龙塘水库岩溶发育规律及渗漏问题分析

张兴安

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安710000)

龙塘水库位于四川省凉山彝族自治州盐源县北部梅雨河一级支流马坝河下游，坝址位于干海乡龙塘峡谷段。工程区距离西昌市180 km，距离盐源县26 km，水库设计正常蓄水位高程2 420m，坝顶高程2 423m，坝底高程2 360m，最大坝高63m，总库容1.49亿m3，有效库容1.17亿m3，灌溉面积40万亩，装机。工区距离 KW。主要建筑物包括大坝、引水洞、厂房、导流洞等，初拟坝型为常态混凝土拱坝。工程区岩溶极其发育、岩溶水文地质条件复杂，水库蓄水后在反压作用下，可能变成向水库下游和两岸邻谷渗漏的通道。因此，岩溶渗漏是该水库成库建坝的重要工程地质问题。

1 库坝区基本地质条件

1.1 地形地貌

工程区位于盐源盆地北部的马坝河下游。盐源盆地处于青藏高原东南部，四周群山环抱，一般高程3000～4 000m，高差上千米，盆地内部为垄岗状丘陵和阶地，高程一般在般1>～2 700m，呈多级夷平面的阶地地貌景观。

库区回水长度10.5 km，按地貌形态可分为两大地貌类型。其中丘陵洼地(月亮坝下游)，约占库区回水长度的45.4%，地形开阔平缓，河谷宽阔，多呈宽浅的“U”型。低山峡谷区(月亮坝上游)约占库区回水长度的54.6%，河流强烈下切;河谷形态呈“V”型或“U”型。

1.2 地层岩性

据区调资料，本区地层可列为三个分区，即康滇分区、盐源丽江分区和松潘甘孜分区。其中盐源丽江分区地层分布最广，而康滇分区地层和松潘甘孜分区地层仅分布于测区的东部及西北部，面积都较小。

1.3 地质构造

工程区位于扬子准地台(Ⅱ)西北部的二级构造单元盐源丽江台缘拗陷区(Ⅱ2)中部盐源“山”字型构造脊柱部位，东邻扬子准地台的康滇台隆(Ⅱ1)，西北接松潘甘孜地槽南缘(Ⅰ)。构造形迹的展布受由北向南水平推力的控制，形成了一系列北东及北西向延伸的宽缓褶皱和断裂构造。区域大地构造单元分区如图1。

图1 区域构造纲要图

1.4 岩溶水文地质

区内水系主要由雅砻江及其支流小金河组成。梅雨河发育分布于盐源盆地内，由白乌河、马坝河、古柏河等众多的支流组成树枝状的向心水系，水文网发育展布主要受地质构造控制，其干流以顺构造线发育为主，支流则多垂直构造线展布，组成近似羽状的环形水系。工程区及外围分布有松散堆积层孔隙水、孔隙裂隙层间水、基岩裂隙水、岩溶水四个地下水类型。

其中岩溶发育的主要层位是三叠系中统白山组上段(T2b3)均匀状石灰岩，其次是中段(T2b2)均匀状纯碳酸盐岩和老第三系红崖子组均匀状不纯的碳酸盐岩，厚度约55.8m。库区岩溶发育形态多样，常见的有漏斗、落水洞、地下暗河、溶洞、溶隙等，其充填程度、充填物的物质组成及密实程度亦不尽相同。

2 岩溶发育规律

2.1 库坝区岩溶发育分布及特点

工程区发育的岩溶按分布高程投影如图2，大体有如下规律:河床2 375m高程以上，发育四层岩溶，高程分别为点/三级～2 380m、m2 3～2 396m、m2 4～2 408m、m2 4～2 435m，其中小型溶洞或溶隙多被紫红色粘土夹碎块石充填，大型溶洞基本无充填或底部充填薄层碎砾石;河床2 375m高程以下，基本发育两层岩溶，分布高程为 35m～2 360m、m2 2～2 320m，前者属古岩溶，充填较密实，充填物多为紫红色粘土夹碎砾石，后者为受梅雨河侵蚀基准面控制的新岩溶，规模较小，充填程度较差或无充填。

图2 龙塘水库坝区及近坝库区岩溶纵向投影图

2.2 岩溶发育的一般规律

根据工程地质勘察成果分析，工程区的岩溶发育具有如下规律性:

2.2.1 岩溶发育程度、规模与岩性关系密切

工程区分布的几套地层中(T2b3、T2b2、T2b1、T3xb、Eh、N2x)，三叠系中统白山组上段(T2b3)的均匀状质纯灰岩，厚度大，层位稳定，分布广泛，是岩溶最为发育的主要层段，其它地层均为不纯的灰岩或夹碎屑岩，岩溶发育相对较弱。

2.2.2 岩溶发育方向受地质构造控制明显

本区褶皱及断层对岩溶发育的方向及发育程度有明显相关性，通常与构造线方向具有一致性。库区左岸北东向褶皱、右岸北西向褶皱及近南北向断层构造，对岩溶发育、分布方向以及岩溶水的运动方向控制性明显。而在同一构造区的不同部位，岩溶的发育则与节理裂隙的发育程度及展布相关，据库区溶洞和坝区平硐、探槽内发育的溶洞调查统计，主要沿北北东向高倾角张性裂隙和层面裂隙发育的岩溶约占74%，其它和构造无关主要各岩性相关的仅占26%。

2.2.3 岩溶发育与河流发育史具有明显的对应性

岩溶发育与当地侵蚀基准面的对应性，主要表现在河谷两岸岩溶发育空间上的成层性以及河谷以下岩溶发育深度等。在工程区地质演变历史的发展中，马坝河等地表水经历了不同的发展阶段，形成了三级河流阶地，与之相对应，河谷两岸溶洞的分布在不同高程上亦具有大致成层的规律，但由于不同期岩溶继承发育，深部岩溶分布的成层性又不是特别明显，与河流阶地的对应关系亦不完全一致。岩溶形态在平面上发育规律也具有明显的差异性，在岩溶水补给区或分水岭地区，岩溶形态以地表溶沟、溶槽、漏斗、落水洞、小型溶蚀洼地等垂直岩溶形态较发育，而在岩溶水的径流排泄区则以水平溶洞、暗河等水平岩溶形态为主。

2.2.4 岩溶发育具有很大的不均一性

这种岩溶的空间分布和发育程度的不均一性，主要是由于可溶岩体内部构造和透水性等条件的不均一性造成的。测区内同一地区的不同地段或部位，岩溶化强度均有显著的差异，如坝区的河床与坝肩岩溶发育就明显不同，且在同一部位，大的溶洞、溶道与小的溶隙、溶孔同时并存。

3 水库渗漏问题

3.1 左岸邻谷渗漏

3.1.1 向古柏河的渗漏

古柏河位于马坝河左侧，河间地块宽度1.6～3.5 km，上部为弱～微透水岩组的新第三系昔格达组(N2x)粘土岩，厚度13.5～195m，底面高程在2310～2 440m之间，为天然隔水屏障。下伏三叠系中统白山组灰岩及上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩，其中强岩溶化的白山组灰岩可能成为邻谷渗漏的通道，顺古柏河顺河地质剖面分段说明如下:

1)六谷沟—两层楼干谷段

长度1.8 km，河床高程2455～2 435m，两岸为白山组灰岩，灰岩出露的最低高程高于正常蓄水位10～15m，推测该段河谷枯水期的地下水位高程为程高正～2 435m，进口高程及地下水位高于水库正常蓄水位，不存在库水向邻谷反压渗漏的问题。

2)两层楼—庙子湾段

长度1.65 km，河谷横切大院子向斜，上部为老第三系红崖子组砂砾岩，下伏三叠系上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩及上博达组粘土岩，为弱透水岩组，为良好的隔水层，且该段河谷地面高程为2420～2 435m，枯水期地下水位埋深8～15m，地下水位高程在程子斜～2 425m左右，与水库正常蓄水位高程相差不大，水头比降甚小，基本不存在渗漏问题。

3)庙子湾—古柏分场干谷段

长度约3.0 km，横切汪家坪背斜，古柏河左岸灰岩裸露，野外调查灰岩中小溶洞和不同方向的溶蚀裂隙均较发育，右岸(与马坝河相邻)多被第四系地层及新第三系昔格达组地层覆盖。其中下游2.3 km长的灰岩分布高程为2350～2 420m，据调查访问枯水期地下水位高程为程，切～2 415m，低于正常蓄水位高程2 420m。水库蓄水后，库水易沿灰岩中的小溶洞和溶蚀裂隙向古柏河邻谷渗漏，其产生渗漏的主要形式是溶隙脉状流。

4)古柏分场—石楼梯段

长度约2.5 km，横切甲花村向斜，出露地层为三叠系上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩及上博达组粘土岩，为弱透水岩组，为良好的隔水层，不存在渗漏问题。

5)石楼梯—杨柳坝干谷段

长度1.5 km，河床高程2385～2 370m。由于上游的甲花村向斜在河间地块中部扬起，透水性微弱的博大组地层(由北东向南西延伸)阻隔了地下水的下渗，库水不可能渗漏于杨柳坝河段。

综上所述，库水沿白山组灰岩中的溶隙、小溶洞向左岸邻谷古柏河的渗漏主要发生在庙子湾～古柏分场干谷段(约2.3 km)，其渗漏的主要形式是溶隙脉状流。

3.1.2 向马坝河下游的方家沟渗漏

方家沟属于马坝河左岸的冲沟，沟口位于坝址下游1.3 km，源头高程2 460m，沟口谷底高程2 385m，谷底高程2 420m以下至沟口长度1.5 km，该段上部为新第三系昔格达组粘土岩，厚度一般5～54.5m，下伏三叠系中统白山组灰岩，顶板高程一般程 46.8～2 450m，野外调查裸露灰岩中小溶洞和溶蚀裂隙较发育，库水易通过灰岩溶蚀裂隙渗漏到方家沟中、下游段。

3.2 右岸邻谷渗漏

3.2.1 向白乌河的渗漏

白乌河位于马坝河右侧，河间地块宽度2.2～2.7 km，上部为弱～微透水岩组的新第三系昔格达组(N2x)粘土岩，厚度15～55m，底面高程在2286～2 433m之间，为天然隔水屏障。下伏三叠系中统白三组灰岩及上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩，其中强岩溶化的白三组灰岩可能成为邻谷渗漏的通道，顺白乌河顺河地质剖面分段说明如下:

1)下麦地峡谷进口以上段

该段下部斜切麦地向斜，核部出露地层为三叠系上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩及上博达组粘土岩，顺河宽度约2.0 km，属弱透水岩组，为良好的隔水层。另外该段河谷谷底高程2470～2 430m，河水面高程2 430m以上，均高于正常蓄水位，库水不存在向该段渗漏的问题。

2)下麦地峡谷进口—山门口段

长度约3.0 km，在该段河谷中段斜切黑元宝背斜，河谷及两岸广泛出露三叠系中统白山组灰岩，发育了四层溶洞，大体上与河流漫滩或一级阶地、二、三、四级阶地高程对应，其中该段与河流漫滩或一级阶地高程对应的大型溶洞6个，天然状态下，麦地峡谷河水易通过黑元宝背斜两翼层面和沿北西向断裂发育的岩溶通道，向南东流向马坝河右桥头、河湾子一带。该段下游1.2 km长的河谷水面高程2420～2 390m，低于正常蓄水位，当水库蓄水至2 420m高程时，库水易沿相应来水通道反压至该段河谷。水库存在向该段下游1.2 km河段反压渗漏的问题。

3)山门口以下段

该段在三门口附近，河谷斜切采石场向斜，核部出露地层为三叠系上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩，厚度约0.8 km，属弱透水岩组，该层从山门口上游向东南延伸至坝址上游天然溢洪道附近，为良好的隔水层，阻止了库水向山门口以下的白乌河段渗漏。

总之，库水向白乌河的邻谷渗漏主要位于山门口上游1.2 km的下麦地峡谷段(尤其是采石场向斜东北翼地段)，渗漏形式多为岩溶管道和溶隙混合型渗漏。

3.2.2 向马坝河支沟瓦窑沟的渗漏

瓦窑沟属于马坝河右岸的冲沟，沟口位于坝址西南0.5 km，源头高程2 495m，沟口谷底高程2 385m，谷底高程2 420m以下至沟口长度1.8 km，该段上部为新第三系昔格达组粘土岩，厚度一般10～31.7m，中部为老第三系红崖子组砂砾岩，厚度一般8～13.8m，下伏三叠系中统白山组灰岩及三叠系上统下博达组碎屑岩夹泥灰岩，顶板高程一般031.～2 403m。采石场向斜翘起段从瓦窑沟口以上600m处穿过，核部为下博达组碎屑岩夹泥灰岩，具有隔水作用，但瓦窑沟F1断层斜切向斜，破坏了核部的隔水地层，沟通了向斜内外侧的白山组灰岩，库水易顺瓦窑沟断层排泄于库下游石河坝、河湾子等泉，或形成新的渗漏点。

3.3 坝基渗漏和绕坝渗漏

3.3.1 坝基渗漏及坝肩绕坝渗漏

坝址位于三叠系中统白山组上段灰岩上，根据野外地表调查以及钻孔、平硐资料，坝址区裂隙、溶蚀裂隙、溶洞较发育，库水易通过相应通道产生坝基渗漏及坝肩绕坝渗漏。

3.3.2 通过大龙塘反压倒灌，导致左、右龙眼流量增加或产生新的渗漏点

根据连通试验和抬水试验，库内的大龙塘暗河与下游的左、右龙眼泉同属长坪子—大院子水动力单元，具有相同的补给区，二者水力联系紧密。但大龙塘出露高程2389.31m，枯水期水位高程2388.31m，只有当洪水期，上游来水丰富，地下水位高出上述高程一定数值时，大龙塘才季节性的向外排水;一旦补给区水源减少，地下水位下降到一定程度，大龙塘就停止出水，而下游的左、右龙眼属长流水。因此水库蓄水后，库水易通过大龙塘反压倒灌，导致左、右龙眼流量增加或在下游产生新的渗漏点。

4 结论

综合以上分析，水库修建后，主要渗漏将集中在以右桥头泉为主向右岸白乌河的管道型渗漏、向下游核桃树泉、河湾子泉的反压渗漏，以大龙塘暗河出口为主向左岸古柏河的反压渗漏，以大龙塘、东西龙塘、牛吃水泉为主向左右龙眼的渗漏，以及岩溶发育段灰岩坝肩向下游的绕坝渗漏为主。其中:

(1)水库区渗漏以岩溶管道型反压向右岸白乌河、坝下游及左岸古柏河渗漏为主，溶隙型渗漏次之的形式。

(2)鉴于库区岩溶渗漏以岩溶管道型为主，而工程区灰岩段岩溶管道渗漏结构十分复杂，未来的库区渗漏不仅沿已发现的多个泉水出露点的渗漏，同时现河水位以下及河床第四系地层下的地下暗泉、未揭露的溶洞也会与已存在的水平岩溶管道相通，形成新的渗漏通道，溶隙型渗漏也可能与其连通，从而形成混合型的渗漏方式。

(3)坝址区灰岩中岩溶十分发育，因而绕坝及坝基渗漏将会以溶隙及岩溶管道式渗漏的混合方式出现。

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[5]张兴安.四川省凉山州盐源县龙塘水库工程岩溶渗漏初步分析专题报告[R].陕西省水利电力勘测设计研究院.2010.