分水岭岩体透水性能，在库区及周边布置了6个钻孔（图5），选取其中的ZK 1、ZK 2、ZK3、ZK5、ZK6等5个钻孔来进行压水试验，压水试验结果见图6。

图5 库区钻孔位置分布图

图6 压水试验结果图

压水试验结果表明，坝址区河段岩体透水率较小，在1～4 Lu之间，据《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL 55-2005）附录D，坝址河段岩体强风化带多为强透水岩体，弱风化上带为弱透水中带至下带岩体，弱风化下带以下为若透水下带至微透水岩体。

（3）邻谷渗漏分析。经现场调查，在距离库区约4.0km有一在建的小坝田水库，通过连通实验，连续取其取水沟渠集中泉水出水口处水样14天，其电导率均介于299～302μs/cm之间，并无明显异常。此外，小坝田水库与西悬水库之间发育的麻地窝背斜，其核部出露三叠系下统夜郎组沙堡湾段（T1y1）页岩，厚度大于100m，具有良好的隔水效果，且两者之间无区域断裂连通。根据以上分析可推断沿小坝田方向渗径未贯通，左岸不存在渗漏通道。

库区右岸地势陡峻，山体厚大，山顶普遍高程多在1700m以上，无低矮邻谷分布，下部有厚度达70m左右的夜郎组九级滩段（T1y3）紫红色泥岩作为隔水防渗依托，且库区右岸内无断裂构造通过，因此水库蓄水后不存在向右岸渗漏的可能。综上所述，西悬水库不存在向邻谷渗漏的问题。

（4）库首渗漏分析。位于库首左岸张家寨附近冲沟内发育一溶洞R05,溶洞常年有水。据现场调查，溶洞附近出露夜郎组玉龙山段（T1y2）灰岩地层，表现为沟谷右侧斜坡地带出现一片约6.8万m2的灰岩“天窗”区(图3)，“天窗”外围出露地层为夜郎组九级滩段（T1y3）紫红色泥岩。通过连通试验，于溶洞R05投放食盐，连续取10天的水样，测试其电导率均处于309～312μs/cm之间，无明显异常，推测溶洞R05与库区未形成贯通的导水通道。为进一步分析库首与天窗区域是否渗漏存在的可能，在左岸地表分水岭垭口布置勘探钻孔ZK6作为水位长观钻孔，通过一个水文年的水位观测，其地下水位均介于1603.44～1603.50m之间，测量值变幅小，属正常范围，但低于水库正常蓄水位约35m。根据ZK06钻孔压水试验及岩芯RQD值计算结果，玉龙山段（T1y2）灰岩（71.9～100.1 m）透水率小于2.0Lu，RQD值多为60%～85%，岩体完整性较好，透水率较小。但是水库蓄水后，库水位抬升，静水压力增大，库区与左岸低矮垭口至“天窗”一线的渗漏可能性不能排除，因此建议采用防渗帷幕对此可能渗漏带进行拦截封堵。

3.2 库岸稳定性分析

库区河谷两岸表层主要以第四系残坡积物为主，基岩多出露于两岸陡坡及近河床河水涨落水位变动的冲刷地带，地层岩性以薄至中厚层灰岩为主。除库首段右岸发育局部危岩体，方量较小，库区其他地方未发现不良地质体。虽然库区左岸发育小规模断层f1，但对库岸稳定无明显影响。由于库区发育两组节理裂隙，近乎正交，受裂隙切割的影响，局部基岩裸露段可能会出现掉块或垮塌现象，但规模较小。通过以上分析，水库蓄水后库岸整体稳定性较好。