贵州黔南岩溶山区水库库首渗漏问题分析

易庆波，张毅

摘要：针对碳酸盐岩地区修建水库的岩溶渗漏问题，通过水文地质调查、物探、钻探等方法，从构造条件、水文网演化、地下水系统、岩溶发育形态和分布特征等方面，综合分析贵州黔南岩溶山区某水库岩溶渗漏水文地质条件及其渗漏形式。结果表明：库首左岸有通过河湾地块产生岩溶裂隙性渗漏的可能性；水库蓄水后，存在通过1号岩溶槽谷高高程小型岩溶管道或强岩溶裂隙性渗漏的可能性。研究成果可为该水库渗漏处理方案提供依据，并为今后岩溶山区类似水库渗漏问题调查治理提供借鉴。

关键词：水库； 岩溶； 库首渗漏； 水文地质； 贵州省

中图法分类号：TV221.2文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.007

文章编号：1006-0081（2023）09-0045-06

0引言

中国的岩溶分布面积广、发育类型多，在云南、贵州、广西、重庆、四川、湖南、湖北和广东等南方8个省（区、市）沉积了数千米厚的碳酸盐岩地层，形成全球碳酸盐岩连片分布面积最大的岩溶区［1-2］。岩溶发育形成的地下溶洞和管道等渗漏通道在空间上的高度不均匀性给岩溶地区水利工程建设带来极大的挑战［3-5］。

岩溶渗漏问题是关乎岩溶地区水库建设成功与否的关键。岩溶地区工程往往易发生沿溶蚀通道的渗漏问题［6］。中国地质科技工作者围绕岩溶渗漏问题不断探索，结合地球物理探测［7］、新型水下声呐渗漏检测［8］、磁电阻率法［9］，并重视对岩溶发育规律的研究［10-12］。沿河湾地块岩溶含水层渗漏问题突出。由于岩溶发育差异性较大，单一的勘察手段或分析方法难以穷究，岩溶渗漏问题的研究仍面临着诸多挑战［13-15］。本文结合岩溶山区水利水电建设实践经验，以贵州黔南某大型水库独特的地下伏流洞（堵洞成库）+地表岩溶槽谷+背斜构造发育+河湾地块复杂地表地下岩溶发育特征为背景，采用综合勘察手段，从构造、水文网、岩溶空间分布特征等方面综合分析库首岩溶渗漏带发育特征和发育深度，以期为同类岩溶山区水库渗漏勘察思路、分析方法和处理依据等提供参考。

1地质条件及岩溶发育特征

1.1地质概况

六硐河在伏流洞进口上游约2 km，河流流向为近SN向，通过近EW向的伏流洞后，又折转向S流，在左岸形成一单薄的河湾地块地形，见图1。该河湾地块纵向长约4 km，横向宽1.4～2.5 km，受马坡背斜控制，呈单薄条状山脊展布，山峰高程981.7～1 042.5 m。

1号岩溶槽谷为库首左岸河湾地块横穿分水岭地带的地形薄弱地带，顺1号岩溶槽谷发育W62，W15，W14，W61，W60，W57，W78等一系列洼地，以W61洼地为界，洼地高程向地表分水岭两侧逐渐降低，槽谷地带垭口最高高程745 m。槽谷发育方向N62°E，与马坡背斜（地表分水岭）呈45°左右交角斜切。

此河湾地块地表分水岭东西两侧均为泥盆系尧梭组（D3y）强可溶岩地层，虽然分水岭西侧受石炭系岩关阶C1y1-1黄色页岩阻隔，但其分布高程在550 m注：1为隔水层；2为地层代号；3为地质界限；4为背斜轴线；5为正、逆断层；6为平移断层；7为岩溶管道水及流向；8为岩溶洼地及编号、分布高程；9为岩溶泉及编号、出露高程、实测流量；10为溶洞及编号、分布高程；11为正常蓄水位线；12为地表分水岭；13为地下水流向；14为物探EH4测线及编号；15为地质剖面线及编号；16为钻孔及编号、地下水位高程。

以下，库水存在通过此河湾地块及1号岩溶槽谷产生渗漏的可能性。

1.2基本地质条件

库首左岸河湾地块分水岭基本顺马坡背斜轴部呈南北向展布，从地形上以1号岩溶槽谷为界，可分为2个区。

（1）Ⅰ区。1号岩溶槽谷以北，地表分水岭较为单薄，纵向长约3.0 km，横向宽1.4～2.5 km，沿马坡背斜轴部分布山峰高程982～1 043 m，其间分布一系列横切地表分水岭的低岩溶沟槽，高程880～930 m，近EW走向。山峰沿线高程大致与二级剥夷面高程相当。

（2）Ⅱ区。1号岩溶槽谷及1号岩溶槽谷以南，分界线以南区域较低，区域内山顶高程800～900 m，洼地高程700～800 m，相当于三级剥夷面高程。

以地表分水岭为界，东侧地层顺马坡背斜轴部平行展布，依次出露D3y，C1y1，C1y2，C1d1地层，岩性以灰岩为主。西侧依次出露D3y，C1y1，C1y2地层，岩层走向为北北东向，岩性以灰岩为主，其中C1y1中第一层（C1y1-1）为黄色页岩，厚度12～22 m，为河湾地块下游侧相对隔水层，从伏流出口附近向下游延伸至拉七，地层地表出露高程500～550 m，岩层倾角15°～30°，倾向右岸。望城坡组（D3w）在河湾地块埋深较深，其顶界面在马坡背斜轴部高程400 m以下，低于河水位高程。

此河湾地块呈近南北向展布，其地形分水岭与马坡背斜轴部基本重合，受背斜控制，东翼岩层产状N5°～10°E，SE∠20°～35°，西翼岩层产状N5°～10°E，NW∠20°～35°。河湾地块断裂构造不发育，上游主要见伏流洞进口段陡壁上f13，f14，f15，F5以及1号岩溶槽谷至伏流洞进口段陡壁上f6，f7，f9，f10等横切马坡背斜的断层，除F5外，均为横张小断层，小断层延伸长200～300 m，断层带呈窄缝状；F5断层产状N65°W，NE∠85°～89°，位于伏流洞进口顶部，长约300 m，发育地层为泥盆系尧梭组（D3y），為陡倾正断层，面稍扭曲起伏。

下游主要发育F2，F3，F4，f16断层，各断层特性如下：F2断层产状N0°～42°E，NW∠60°～70°，起于拉七以南，经布降、洪寨，于大井以北延出研究区，呈北北东向展布，区内长约6 km，断层南东盘出露泥盆系尧梭组（D3y）、石炭系岩关阶（C1y）、大塘阶（C1d）地层，北西盘出露C1d地层，南东盘相对上升，为正断层，区内覆盖层掩盖，无断层露头，地层断距大于100 m；F3断层产状近EW，S∠60°～75°，位于布降至龙塘一带，呈东西向展布，东端交于F2，西端交于F1，长约1 km，为逆断层，断层断距大于250 m；F4断层产状N60°～70°W，SW∠70°～75°，位于研究区南部摆者以北，呈南东东向展布，北西端止于F1，南东端延伸出工作区，区内长约2.5 km，断层两盘均出露D3y，C1y，C1d地层，为平移断层，水平断距约1 200 m；f16小断层发育于下游拉沙对岸，产状N30°E，NW∠15°，为正断层，延伸长度约700 m，断层带呈窄缝状。

1.3岩溶水文地质条件

1.3.1岩溶形态及分布特征

左岸库首岩溶形态主要有岩溶洼地、岩溶泉、落水洞以及溶洞等。

据地表地质测绘，Ⅰ区东侧岸坡发育W69岩溶洼地，分布高程762 m，Ⅱ区东侧1号槽谷以南区域分布一系列岩溶洼地（W50，W51，W52，W53，W54，W17，W18）及落水洞，洼地分布高程684～800 m，落水洞主要分布于1号岩溶槽谷W60洼地、W61洼地附近、W62洼地以及W62洼地附近。河岸边陡壁岩体较为完整，岩溶洞穴较少，仅发现中坝址左岸河边K54溶洞以及分水岭1号槽谷北侧的K12溶洞，分布高程分别为468，750 m。河边未发现泉水点出露。

Ⅰ区西侧在陡壁向缓坡过渡地带发育平行于马坡背斜轴部的2号岩溶槽谷，沿槽谷发育串珠状岩溶洼地（W77→W55→W56→W75），洼地底高程660～665 m。Ⅱ区西侧主要发育的W58，W59，W122岩溶洼地的分布高程分别为605，745，610 m。拉七下游约2 km的河岸地形较陡，基岩出露，沿左岸河边发现2个泉点，其中，S8岩溶泉出露于拉七附近D3y与C1y1-1地层分界附近河边，实测流量2 L/s；S29出水溶洞出露于拉七下游约2 km河谷与1号岩溶槽谷交汇处，实测流量10 L/s。

1.3.2岩溶管道水系统

该区分布有S29岩溶管道水系统、S3泉群岩溶管道水系统。

（1） S29泉群岩溶管道。该岩溶管道水系统主要发育于D3y，C1d，C1y，T2g灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩地层中，岩溶发育受月里断裂（F1）和F4断裂的控制作用明显，岩溶管道主要顺断裂带发育。岩溶管道系统补给区地表高程800～1 100 m，在六硐河边沿月里断裂带出露，出露高程430 m，补给面积约10 km2，流量约10 L/s。

（2） S3泉群推测岩溶管道。ZK1，ZK2，ZK4钻孔共揭露溶洞约45个，连通试验成功的溶洞有3个，高程分布在350～422 m，连通试验出露点为S3泉群，与消水洞K22、K24→S3泉群岩溶管道出水点为同一处，连通试验中染色剂仅经0.5 h就从S3泉群涌水点流出，平均流速达960 m/h，可见此岩溶管道连通性极好。钻孔内及地表消水洞连通试验查明，古河床在385 m高程以上存在纵向虹吸式岩溶管道。ZK2，ZK4号钻孔内水位比伏流洞进口处河水位高程460.2 m低17 m左右，可见古河床区纵向上为河水补给地下水区域，为地下水纵向渗流及深部岩溶的形成创造了条件。

1.3.3左岸河湾地块地下水排泄条件

从伏流洞出口至拉七附近左岸河边的S8泉河段，沿河边为碎屑岩分布，河湾地块西侧地下水排泄受相对隔水层的展布方向控制，沿2号岩溶槽谷向拉七方向排泄，集中出流泉水点主要为出露于D3y与C1y1-1地层分界处附近的S8泉；拉七至下游2 km河段，沿左岸河边出露D3y强可溶岩。现场调查发现：在上游侧D3y与C1y1-1地层分界处附近和下游月里断裂带（F1）附近分别出露S8岩溶泉和S29岩溶泉，为左岸河湾地块西侧地下水的集中排泄河段；S29岩溶泉以下调查河段长约13 km，其中，S29泉以下约4 km河段为T2g弱可溶岩地层，呈顺向至横向谷，再以下约9 km河段为三叠系法郎组（T2f）相对隔水地层，呈顺向谷，沿河两岸未发现较大的集中泉水点或出水溶洞，地下水呈分散泉点出流。

1.3.4勘探揭示岩溶发育情况

河湾地块西侧岸坡在750 m高程以上地形坡度相对较陡，为45°～50°。675～750 m高程之间为宽约400～500 m的岩溶缓坡台地，其间发育一系列呈线状分布高程为665 m左右的岩溶洼地，洼地长轴方向近南北向。675 m至河床437 m高程地形上为缓坡地带。在900 m高程布置了沿背斜轴线方向的长约4.0 km的物探EH4测试剖面，该物探剖面起点在1号槽谷以南约386 m，终点在伏流洞附近。物探测试揭示：Ⅱ区东侧，1号岩溶槽谷垭口处W61洼地强岩溶下限高程在689.2 m；Ⅰ区西侧近1号岩溶槽谷侧除有2个大的视电阻率低值区外（分布高程分别为657.3～900.5 m、661.8～876.2 m），其余段视电阻率低值区分布高程均在826.3 m以上，为浅表溶蚀。据地质测绘，该异常区附近及东西两侧均未发现横穿地表分水岭的张性构造（长大张性裂隙或断层）发育。

在伏流洞南侧约3.0 km处分水岭地带斜穿马坡背斜发育的1号岩溶槽谷内布置了2条EH4测试剖面。从布置于分水岭东侧W15洼地内横切1号岩溶槽谷的剖面看，其岩溶发育呈槽谷状，洼地中部溶蚀最深，岩溶下限高程在570 m左右；从沿1号岩溶槽谷布置的测线解释成果来看，1号槽谷垭口分水岭地带强溶蚀下限高程在615 m。

在1号岩溶槽谷库外延伸段南侧W122洼地旁边布置有ZK14号钻孔，钻孔孔口高程615 m，终孔稳定水位高程436 m。钻孔资料显示：岩体局部溶蚀裂隙发育，在高程481.72～483.00 m、475.65～479.22 m揭露半充填型溶洞，溶洞底部充填黄色黏泥。

勘探資料表明：1号岩溶槽谷强溶蚀下限高程在地表分水岭处最高，为615 m，溶蚀下限从地表分水岭向两侧逐渐降低。

1.4水文网演化

根据地表岩溶水文地质测绘及钻孔揭露岩溶发育情况，对六硐河的水文网演化分析如下。

（1） 古河槽明流阶段。河槽两岸地下水排向六硐河，其中古河槽处因地表覆盖层广布，未发现早期水平溶洞分布，但右岸下游K22溶洞为大井暗河的早期出流点，特征明显。明流期六硐河水在流向下游C1y1-1软岩地层时，因泥岩易冲刷、垮塌而形成冲刷深槽，成为区内较低的排泄点，从而使六硐河水在明流期时在陡壁处形成瀑布，加大明流期上下游水头差；六硐河水为适应不断下降的侵蚀基准面，沿着发育于马坡背斜轴部的横张裂隙、小断层不断溶蚀，在河床下形成纵向渗流；纵向渗流不断加强后，在河床下形成穿越马坡背斜的一些深部岩溶洞穴。同时，明流期两侧地下水渗流也逐渐被深部纵向渗流影响，两岸地下水不断汇入明流期纵向渗流系统中。

（2） 古河槽混流阶段。六硐河水在从明流逐渐转入潜流过程中，受下游520 m高程侵蚀基准面的控制，河水逐渐分散潜入地下，并沿一些横张裂隙、小断层形成纵向岩溶渗流通道，初期因纵向渗流管道不通畅，六硐河水在枯期以潜流形式向下游排泄，汛期可能仍以明流形式从古河槽通过，从而在古河槽处形成深达49 m的崩塌胶结层及500～530 m高程之间的纵向岩溶强发育带。

（3） 暗河形成及深部岩溶发育阶段。在Ⅳ级阶地高程后，受地壳急剧上升、河谷下切加速及陡壁下游软岩不断冲蚀影响，形成新的侵蚀基准面（现代河床440 m高程），增加了上下游水头差，深部岩溶作用不断加剧。同时，六硐河水进入潜流状态后，受左侧相对薄弱结构面F5断层影响，河水及地下水不断向断层带汇集，沿断层溶蚀作用加剧形成暗河，古河槽不再过流。在此暗河形成伏流的初期，上下游水头差相对较大，特别在洪水期，在高水头作用下，沿古河槽的纵向渗流作用加剧，从而发育深部岩溶洞穴。ZK1，ZK2，ZK4等钻孔揭露的深部岩溶应是该时期形成。

（4） 伏流形成阶段。暗河形成后，受六硐河水的不断冲蚀、溶蝕，暗河不断扩大，伴随洞顶岩体坍塌，形成现今伏流洞。六硐河水通过伏流洞排泄后，通过古河槽形成纵向潜流的水量逐渐减少，沿古河槽纵向溶蚀作用减弱，古河槽下部深达200～300 m的深部溶蚀作用不断退化，并最终形成孤立的深部岩溶形态。

2渗漏分析

2.1渗漏条件

从构造条件看，该河湾地块除了在分水岭东侧发育4条延伸长200～300 m的张性小断层、在分水岭西侧发育1条延伸长度 700 m的张性小断层外，未发现发育有其他横穿地表分水岭的张性构造（长大张性裂隙或断层），不具备发育横穿河湾地块地表分水岭岩溶管道的构造条件。

从水文网演化分析看，此河湾地块受三级剥夷面高程（700～800 m）以下河流急剧下切的影响，700 m高程以下岩体中的岩溶发育来不及适应河流急剧下切的影响，除伏流洞区外，其他部位水平状岩溶发育较弱。

从地表岩溶发育形态看，此河湾地块东西两侧岸坡地带均未发现早期水平溶洞或落水洞发育，发育的岩溶洼地底高程主要集中在600～800 m之间。马坡背斜西侧2号岩溶槽谷中由一系列高程在650～665 m的岩溶洼地组成，集中出流泉水点主要为出露于D3y与C1y1-1地层分界处附近的S8泉；位于伏流洞南侧约3.0 km分水岭地带斜穿马坡背斜的N60°E方向的1号岩溶槽谷，由一系列洼地底高程向地表分水岭两侧逐渐降低的岩溶洼地及落水洞组成，槽谷最高高程745 m，位于地表分水岭地带，分水岭两侧洼地底高程随距分水岭距离增加而逐渐降低，槽谷向库内延伸段在625 m高程左右有约800 m的水平延伸段，625 m高程以下为陡坡。陡坡地带地质测绘结果表明：库岸完整，未发现溶洞、岩溶泉及季节性泉水出露；槽谷向库外延伸段，岩溶洼地逐级降低，槽谷与河床交汇处发现一枯期流量约10 L/s的S29出水溶洞。河湾地块汇水面积相对有限，地下水溶蚀作用较弱，岩溶洼地为早期地下水侵蚀作用形成，根据物探资料，岩溶洼地地表分水岭附近溶蚀下限高程615 m，受地表岩溶洼地及落水洞溶蚀的影响，存在库水通过高高程岩溶洼地底部强溶蚀带产生小型岩溶管道式或强岩溶裂隙性渗漏的可能性，即库水沿1号岩溶槽谷向S29号泉水渗漏。

2.2可能渗漏途径及渗漏形式

根据库首伏流洞及古河槽的水文地质特征和水文网演化及钻孔ZK1，ZK2，ZK4，消水洞K22，K24与S3泉群连通性较好的情况分析，库水具有沿地下岩溶管道渗漏的条件。根据河湾地块Ⅰ区和Ⅱ区的地形及岩溶水文地质条件分析如下。

（1） Ⅰ区。从地表测绘情况看，地表蓄水位高程附近未发现岩溶洼地及落水洞，地下水分水岭位于马坡背斜附近，地面高程980～1 020 m。从图2的地层分布情况看，河湾地块间为D3y可溶岩，下游左岸岸坡附近出露C1y1-1黄色页岩，分布高程500～550 m，限制岩溶发育的下限。结合构造发育情况分析认为，该区地形高程较高，发育贯穿性岩溶管道的可能性小，可能的渗漏形式为裂隙性渗漏。

（2） Ⅱ区。地表高程600～800 m，岩溶水文地质条件与Ⅰ区类似，不存在贯通性“管道式”渗漏的可能性。然而，由于存在横切分水岭地带的1号岩溶槽谷（见图3），结合物探资料，1号岩溶槽谷垭口地带强溶蚀下限高程至615 m左右，为水库蓄水后可疑渗漏通道。在一定深度范围内，该区域存在通过岩溶槽谷高高程产生小型岩溶管道式或强岩溶裂隙性渗漏的可能性，需通过防渗帷幕进行处理。

综合以上因素分析认为：库首左岸河湾地块伏流洞以南Ⅰ区、Ⅱ区均不具备发育横穿地表分水岭的大型岩溶管道的构造及岩溶水文地质条件，但不排除通过河湾地块产生岩溶裂隙性渗漏的可能性。受1号岩溶槽谷溶蚀深切的影响，顺此岩溶槽谷高高程可能发育小型岩溶管道或强岩溶裂隙带；水库蓄水后，存在通过1号岩溶槽谷高高程小型岩溶管道或强岩溶裂隙性渗漏的可能性。

3结论

岩溶山区库首渗漏分析需探明场区的基本地质条件，重点需要掌握构造发育条件、岩溶发育形态及其分布特征、水文网、岩溶管道水系统等。

对于贵州黔南某大型水库，除下坝址处存在沿地下岩溶管道渗漏外，水库蓄水后沿左岸1号岩溶槽谷产生岩溶管道或强岩溶裂隙性渗漏的可能性较大。

1号岩溶槽谷垭口地带强溶蚀下限至615 m高程左右，为水库蓄水后可疑渗漏通道。可在其可疑渗漏带布置防渗帷幕，帷幕垂直1号岩溶槽谷布置于W61洼地附近。该处槽谷宽20～100 m，地面高程733.5～745.0 m，因河湾地块汇水面积有限，垭口地带地下水位较低（地下水位高程480 m），帷幕下限建议至550 m高程，预布置防渗帷幕线两端分别向槽谷两侧延伸约200 m，帷幕深度115 m。

岩溶山区地表水缺乏，修建水库是民生所需，如何在岩溶较为发育的山区找出渗漏通道并进行防渗处理，成为水库蓄水成立的关键所在。本文研究结果表明：可通过各种勘探手段查明场區岩溶发育特征、岩溶地下水系统，从构造、水文网、岩溶空间分布及基本地质条件等方面进行综合分析，找出渗漏形式和渗漏途径，最终进行防渗处理。

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（编辑：江焘，高小雲）

Analysis on leakage of a reservoir head in Karst mountain area of Qiannan，Guizhou Province

YI Qingbo1，2，ZHANG Yi1

（1.PowerChina Guiyang Engineering Corporation Limited，Guiyang 550081，China；2.HydroChina Guiyang Engineering Corporation Geotechnical Engineering Company Limited，Guiyang 550081，China）

Abstract： To address the karst leakage problem of reservoir construction in carbonate rock area，through hydrogeological survey，geophysical exploration，drilling and other methods，the hydrogeological conditions and leakage forms of a karst mountain reservoir of Qiannan，Guizhou Province were analyzed comprehensively from the structural conditions，hydrological network evolution，groundwater system，karst development form and distribution characteristics.The result showed that the left bank of the reservoir head had the possibility of producing karst fissure leakage through river bend block.After filling the reservoir，there would be a possibility of leakage through small karst pipes or strong karst fractures at high elevation in No.1 karst trough valley.The research results can provide a basis for the leakage treatment scheme of the reservoir，and can provide a reference for the leakage investigation and treatment of similar reservoir in karst mountain areas.

Key words： reservoir； karst； head leakage； hydrogeology； Guizhou Province