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        砂廠水庫巖溶特征研究

        2024-04-24 02:43:30代龍省段星宇
        大科技 2024年16期
        關(guān)鍵詞:落水洞河床庫區(qū)

        代龍省,段星宇

        (云南能陽水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司,云南 曲靖 655000)

        1 砂廠水庫概況

        砂廠水庫所處行政區(qū)為富源縣富村鎮(zhèn)砂廠村委會(huì)砂廠村,擬建攔河壩位于沙廠村北東約800.0m 處兩山體之間的啞口部位。啞口之下的河床部位為天然落水洞,為水庫區(qū)下游及右岸暗河之進(jìn)口。水庫所處河流砂廠河為南、北盤江一級支流黃泥河上游新橋河右岸支流。工程距富源縣城約120km,距曲靖市200km,距昆明市355km。庫區(qū)右岸交通尚屬方便,但左岸及壩址交通條件差。

        根據(jù)砂廠水庫區(qū)地形條件,水庫擬建擋水壩正常蓄水位約1780.0m 左右,最大壩高60.0m 左右(利用落水洞上部天然封閉的啞口地形作為大壩,即無須筑壩),壩頂高程為1782.0m,正常蓄水位相應(yīng)容庫1000.00×104m3,總庫容為1340×104m3,為中型規(guī)模。圖1為水庫盆庫區(qū)。

        圖1 水庫盆庫區(qū)

        2 可溶巖分布特征

        砂廠水庫庫區(qū)出露的碳酸鹽巖地層主要為二疊系(P)下統(tǒng)棲霞組、茅口組。次為石炭系(C)上統(tǒng)馬平組小范圍出露于水庫區(qū)左岸近分水嶺地帶,出露位置較高,與庫水蓄水關(guān)系不大。與水庫區(qū)蓄水或滲漏關(guān)系緊密的主要為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)灰?guī)r,次為棲霞組(P1q)灰?guī)r,大面積出露于水庫區(qū)左岸及近壩右岸。因此,水庫區(qū)灰?guī)r巖溶含水層巖性相對單一,巖溶含水層為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)與棲霞組(P1q)灰?guī)r。相對隔水層為二疊系上統(tǒng)峨眉山組(P2β)玄武巖,二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)砂頁巖及三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)砂頁巖。

        3 巖溶發(fā)育控制因素

        可溶巖的巖性為巖溶作用產(chǎn)生和發(fā)育的基礎(chǔ)條件,地形地貌、氣象、水文、地下水動(dòng)力、地質(zhì)構(gòu)造則為外部條件,一般來說,區(qū)域侵蝕排泄基準(zhǔn)面控制著巖溶垂向發(fā)育的下限[1]。

        3.1 地層巖性

        水庫庫盆區(qū)連續(xù)純碳酸鹽巖主要為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)灰?guī)r,次為棲霞組(P1q)灰?guī)r,地表可發(fā)育巖溶槽谷(庫盆區(qū))洼地、水平溶洞、落水洞、豎井,地下發(fā)育暗河,地下水類型以溶隙~管道型地下水為主,巖溶發(fā)育。

        石炭系中統(tǒng)黃龍群(C2hn)及上統(tǒng)馬平組(C3mp)灰?guī)r呈環(huán)形、弧形小范圍出露分布于庫區(qū)左岸山頂分水嶺一帶。三迭系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組下段(T1yn1)灰?guī)r呈條帶狀出露分布于庫右岸及庫尾。中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)灰?guī)r呈條帶狀出露分布于水庫右岸及庫尾的外圍分水嶺一帶,與水庫工程區(qū)關(guān)系不大。下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、二迭系下統(tǒng)梁山組(P1l)砂頁巖及上統(tǒng)峨眉山組(P2β)玄武巖,零星出露或呈條帶狀與P1q+m 相間分布于庫區(qū)左岸及庫尾和右岸外圍。

        與水庫區(qū)蓄水緊密相關(guān)的巖溶含水層主要為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)灰?guī)r及棲霞組(P1q)灰?guī)r可溶巖。

        3.2 地質(zhì)構(gòu)造

        地質(zhì)構(gòu)造不僅控制了地形的起伏狀況和地層的空間分布特征,而且NW 走向的高角度沖斷層整體控制著地下水的運(yùn)移、富集規(guī)律。庫區(qū)NW 走向高角度沖斷層發(fā)育且密集分布,斷層角度較陡,傾向延伸較深,受斷層影響巖溶發(fā)育較深,垂向落水洞較深,溶蝕空腔較大而形成管道型巖溶系統(tǒng)。庫區(qū)巖溶落水洞、地下暗河的發(fā)育均受NW 向F2、F3高角度沖斷層控制,總體呈NW 向延伸展布,地下水總體也是由北西向南東運(yùn)動(dòng),最終向水庫區(qū)右岸北東外圍的兩個(gè)巖溶大泉Q1、Q2 逕流排泄。F2、F3斷層在可溶巖P1m 灰?guī)r中具有導(dǎo)水的作用,同時(shí)在斷層南東末端與P2β 相對隔水層分布部位也具有阻水作用而出露巖溶大泉Q1 與Q2。

        3.3 侵蝕基準(zhǔn)面

        除了地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造條件等因素控制著庫區(qū)巖溶發(fā)育的部位、形態(tài)、規(guī)模及發(fā)育深度等外,區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面或低槽帶等也影響和控制著巖溶發(fā)育的深度(下限)。工程區(qū)域一級侵基準(zhǔn)面為南、北盤江,二級侵蝕基準(zhǔn)面為黃泥河上游新橋河,三級侵蝕基準(zhǔn)面為大凹子河(河面高程約1363.5m)。其一、二級侵蝕基準(zhǔn)面距水庫工程區(qū)較遠(yuǎn),對水庫工程區(qū)范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育影響不大或無影響,對水庫工程區(qū)巖溶發(fā)育影響深度有較大或直接影響的主要為大凹子河三級侵蝕基準(zhǔn)面,為水庫區(qū)巖溶水運(yùn)移與排泄的最低侵蝕基準(zhǔn)。水庫區(qū)完成的5 個(gè)鉆孔中,其中位于庫區(qū)左岸下新寨一帶鉆孔ZK03(水位高程1787.46m)及大壩落水洞下游河床ZK04(水位高程1736.78m)兩個(gè)鉆孔地下水位分別高于大壩上游河水位(河水位高程1720.1m)16.68~67.36m,但ZK04 地下水位低于此部位河床29.1m,形成懸托河谷(盲谷)。左岸地下水補(bǔ)給河水,ZK04 部位地下水倒流至大壩落水洞。位于大壩上游河床孔ZK01(水位高程1714.9m)、大壩壩軸線部位落水洞上部啞口ZK02(水位高程1717.13m)、庫區(qū)近壩右岸分水嶺ZK05(水位高程1669.1m)3 個(gè)鉆孔地下水均低于河水位,河水補(bǔ)給地下水,形成懸托河[2]。

        4 巖溶發(fā)育類型

        4.1 巖溶槽谷洼地

        砂廠水庫庫盆區(qū)為北西—南東走向的F2斷裂構(gòu)造控制發(fā)育天然形成的巖溶槽谷洼地,洼地長約1.6km,寬為50~200m。巖溶槽谷洼地所處河流砂廠河于近壩址一帶,鉆孔揭露第四系沖洪積層厚34m,左岸均為P1m 灰?guī)r組成,右岸為P2β 玄武巖、T1f 砂頁巖及局部P1m 灰?guī)r組成,最大切割深度200m 左右。

        4.2 水平溶洞

        近庫尾砂廠小學(xué)以東南主向庫區(qū)左岸發(fā)育一北西走向延伸長度約10m 的P1m 灰?guī)r水平溶洞(花魚洞),溶洞高出河床5~10m,枯水期無水流出為干洞,洪水期被淹沒,退水后,據(jù)當(dāng)?shù)乩习傩罩v有魚從洞里出來,故名花魚洞。實(shí)際上是洪水期河床里的魚隨河水回灌到洞里,退水后又洞里積水又將魚帶出洞外來所致。此外,沿壩址以下主河床(盲谷)左岸發(fā)育走向北東的大型水平溶洞,溶洞延伸至石坎子一帶,長度近300m,洞高2~20m、洞寬2~15m。這兩個(gè)水平溶洞分別受F2、F3斷層控制和影響。

        4.3 落水洞

        壩址河床部位山體鞍部下部(洞高20~40m、洞寬5~10m)及左岸外圍相鄰北西走向沖溝左壁(洞高5~10m、洞寬2~3m)各發(fā)育一個(gè)落水洞。沿壩址落水洞以下沿主河床(盲谷)發(fā)育串珠狀落水洞8 個(gè)(局部有水)。這些落水洞均受F2、F3斷層控制和影響,或發(fā)育于斷層帶上及斷層帶兩盤影響范圍內(nèi),或沿梁山組砂頁巖與茅口口組灰?guī)r的接觸帶發(fā)育。

        4.4 地下溶蝕空腔、暗河管道

        砂廠水庫庫盆為天然形成的垂直型巖溶槽谷,主河床為砂廠河,利用主河床上的落水洞上部天然封閉的啞口地形作為大壩,即無須筑壩。正常蓄水位以不淹沒砂廠小學(xué)及城隍廟為原則,初擬蓄水規(guī)模為中型。大壩(落水洞)上游河床長年有水,庫區(qū)來水量主要為距庫尾砂廠小學(xué)約1.4km 的鍋背溝長流水(流量400L/s,2022 年5 月測)及鍋背溝左岸巖溶大泉(流量800L/s,2022 年5 月測),次為右岸上洛黑-舊屋基、老虎箐及石箐子3 條沖溝水。這3 條沖溝中,以石箐子沖溝水量相對較大,為長流水;而上洛黑—舊屋基、老虎箐兩條沖溝在雨水或洪水期,溝水較大補(bǔ)給主河床于庫水,枯水期或溝水水量較小時(shí),老虎箐沖溝斷流無水或于灰?guī)r段轉(zhuǎn)入地下伏流,上洛黑-舊屋基沖溝由上游至下游水量減小或轉(zhuǎn)入地下伏流。

        5 巖溶垂向發(fā)育特征

        本工程為蓄水論證階段,于水庫區(qū)主河床、左右岸共布置了5 個(gè)水文地質(zhì)勘察鉆孔,其中ZK01 位于壩址砂廠河河心、ZK02 位于壩址(壩軸線)啞口(之下的河床部位為天然落水洞)、ZK03 位于水庫左岸下新寨一帶、ZK04 位于壩址落水洞下游河床、ZK05 位于近壩右岸。上述5 個(gè)鉆孔以右岸ZK05 最深,孔深達(dá)417m,各孔在此深度范圍P1m 單一可溶巖含水層溶內(nèi),均未揭露和發(fā)現(xiàn)較溶洞(無掉鉆現(xiàn)象,也無黏土充填溶洞),包括小溶洞也不發(fā)育,小溶孔也少見,未見明顯巖溶洞隙,主要為溶隙和層間擠壓破碎帶,故未作鉆孔溶洞、溶孔垂向巖溶發(fā)育特征圖,僅通過列表反映溶隙和層間擠壓破碎帶的發(fā)育深度情況。根據(jù)壩址區(qū)與水庫區(qū)勘察鉆孔的相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,說明水庫區(qū)巖溶發(fā)育較深,但主要以溶隙及層間擠壓破碎帶溶蝕為主,5 個(gè)鉆孔中均未見明顯的溶洞,僅偶見細(xì)小溶孔,包括ZK05 深度達(dá)417m 也是如此,灰?guī)r巖體的透水率大多小于5Lu。也說明地表落水洞及地下暗河等較大巖溶則主要受構(gòu)造(結(jié)構(gòu)面)及梁山組砂頁巖與茅口組灰?guī)r接觸帶控制[3]。

        5 個(gè)鉆孔中近壩河床ZK01 地下水位埋藏高程1714.2m,壩址落水洞上部啞口ZK02 地下水位埋藏高程1708.3m,庫區(qū)左岸下新寨一帶ZK03 地下水位埋藏高程1786.9m,大壩下游河床ZK04 地下水位埋藏高程1730.5m,近壩右岸ZK05 地下水位埋藏高程1669.1m。在這5 個(gè)鉆孔地下水位中,除庫區(qū)近壩右岸ZK05 外(此孔全孔壓水試驗(yàn)透水率總體較小,總體小于3Lu,反映出地下水位與巖體透水性關(guān)系不緊密或巖體透水性對地下水位的高低影響不大),其余四孔均反映出庫區(qū)左右岸、河床地下水位均高于庫區(qū)巖溶溶隙發(fā)育的最低下限深度(埋深314.1m,高程1630.1m)和高于和接近鉆孔所在部位相對隔水層之巖體透水率3Lu 線(3Lu線的埋深高程為1709.8~1785.2m)而低于5Lu 線(5Lu線埋深高程為1754.8~1820.6m),因此庫區(qū)防滲宜按相對隔水層之巖體透水率3Lu 線以下10m 控制及同時(shí)滿足低于最低地下水位20m 控制。

        由鉆孔揭示巖溶發(fā)育情況與地表巖溶對比,可說明本區(qū)垂向上的巖溶發(fā)育深度、程度、巖溶形態(tài)與水平方向上不一致性。即本區(qū)河流下切速度較快,地表河水及地下水對巖體側(cè)向和垂向上的侵蝕與溶蝕,在時(shí)間上與速度上小于地殼構(gòu)造的升降速度,使之來不及進(jìn)行充分的溶蝕作用,這也是庫區(qū)落水洞、水平溶洞及地下暗河較發(fā)育而垂向上洞隙卻不甚發(fā)育的原因之一。

        6 巖溶含水介質(zhì)空間滲透特性

        砂廠水庫左岸、近壩庫區(qū)右岸及右岸近庫尾基巖地層巖性為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)灰?guī)r,右岸主要以二疊系上統(tǒng)峨眉山組(P2β)玄武巖為主夾少量三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)砂頁巖。次外,大壩下游河床ZK04部位P1m 下部揭露二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)砂頁巖,庫區(qū)左岸鄰溝地表出露P1l 砂頁巖[4]。

        總結(jié)砂廠水庫工程區(qū)完成的5 個(gè)鉆孔壓水試驗(yàn)資料,庫區(qū)巖溶介質(zhì)的滲透性在垂向上的變化有如下特征。

        (1)總體來說,水庫區(qū)P1m 灰?guī)r巖溶介質(zhì)的透水率呈現(xiàn)隨著深度增大而減小的遞變規(guī)律,但總的來說透水率都不大,普遍在10Lu(0.1~9Lu)以下,呈弱微透水。

        (2)巖體在斷層及其影響帶內(nèi)(ZK01、ZK03)、P1m灰?guī)r與P1l、P2β 接觸帶(ZK01、ZK04)及局部層間擠壓破碎帶和溶隙相對較寬的溶縫帶上透水率較大達(dá)12~17Lu,呈中等透水。顯示了梁山組(P1l)、峨眉山組(P2β)與可溶巖之間存在地下水的良好通道,P1l 砂頁巖與P2β 玄武巖隔水作用下,巖層頂?shù)装蹇扇軒r中巖溶作用相對強(qiáng)烈。

        (3)5 個(gè)鉆孔中,除斷層破碎帶、局部層間擠壓破碎帶、P1l、P2β 地層巖體較破碎外,P1m 灰?guī)r巖體總體較完整-完整,所有鉆孔均沒有揭露溶洞、局部偶見小溶孔,也少見寬大溶隙,未出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象。說明水庫區(qū)P1m 灰?guī)r總體以溶隙為主,除表層及淺部溶隙相對較寬呈張開狀,深部巖體溶隙較小較細(xì)且延伸不遠(yuǎn)。

        7 巖溶對水庫蓄水影響

        在巖溶區(qū)對水庫進(jìn)行修建,水庫內(nèi)的水容易沿溶蝕裂縫、巖溶管道以及溶洞等出現(xiàn)滲漏,進(jìn)而對水庫蓄水造成直接影響。水庫滲漏通道的大小通常取決于巖溶的發(fā)育程度,并且這也是影響滲漏連通性的一個(gè)關(guān)鍵因素。倘若巖溶發(fā)育程度相對較差,主要為溶隙、溶孔等,就不會(huì)對水庫蓄水造成太大影響,出現(xiàn)水庫滲漏的可能性不大;倘若巖溶的發(fā)育比較強(qiáng)烈,分布較為廣泛且深度較大,并且還存在大型巖洞或地下水暗河等,就容易造成水庫的滲漏,且滲漏量相對比較大,對水庫工程的正常使用有著嚴(yán)重影響[5]。

        8 結(jié)語

        綜上所述,在巖溶區(qū)修建水庫的過程中,必須高度重視巖溶滲漏的問題,通過對巖溶水庫巖溶滲漏問題的勘察和處理,確保水庫工程能夠順利完成建設(shè),并在完工以后正常運(yùn)行,避免巖溶對水庫蓄水造成負(fù)面影響。本文結(jié)合砂廠水庫的實(shí)際情況,探究了砂廠水庫各方面的巖溶特征,并論述了巖溶對水庫蓄水所造成的影響。希望通過本文所進(jìn)行的研究,能夠?yàn)槠渌麕r溶區(qū)水庫工程的建設(shè)提供參考。

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