螳螂坝水库渗漏原因及治理措施研究

沙 斌

(昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通，657000)

螳螂坝水库位于昭通市镇雄县赤水源镇螳螂村，赤水河上游支流庙湾沟上。设计为粘土心墙坝，因粘土含水量大和雨水天气较多，无法施工，实际实施为均质风化料坝。2001年7月水库建成，渗漏严重一直未能正常蓄水；2009年重新定位水库功能为防洪不蓄水；2020年对水库进行了大坝安全评价，但未进行库区渗漏专项勘察分析。为了实现水库最初的目标，解决下游农村饮供水和农业示范区供水，建设美丽河湖，实现乡村振兴，消除负面影响，发挥正面的社会效益，探讨螳螂坝水库渗漏原因和处理措施是很有必要的。

1 工程概况

螳螂坝水库工程由大坝、右岸溢洪道、左岸输水隧洞组成。大坝为均质风化料坝，最大坝高26.8m，坝顶长91m，正常蓄水位1693.6m，实测总库容367.1万m3。水库径流面积3.68km2，河源至坝址2.5km，河流流向南16°西，库区地形宽缓，库底高程1673m。地表入库径流正常，常年流量约40L/s，但水库常年枯期最低水位1675.5m，汛期水位约1679m，蓄水量1.1万m3～11.7万m3，水库从未正常蓄水。坝体上游130m，库区分为左右两支，左支为主流，右岸1675m高程汇口至上游约110m段存在带状渗漏，主要的渗水点4个，其中3个渗水点可见1cm～3cm小旋涡，近汇口处库水侧向渗入基岩裂隙；右支流为岔支，左岸1675m高程汇口至上游约60m段存在库水侧向渗入基岩裂隙情况。大坝棱体后地面高程1671m，常年积水面积400m2，汛期积水面积增大至660m2。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌及岩溶现象

工程区位于白水江流域与赤水河流域分水岭地带，分水岭最高点1933m，坝址区1672m，地形侵蚀切割强烈。山脉和河流走向为北东-南西向，白水江位于工程区西面，流向北32°东，河流高程1100m～990m；赤水河位于工程区东面，流向北56°东，河流高程1600m～1450m。区内可溶岩分布较广，二叠系下统栖霞茅口组灰岩及奥陶系十字铺组灰岩岩溶极为发育，伏流、暗河、天坑、漏斗、天生桥等岩溶现象极为常见。

2.2 地层岩性

区内出露地层较广，对水库有影响的主要为芒部背斜核部至翼部地层。寒武系上中统娄山关群灰至深灰色白云岩，泥质白云岩为核部地层，分布于芒部、松林、螳螂坝、赤水源一带，含螳螂坝水库枢纽区、库区及径流区。两翼为：奥掏系下统湄潭组黄绿色砂岩页岩，中统十字铺组灰黄色钙质砂岩夹页岩，上统灰黑色页岩夹砂岩；二叠系梁山组灰绿至灰黑色页岩、炭质页岩夹砂岩，栖霞茅口组灰至深灰色厚层状生物碎屑灰岩和灰岩，峨眉山组灰绿色玄武岩，宣威组灰绿色页岩夹灰岩和煤线；三叠系飞仙关组厚层块状粉砂岩及泥岩，螳螂坝水库地质情况见图1。

图1 螳螂坝水库地质

2.3 地质构造

工程区位于扬子准地台滇东台褶带滇东北台褶束娄山弧形箱形褶皱区，本文只讨论对水库有影响的芒部背斜和芒部断层，在此范围内构造线、山岭、河流走向均呈北东-南西向。芒部背斜轴向N13°～20°E，宽缓短轴状，螳螂坝水库位于背斜轴近南西端。核部地层倾角平缓，自核部向翼部倾角渐陡。北西翼岩层走向N29°～55°E，倾向NW，倾角15°～30°；南东翼岩层走向N27°～85°W，倾向SE，倾角13°～20°；沿背斜轴发育芒部断裂，延伸约30km，走向N18°E，倾向SE，倾角45°～60°，压扭性逆断层。

2.4 水文地质

坝址控制径流面积3.68km2，径流区地层基本为娄山关群白云岩，河流自北东流向南西，北西面与白水江地表分水岭基本上沿北西翼湄潭组砂岩与娄山关群分界线形成的山脊线构成，东面分水岭为赤水河支流松林河，受地形控制。地下水为背斜谷岩溶裂隙型含水。沿芒部断层分布7个泉水，与水库关系密切的为3#泉水。

2.5 水文地质单元划分

依据水文地质单元划分的四个要素，芒部背斜核部娄山关群为一个含水单元，从工程实际划分为Ⅰ级单元，隔水边界为奥陶系湄潭组砂岩、页岩。从排泄方面看，则分属两个排泄区，松林-红石桥-芒部一线北西向白水江排泄，南东向赤水河排泄，分别划分为两个Ⅱ级单元。在向赤水河排泄的Ⅱ级单元中，根据补排独立关系，螳螂坝水库径流区地表分水岭及地下分水岭基本一致，相对独立，补径排基本明确，划分为Ⅲ级单元。

3 渗漏原因分析

3.1 低邻谷

螳螂坝水库位于白水江与赤水河分水岭地带，白水江于水库西面6.8km处流向北东，河谷深切，低于水库700m，存在奥陶系及梁山组砂岩页岩隔水层，隔水层完整，库水不存在向白水江低谷渗漏的条件。赤水河支流松林河位于水库东2.6km，河谷高程1570m，低于水库130m，隔水层为娄山关群白云岩，现场调查分水岭间有高于库水位泉水出露，库水也不存在向松林河低谷渗漏的情况。本区径流庙湾沟自北东流向南西向，于坝址下游450m处汇入漆树湾沟后，转折流向南东汇入松林河，河流高程1700m～1550m，低于水库4m～150m，沿河冲沟有较多泉水出露，其中漆树湾汇口处泉水流量69L/s。水库存在向下游庙沟河低谷渗漏的条件和可能，螳螂坝水库地质剖面见图2。

图2 螳螂坝水库A-A'地质剖面

3.2 地层岩性及构造

水库处于芒部背斜核部，枢纽区、库区、径流区地层均为娄山关群白云岩、泥质白云岩，风化强烈，局部有溶蚀现象。芒部背斜轴自北东向南西通过水库区中央，从大坝右岸溢洪道丫口延伸至下游漆树湾沟出库。库尾及右支沟地层倾向北西，左岸及近坝地层倾向南东，倾角13°～15°。芒部断层与芒部背斜轴近乎重合，断层破碎带宽度约10m。从岩性上看完整的白云岩相对隔水，理论上核部地层受压密实，有隔水条件，但风化破碎或受构造切割的岩体具富水和透水条件，断层与背斜轴近重合，库水存在沿断层破碎带渗漏的条件。芒部断层自北东向南西破碎带或附近共有7个泉水，1#泉位于水库北东10.6km，流量23L/s，高程1590m，低于水库底83m，该泉为奥陶系中统灰岩地下水受志留系砂岩阻隔，受冲沟切割出露，与螳螂坝水库无地下水联系；2#泉位于水库北东6.9km，流量0.72L/s，高程1710m，高于水库底7m；3#泉位于水库南西0.45km，芒部断层的上盘，现场调查泉水出露于较破碎的基岩裂隙中，流量69L/s，高程1665m，低于水库底8m；4#泉距水库2.9km，流量0.33L/s，高程1850m，远高于库水位；5#、6#、7#泉水距水库大于14km，虽受断层影响，但已属不同水文地质单元。

3.3 水文地质条件

从隔水条件及水文地质单元看，水库径流区地表水与地下分水岭一致，属芒部贮水背斜中的Ⅲ级次单元，地下水流向南西，即坝址下游庙湾沟河谷。

3.4 岩溶渗漏

工程区碳酸盐岩分布较广，岩溶极为发育。对周边地层进行岩溶调查，4处大型伏流暗河，5处大型天坑，数十处漏斗凹陷，7处落水洞，若干天生桥、溶洞、溶沟石林等岩溶现象均主要集中于栖霞茅口组纯灰岩地层中；水库枢纽区、库区、径流区属娄山关群白云岩，白云岩不是强可溶岩，区内仅见轻微的溶蚀，无较大的溶洞、漏斗或凹陷等岩溶现象。水库不存在岩溶渗漏的地质条件。

3.5 3#泉水

3#泉水出露于螳螂坝水库坝址下游450m处漆树湾沟交汇口，在理论上该泉水的补给区域一是漆树湾沟1665m高程以上区域，二是芒部断层补给。漆树湾沟径流面积0.78km2，当地径流深780mm，全部换算成地下径流，其平均流量也不大于25L/s，漆树湾沟径流面积不能支撑该泉水69L/s的正常流量，且漆树湾沟存在正常的地表径流，因此，该泉只可能是芒部断层导水补给。沿芒部断层，能具备向3#泉水补水条件的有且只有螳螂坝水库径流区，该径流区3.68km2，水库大坝修建后径流区内所有地表径流均通过库区渗漏转化为地下水，理论流量可达91L/s，综合考虑汇水、入渗、补排、枯雨季等因素，该泉水69L/s的排泄流量属正常范围(图3为螳螂坝水库B-B′地质剖面图)。

图3 螳螂坝水库B-B'地质剖面

3.6 综合分析

螳螂坝水库自建成以来20a的运行过程中，最枯水位1675.5m，汛期水位约1679m，蓄水量1.1万m3～11.7万m3，属不能正常蓄水，非不能蓄水。依据基本地质条件水库不存在岩溶渗漏，不存在往白水江、松林河低谷渗漏，不存在沿芒部断层向北东渗漏，但存在向下游庙湾沟河渗漏，存在沿断层破碎带向南西(下游)渗漏的条件。从3#泉水补给条件分析，有且只有螳螂坝水库径流区具备与3#泉水量相匹配的补给条件，水库的渗漏和3#泉水的补给具有同一性。因此，水库属断层破碎带引起的浅层裂隙型渗漏，由库区入渗后经坝址右岸丫口向下游漆树湾沟汇口出露的结论是成立的。

4 防渗处理措施

水库属断层破碎带引起的浅层裂隙型渗漏，若要正常使用，需要进行防渗处理。开展下阶段工作，一是进行简单联通试验直接证明库区渗漏与3#泉水的关系，但应处理好3#泉水目前的供水户饮水问题；二是勘察确定库区地下水等水位线图，据此确定具体渗漏带及防渗处理范围。结合库区、枢纽地形地质条件，水库防渗可采用垂直和水平两种防渗方案。垂直防渗方案沿坝轴线及坝址右岸山脊进行帷幕灌浆，帷幕线长约800m，帷幕深度45m，坝体采用防渗墙；由于库区地形平缓，蓄水深度较低(20.6m)，也可采用水平铺盖防渗。垂直防渗方案简便易行，匡算投资约5千万元，与新建同等规模水库相比，节省投资近2亿元。

5 结语

螳螂坝水库位于昭通市镇雄县赤水源镇螳螂村，建成后渗漏严重一直未能正常蓄水，通过现场踏勘调查及分析，得到水库渗漏原因属断层破碎带引起的浅层裂隙型渗漏，库水由库区入渗后经坝址右岸丫口向下游450m处漆树湾沟汇口出露成泉。水库防渗可采用垂直和水平两种防渗方案，垂直防渗方案简便易行，匡算投资约5千万元，与新建同等规模水库相比，节省投资近2亿元。