張 超

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

三泉水庫(kù)是禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程的調(diào)蓄水庫(kù)。2012年10月禹門(mén)口提水東擴(kuò)（一期）工程試通水期間，水庫(kù)采用低水位運(yùn)行，當(dāng)初期蓄水水位達(dá)到443.5～444.00 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)水位呈逐漸下降趨勢(shì)，檢查發(fā)現(xiàn)水庫(kù)庫(kù)尾左岸澤掌村古堆泉部分泉眼出現(xiàn)回灌現(xiàn)象，水庫(kù)蓄水位高出泉眼后，泉域范圍內(nèi)的“蓮花泉”、“葫蘆泉”、“洗臉盆泉”等幾個(gè)較大的泉眼均出現(xiàn)嚴(yán)重的回灌現(xiàn)象；同時(shí)檢查庫(kù)區(qū)庫(kù)岸，發(fā)現(xiàn)原庫(kù)區(qū)左岸采石場(chǎng)地段局部巖石出露，庫(kù)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處滲漏沉坑，三泉水庫(kù)庫(kù)尾防滲工程的任務(wù)主要是解決庫(kù)尾滲漏問(wèn)題，同時(shí)補(bǔ)給古堆泉域。

1 水庫(kù)滲漏處理的必要性

禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程位于山西省中南部，是向臨汾、運(yùn)城六縣市工、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。三泉水庫(kù)作為禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程的首部水源調(diào)蓄水庫(kù)，其調(diào)蓄庫(kù)容對(duì)于禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程的工程效益起到了至關(guān)重要的作用。實(shí)際工程情況為禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程一級(jí)泵站從三泉水庫(kù)最低取水位為441.5m，對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為69萬(wàn)m3，庫(kù)水位443.5m對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為175.1萬(wàn)m3，若不進(jìn)行泉域滲漏處理，水庫(kù)的有效調(diào)節(jié)庫(kù)容只有106.1萬(wàn)m3，僅占禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程所需調(diào)蓄庫(kù)容450萬(wàn)m3的23.6%，三泉水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容無(wú)法充分利用，禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程的工程效益不能發(fā)揮。

三泉水庫(kù)庫(kù)尾防滲處理后，既可以正常發(fā)揮禹門(mén)口提水東擴(kuò)工程的工程效益，又可以給古堆泉域適當(dāng)補(bǔ)水，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)旅游開(kāi)發(fā)，給工程區(qū)人民帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是一項(xiàng)十分必要且迫在眉睫的工程。

2 滲漏原因分析

水庫(kù)正常蓄水位447.5m時(shí)回水長(zhǎng)度約2.56km。在庫(kù)尾古堆泉群處為低洼帶，且低于正常蓄水位。水庫(kù)試蓄水間在泉域內(nèi)發(fā)現(xiàn)滲漏問(wèn)題，且滲漏量較大。

1）可能存在的滲漏原因

庫(kù)尾滲漏的原因分析認(rèn)為主要為泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。

①泉群回灌滲漏：據(jù)調(diào)查，古堆泉群分布于水庫(kù)庫(kù)尾，據(jù)當(dāng)?shù)厝私榻B，原出水量大且較集中的主要有離基巖山體較近的蓮花泉、葫蘆泉和一些零星分布的亂泉（泉眼分布多且雜亂）等，泉群區(qū)靠近山體除部分基巖裸露，大多為覆蓋層掩埋。水庫(kù)修建運(yùn)行時(shí)庫(kù)水來(lái)源主要為泉水，后來(lái)因周邊深井嚴(yán)重超采，地下水位下降（附近抽水井水位50 m多），泉水干枯，水庫(kù)區(qū)巖溶水位的下降，使水庫(kù)成為懸托型水庫(kù)。蓮花泉位置目前為一直徑約3m左右的人工襯砌圓柱井桶，里面堆積很多雜土；葫蘆泉口部分人工襯砌，現(xiàn)堆積很多碎石土，部分被水泥板掩蓋；其余泉眼現(xiàn)場(chǎng)均無(wú)法看清。在試蓄水間，蓮花泉、葫蘆泉襯砌口有庫(kù)水回灌。

②基巖巖溶和裂隙滲漏：據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在試蓄水時(shí)庫(kù)水位下降后，滲漏區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大小不等的落水塌陷坑，一般坑徑0.8～2.0 m，深1.0～1.5m，最大口徑3.0 m×3.5m，最深3.5m，深部孔洞較小。從坑口觀察，距離基巖山體較近的幾個(gè)塌陷坑口部均分布有不同厚度的碎石層，碎石成分為灰?guī)r，碎石粒徑一般5～20 cm，最大40 cm；其余均為低液限黏土、低液限粉土地層，表層含植物根系，有小孔分布。分析塌陷坑的形成原因主要是覆蓋層中欠固結(jié)松散土在庫(kù)水作用下，向下伏可溶性灰?guī)r頂部開(kāi)口中遷移所形成的洞穴發(fā)展和崩塌的結(jié)果。巖溶區(qū)地下水位遠(yuǎn)低于基巖面以下，庫(kù)水下滲，沖蝕覆蓋層土體，將顆粒帶入巖溶通道中，洞穴從覆蓋層底部向上發(fā)展，形成塌陷坑。塌陷坑不一定正對(duì)著巖溶通道，在洞穴發(fā)展到地表以前可能側(cè)向發(fā)展。覆蓋層較薄處其潛蝕形成隱伏空洞易發(fā)展到地表，塌陷易產(chǎn)生。覆蓋層較厚處其潛蝕形成的隱伏空洞發(fā)展到地表較困難，一般經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間才可以反應(yīng)到地表。

③庫(kù)尾地層不存在整體滲漏問(wèn)題：據(jù)鉆孔勘察資料，滲漏區(qū)除基巖裸露部分外覆蓋層厚度一般0.5～28.0 m，為洪積低液限黏土，局部夾低液限粉土、含砂低液限粉土透鏡體，靠近岸邊及基巖部位分布有碎石土層，為坡積或風(fēng)積層。據(jù)鉆孔取樣室內(nèi)滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)(Q4pl)低液限黏（粉）土滲透系數(shù)為4.83×10-7～3.98×10-4cm/s，平均4.27×10-5cm/s，(Q3pal)低液限黏土滲透系數(shù)為3.50×10-6～4.95×10-5cm/s，平均2.65×10-5cm/s，(Q2pl)低液限黏（粉）土滲透系數(shù)為6.60×10-7～5.07×10-5cm/s，平均1.39×10-5cm/s，屬微～中等透水層，為相對(duì)隔水層，滲透性小。不存在庫(kù)區(qū)地層整體滲漏問(wèn)題。

2）滲漏成因的形成機(jī)制

綜上分析認(rèn)為：泉域區(qū)滲漏主要是泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。

在基巖裸露區(qū)或覆蓋層較薄的部分，庫(kù)水直接沿基巖巖溶、裂隙通道滲入，或庫(kù)水滲入覆蓋層后，再滲入基巖中，從而補(bǔ)給巖溶地下水，構(gòu)成主要滲漏原因之一。

在覆蓋層分布較厚的地區(qū)，由于在巖溶泉域地下水位較高時(shí)，泉水出溢壓力作用下將覆蓋層擊穿，形成巖溶泉水出溢通道，以泉水形式出溢于地表，即原來(lái)的蓮花泉、葫蘆泉等泉群；在后來(lái)巖溶水位下降后，泉水出溢通道在覆蓋層中形成下大上小，規(guī)模形狀不同的空洞，洞口在長(zhǎng)時(shí)間的自然或人類活動(dòng)中部分逐漸塌落填實(shí)，部分只在洞口一定深度范圍內(nèi)虛埋，當(dāng)水庫(kù)蓄水，淹沒(méi)泉群情況下，覆蓋層飽和，在滲透水壓力作用下，覆蓋層被擊穿成空洞被潛蝕重新貫通，庫(kù)水將沿原泉水出溢通道產(chǎn)生回灌，此外，庫(kù)水滲漏會(huì)攜帶地表覆蓋土粒進(jìn)入基巖通道中，從而使土層中產(chǎn)生新的塌陷空洞，隨著進(jìn)一步發(fā)展，形成地表塌陷坑，即比較集中的滲漏點(diǎn)，使得庫(kù)水補(bǔ)給巖溶地下水，形成庫(kù)水滲漏原因之二。

3 防滲方案建議及比選

經(jīng)上述地質(zhì)條件分析出水庫(kù)滲漏的原因主要為基巖巖溶、裂隙滲漏和泉群回灌滲漏，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及滲漏分析，結(jié)合滲漏塌陷坑分布，確定泉域滲漏范圍應(yīng)為基巖裸露與庫(kù)區(qū)覆蓋層較薄地段及原泉眼分布范圍內(nèi)。

1）防滲方案建議

根據(jù)三泉水庫(kù)滲漏原因，結(jié)合目前可行的工程措施提出三個(gè)處理方案：

方案一：直接補(bǔ)水方案。

該方案直接通過(guò)三泉水庫(kù)滲漏補(bǔ)給古堆泉出露區(qū)域，同時(shí)限制區(qū)域內(nèi)水井開(kāi)采，抬高區(qū)域地下水位，解決水庫(kù)庫(kù)尾滲漏問(wèn)題。

根據(jù)山西省水文水資源勘測(cè)局《古堆泉域地下水位統(tǒng)測(cè)工作報(bào)告》得知，古堆泉域年地下水開(kāi)采總量大于年水資源總量614萬(wàn)m3/a，長(zhǎng)期處于超采狀態(tài)。也就是說(shuō)要想達(dá)到用水量平衡，需在開(kāi)采量不變的情況下每年向古堆泉域補(bǔ)水614萬(wàn)m3，這還不包括多年來(lái)長(zhǎng)期超采的地下水超采量的補(bǔ)充，如果按照1999年泉水?dāng)嗔鲿r(shí)間算起到2014年，共15年時(shí)間計(jì)算，初步估算需要補(bǔ)水為9210萬(wàn)m3，才有可能使古堆泉域來(lái)、用水保持平衡，使古堆泉具備復(fù)流的條件。參考禹門(mén)口灌區(qū)水價(jià)1.0元/m3，補(bǔ)水為9210萬(wàn)m3需投資9210萬(wàn)元，且每年還需先投資614萬(wàn)元后才可發(fā)揮水庫(kù)的正常使用功能，經(jīng)濟(jì)效益較差。

方案二：覆蓋、封堵方案。

該方案在庫(kù)區(qū)滲漏區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)防滲土工布，徹底覆蓋、封堵三泉水庫(kù)庫(kù)尾古堆泉眼和漏水區(qū)域，以解決水庫(kù)庫(kù)尾滲漏問(wèn)題。

漏水區(qū)域面積約16.2萬(wàn)m2，工程直接投資約307.8萬(wàn)元。

方案三：修建防護(hù)工程方案。

該方案根據(jù)地質(zhì)資料提供的庫(kù)區(qū)滲漏范圍、庫(kù)岸基巖面深度及泉域位置情況，布置一道875m長(zhǎng)的防護(hù)土堤，將蓮花泉、葫蘆泉等幾個(gè)較大的泉眼圍擋在水庫(kù)庫(kù)區(qū)以外，在防護(hù)堤西側(cè)局部可能發(fā)生滲漏的區(qū)域，鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行水平防滲。同時(shí)在防護(hù)堤上設(shè)置2孔閘門(mén)。該方案工程直接投資約1500萬(wàn)元。

2）防滲方案比選

防滲方案比選主要差異見(jiàn)表1。

方案一工程措施簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便，但受地下水位、區(qū)域水文地質(zhì)條件、泉水出露點(diǎn)等條件影響較大，補(bǔ)水效果存在很大的不確定性，且工程投資較大，經(jīng)濟(jì)效益較差。

方案二投資較少，但工程措施將覆蓋三泉水庫(kù)庫(kù)尾的古堆泉出露的全部泉眼，對(duì)以后的古堆泉域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)與治理造成很大影響，也不符合“十二五”期間，山西省實(shí)施水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與保護(hù)規(guī)劃要求。

方案三防護(hù)堤和庫(kù)區(qū)水平防滲相結(jié)合，切斷了庫(kù)區(qū)蓄水和泉眼之間的流道和滲漏通道，不但能解決庫(kù)尾滲漏問(wèn)題，而且在水庫(kù)水量充裕的條件下還能給泉域適當(dāng)補(bǔ)充地下水，推進(jìn)古堆泉域的復(fù)流，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益顯著，且工程投資不大，施工技術(shù)成熟，后期維護(hù)管理簡(jiǎn)單。

表1 防滲方案條件比選表

對(duì)上述三個(gè)方案進(jìn)行綜合分析，確定方案三為推薦方案。

4 結(jié)論

本文針對(duì)三泉水庫(kù)試通水期間，水庫(kù)水位呈逐漸下降趨勢(shì)，存在滲漏現(xiàn)象，運(yùn)用勘察方法及手段分析得出庫(kù)尾滲漏原因主要為泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。并根據(jù)實(shí)際的工程地質(zhì)情況提出相應(yīng)防滲比選方案，最終選擇了最合適的防滲處理措施即方案三修建防護(hù)堤。通過(guò)修建防護(hù)土堤，將泉域回灌滲漏區(qū)域和水庫(kù)正常蓄水區(qū)域分隔開(kāi)，解決水庫(kù)庫(kù)尾滲漏問(wèn)題。在防護(hù)堤局部可能發(fā)生滲漏的區(qū)域，鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行水平防滲。同時(shí)在防護(hù)堤上設(shè)置2孔閘門(mén)，水庫(kù)水量充裕時(shí)給古堆泉域補(bǔ)水，洪水來(lái)臨時(shí)參與泄洪。該方案對(duì)于推進(jìn)古堆泉域的復(fù)流及泉域生態(tài)環(huán)境修復(fù)與保護(hù)起到了十分積極的作用。