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        東波防洪水庫(kù)庫(kù)首巖溶滲漏問(wèn)題研究

        2021-08-27 02:20:00
        地下水 2021年4期

        徐 濤

        (湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院,湖南 長(zhǎng)沙 410007)

        東波水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位為520 m,最大壩高為70.0 m,總庫(kù)容約為948.5萬(wàn) m3,樞紐由大壩、左岸導(dǎo)流洞、發(fā)電引水隧洞及電站等主要建筑物組成。水庫(kù)為強(qiáng)巖溶發(fā)育區(qū),巖溶水文、工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜,興建水建庫(kù)具備很大的危險(xiǎn),故,對(duì)其進(jìn)行巖溶滲漏評(píng)價(jià)是必須的。通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)水文、工程地質(zhì)條件的剖析,水庫(kù)庫(kù)尾、庫(kù)中都沒(méi)有滲漏通道,但庫(kù)首具備滲漏條件,水庫(kù)的滲漏問(wèn)題主要取決于庫(kù)首的巖溶水文地質(zhì)條件。

        1 基本工程地質(zhì)條件

        東波水庫(kù)位于郴州市東江湖景區(qū)內(nèi),湘江一級(jí)支流東江支流東河上游,近幾十年來(lái),由于東河的水患災(zāi)害頻發(fā),同時(shí)為滿足柿竹園公司產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)展對(duì)生產(chǎn)生活用水需求,實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,故擬建東波水庫(kù)。東河平均地形坡降10%,河床地形較起伏,下游龍?zhí)度?W1)處河床高程約492 m,龍?zhí)度雎陡叱?95.2 m。

        圖1 壩區(qū)下游工程地質(zhì)簡(jiǎn)圖

        擬建水庫(kù)位于南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶中段北部,構(gòu)造形跡復(fù)雜,主要有五蓋山背斜、西山向斜、橋口至東波向斜等,巖層傾角比較陡,總體傾向以北西為主,傾角為40°~50°,庫(kù)首兩側(cè)為40°~50°的山坡。

        庫(kù)首巖性包括:(1)泥盆系棋子橋組(D2q):深灰色灰?guī)r夾灰白色白云質(zhì)灰?guī)r,厚度大于300 m,主要分布于庫(kù)首右岸;(2)泥盆系佘田橋組(D3s):灰白色微粒灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r,厚度大于200 m,主要分布于庫(kù)首左岸。

        庫(kù)首主要斷層構(gòu)造有F1、F2、F3、F4等4條,多呈NNE~NE向展布,斷層破碎帶寬度為1~9 m,沿?cái)鄬悠扑閹r溶極其發(fā)育,為庫(kù)水向下游滲漏創(chuàng)造了良好的條件。庫(kù)首左岸的F1斷層,為逆斷層,規(guī)模大,破碎帶寬5~9 m,充填碎裂巖、斷層泥等,結(jié)構(gòu)較松散,膠結(jié)較差,局部位置因溶蝕形成溶洞,為巖溶向水平向發(fā)育、或地下暗河的形成提供了非常好的條件。

        2 巖溶水文地質(zhì)條件

        2.1 巖溶特征

        東波水庫(kù)庫(kù)首的地層為泥盆系上統(tǒng)~中統(tǒng)可溶巖,巖性為厚層狀灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,壩址兩岸山坡無(wú)非可溶巖進(jìn)行隔水。庫(kù)區(qū)內(nèi)分布的灰?guī)r與豐富的大氣降水,為巖溶發(fā)育創(chuàng)造了非常好的條件,庫(kù)區(qū)河床坡降較陡,地下水活動(dòng)非常劇烈,從而加速了其發(fā)展速度。根據(jù)郴縣幅水文地質(zhì)圖,庫(kù)首附近有龍?zhí)逗拥叵掳岛铀蛋l(fā)育,其影響面積較大,支流非常多,沿線多處發(fā)育溶蝕洼地及落水洞等。因此,庫(kù)首范圍內(nèi)的巖溶極其發(fā)育,巖溶形態(tài)分布廣泛。

        2.2 地下水動(dòng)力條件

        通過(guò)巖溶泉井點(diǎn)調(diào)查、地下水示蹤實(shí)驗(yàn)、流量監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘察、地球物理勘探及水化學(xué)分析等多種辦法,基本查清了庫(kù)首的巖溶地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律,河水與壩址下游河流及周邊附近的巖溶泉點(diǎn)之間的水力關(guān)系。

        1)泉井調(diào)查及地下水示蹤實(shí)驗(yàn),庫(kù)首下游周邊附近出露的巖溶泉有W1、W2、W3、W4等,其特征見(jiàn)表1,東河上游河水主要流向了W1巖溶泉,部分流向了W2、W3、W4巖溶泉,東河上游河水是它們的主要補(bǔ)給源,表明庫(kù)首下游方向巖溶通道發(fā)育較好,壩址庫(kù)首下游滲漏劇烈。

        表1 庫(kù)首下游巖溶泉統(tǒng)計(jì)

        2)流量監(jiān)測(cè),勘察期間對(duì)庫(kù)首上游河水流量、下游河水流量、下游W1、W2、W3、W4等的流量進(jìn)行了多次估算,并對(duì)上、下游河水流量進(jìn)行了流量平衡觀測(cè),結(jié)果見(jiàn)表2。在流量估算時(shí),出、入庫(kù)流量等價(jià)于水量,計(jì)算結(jié)果為:(1)東河上游河水流量明顯大于下游河水流量,其差值為目前庫(kù)首的漏水量,通過(guò)計(jì)算,漏水量在1.2~1.5 m3/s之間。(2)將東河下游河水流量與上述4處巖溶泉的流量累加起來(lái),結(jié)果結(jié)果表明壩址下游流出的總水量顯著大于東河上游入庫(kù)水量,其差值在0.58~1.62 m3/s之間,這說(shuō)明W1巖溶泉的補(bǔ)給源除了東河外,應(yīng)該還有其他補(bǔ)給源,其差值大致為其他補(bǔ)給源的水量。

        表2 東波水庫(kù)水量平衡計(jì)算結(jié)果

        3)鉆孔地下水位觀測(cè),勘察期間在壩址兩岸山坡布置了大量的鉆探工作,從鉆孔地下水位可知,庫(kù)首兩岸山坡在正常蓄水位520 m附近的鉆孔,地下水位均在477~478 m之間,而河床水面高程475~476 m,基本上與河水位持平,說(shuō)明庫(kù)首向周邊漏水嚴(yán)重。

        3 巖溶形態(tài)及滲漏問(wèn)題分析

        3.1 巖溶形態(tài)

        庫(kù)首河床中共布置了5個(gè)鉆孔,均揭露到了溶洞,河床部位ZK43鉆孔,孔深16.0~29.0 m段發(fā)育有大溶洞,一般全-半充填砂礫石及砂質(zhì)粘土,最大線巖溶率為50.5%。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn),在各溶洞部位,壓水試驗(yàn)部分能略起壓,溶洞處的巖石透水率在6.3~116.8 Lu之間,局部溶洞段不能起壓,呈極強(qiáng)-強(qiáng)透水性,說(shuō)明各溶洞與下游周邊巖溶通道的連通性較好。電磁波CT剖面成果表明(見(jiàn)圖2),大型溶洞主要分布在ZK43-ZK42-ZK29透視剖面之間,ZK29-ZK30-ZK31透視剖面發(fā)育的溶洞規(guī)模次之,多沿順層方向發(fā)育。

        圖2 庫(kù)首河床CT透視剖面圖

        3.2 巖溶滲漏問(wèn)題分析

        巖溶滲漏一般有兩種,即管道滲漏與溶隙滲漏,管道滲漏往往是指沿直徑大于0.2 m的巖溶管道、巖溶洞穴或地下暗河滲漏;溶隙滲漏一般是指沿被溶蝕擴(kuò)大的裂隙或斷層構(gòu)造破碎帶、影響帶等呈網(wǎng)格狀滲漏。根據(jù)東波水庫(kù)庫(kù)首的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、落水洞、巖溶泉井的發(fā)育情況進(jìn)行綜合分析可知,擬建東波水庫(kù)庫(kù)首滲漏途徑以管道滲漏為主,溶隙為輔,其滲漏途徑有以下幾條(見(jiàn)圖3):

        圖3 庫(kù)首巖溶滲漏途徑示意圖

        1)庫(kù)首至龍?zhí)度?W1)之間地下暗河為管道滲漏。根據(jù)地表沿線表現(xiàn)出的巖溶形態(tài)特征等基本可以推測(cè)出龍?zhí)度叵掳岛拥淖呦颍旱叵掳岛訌膸?kù)首上游開(kāi)始,沿右岸F6斷層(鯉魚江至觀音座性斷裂)方向向右岸下游向延伸,流向龍?zhí)度?,暗河長(zhǎng)度約2.2 km。該地下暗河滲漏特點(diǎn):入口滲水面積大,縱向深度較大,連通性較好,滲漏量大,為東波水庫(kù)的主要滲漏途徑。自庫(kù)盆漏入地下的水呈網(wǎng)格狀巖溶通道發(fā)生滲漏,絕大部分庫(kù)水流向了沿F4斷層破碎帶發(fā)育的龍?zhí)度叵掳岛印?/p>

        2)東波水庫(kù)庫(kù)首至W2巖溶泉方向的管道狀巖溶滲漏,庫(kù)首節(jié)理裂隙及巖溶發(fā)育,W2沿F1斷層(東波至月敏壓扭性斷裂)方向發(fā)育,斷層使得附近巖體更為破碎,同時(shí)據(jù)庫(kù)首河床地質(zhì)剖面可知,河床部位溶洞發(fā)育,且溶洞與下游周邊巖溶通道的連通性較好,因此,庫(kù)首至W2之間形成了網(wǎng)格狀的巖溶通道。W2巖溶泉至庫(kù)首距離較近,水力坡降達(dá)8%,較陡,地下水在巖溶通道中運(yùn)動(dòng)較為活躍,部分溶隙慢慢被溶蝕成管道狀。W2是由多個(gè)巖溶泉組成的泉群,出水點(diǎn)比較多,單個(gè)流量較小,但總的流量不小。

        3)庫(kù)首至W3、W4兩處巖溶泉方向的滲漏為溶隙式滲漏,一部分河水通過(guò)較長(zhǎng)距離的溶隙滲流,從W3、W4兩處流出,這兩處巖溶泉的特征為:入滲面相對(duì)不集中,且點(diǎn)多面廣,流量相對(duì)較小,為目前東波水庫(kù)的巖溶滲漏的次要通道。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)庫(kù)首分布的地層有:泥盆系棋子橋組(D2q)、泥盆系佘田橋組(D3s)的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等,庫(kù)首下游巖溶強(qiáng)發(fā)育,水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜,無(wú)相對(duì)隔水層分布,庫(kù)水補(bǔ)給壩址下游地下水,水庫(kù)滲漏強(qiáng)烈。

        (2)W1與W2巖溶泉以管道滲漏為主,W3與W4巖溶泉以溶隙滲漏為主。

        (3)庫(kù)首可溶巖地層巖溶極其發(fā)育,縱向溶蝕發(fā)育深度大,連通性好,呈強(qiáng)透水性,滲漏非常嚴(yán)重,地下暗河發(fā)育,成庫(kù)條件差,處理成本高,因此,水庫(kù)不適合建壩。

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