龙泉水库引水线路及库区工程地质评价

李新善，马军卫

（1.重庆水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 400020；2.山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省万家寨引黄南干宁武供水工程的供水范围为宁武县，其建设任务是：向宁武县提供新增工业和城镇供水。本工程从万家寨引黄南干线7#隧洞的小狗儿涧支洞取水，沿支洞底埋设管道至洞口外，选择在洞口下游1.5 km处的原小狗儿涧村兴建龙泉水库进行水量调节，以解决万家寨枢纽每年8—9月份排洪调沙期间不能引水的问题。

龙泉水库位于神池县的小狗儿涧村附近，此水库作为调节水库，采用土工膜库盆全防渗，正常蓄水位1 450 m，总库容400万m3。该流域面积为4.4 km2，河道长度4.03 km，河道纵坡59.1‰。龙泉水库是海河流域永定河水系恢河支流上的一座调蓄水库，其作用是保证下游用水。

2 龙泉水库引水线路工程地质情况

2.1 龙泉水库引水线路工程地质描述

龙泉水库设计拟从万家寨引黄南干线7#隧洞的小狗儿涧支洞取水，通过管道输水至龙泉水库。输水线路位于小狗儿涧沟近源头部位，沿线地势起伏不平，冲沟发育，地面高程1 450～1 510 m。输水线路全长1.85 km。

管线段发育的地层岩性由上到下依次为：

（1）第四系全新统洪冲积卵石混合土，卵砾石成分主要为灰岩、白云岩，漂石含量5%～8%，卵石含量20%～30%，砾含量30%～45%，砂含量18%～25%，粉黏粒含量2%～5%。厚0～6 m。分布于小狗儿涧沟谷底。

（2）第四系上更新统坡洪积物（Q3pdl），岩性淡黄色低液限粉土，结构松散，多呈硬塑状，土质不均。其物理力学指标天然状态下含水率：5.5%～17.8%，平均值为10.0%，天然密度：1.39～1.66g/cm3，平均值为 1.48g/cm3，干密度 1.23～1.55g/cm3，平均值为 1.35 g/cm3，孔隙比：0.737～1.185，平均值为1.003，天然压缩系数av值0.13～0.64MPa-1，平均值为 0.38MPa-1，饱和压缩系数 av值 0.19～1.25MPa-1，平均值为0.70 MPa-1，属中等～高压缩性土。垂直渗透系数：1.99×10-4～1.04×10-3cm/s，平均值：5.31×10-4cm/s，水平渗透系数：3.52×10-4～1.78×10-3cm/s，平均值：5.31×10-4cm/s，具中等～弱透水性。饱和抗剪强度凝聚力c值：10.8～27.7 kPa，平均值15.3 kPa，内摩擦角 φ 值：18.0°～25.0°，平均值：20.6°。自重湿陷系数：0.004～0.039，湿陷系数：0.006～0.056，具湿陷性，厚 2～12m。

（3）奥陶系中统上马家沟组，岩性为浅灰色中厚～厚层白云质灰岩、灰岩。区内地质构造简单，主要为单斜岩层，块状构造，岩溶较发育，主要为溶隙和溶孔，局部发育管道状岩溶，岩层产状N15°E/SE∠25°～29°。岩体中主要发育两组节理裂隙：①N50°～60°W/NE 或 SW∠65°～85°，②N35°～45°E/NW 或 SE∠65°～80°，裂隙面多平直光滑，延伸较长，裂隙宽一般为0.1～0.3 cm，裂隙间距一般为0.5～2.0 m，泥或钙质充填、半充填，部分裂隙闭合，局部有宽大张性裂隙，宽1.0～2.5 cm。厚度大于50 m，主要分布于小狗儿涧两岸及谷底。沿线地下水位埋深大，对工程无影响。

2.2 龙泉水库引水线路工程地质评价

水平距离0+000～0+286 m段，进水线路沿小狗儿涧支洞洞底布置，管基置于奥陶系上马家组灰岩，工程地质特性好；水平距离0+286～1+850 m，进水线路基本沿小狗儿涧沟布置，管基埋深3～5 m，管基置于第四系上更新统坡洪积低液限粉土层。低液限粉土具有湿陷性，湿陷性土层厚约7.0 m，根据场地的湿陷性评价，场地属自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级，建议采取相应的处理措施，以消除地基湿陷性。建议临时开挖坡度：基岩1∶0.3，低液限粉土1∶0.75。地基承载力建议值：基岩1.0～1.5 MPa，低液限粉土70～80 kPa。

3 龙泉水库库区地质情况

3.1 龙泉水库库区地质描述

龙泉水库位于宁武县斗沟村北约1.0 km。二级公路崞五线南侧小狗儿涧沟上游处，设计拟修建均质土坝，水库正常蓄水位1 050 m时，水库回水长度约0.9 km，库容400万m3。

3.1.1 库区工程地质条件

龙泉水库位于恢河一支流小狗儿涧上游，其流向N77°E，两岸山体不对称，右岸山体雄厚，山顶高程为1 550～1 600之间，左岸为一突出山包，山顶高程1 467 m。地面高程1 440 m以下沟谷峡窄，呈“V”型，沟谷宽 20～50 m，两岸坡度较陡，一般 50°～70°；地面高程1 440 m以上地势宽缓，两岸地面坡度10°～20°。库区两岸及库尾冲沟较发育，呈树枝状，支沟沟底坡降较大。冲沟无流水，仅在雨季有洪水。在库尾现有一水塘。

库区出露的地层为古生界奥陶系和新生界第四系地层。现将地层岩性由老至新分述如下：

（1）奥陶系中统上马家沟组（O2S）。岩性为浅灰色中厚～厚层白云质灰岩、灰岩，岩性坚硬，岩溶较发育，主要为溶隙、溶孔等，底部角砾状泥灰岩，岩性较软弱。本组厚度约200 m，主要分布于小狗儿涧沟谷底部及两岸。

（2）第四系上更新统坡洪积（Q3dpl）。淡黄色低液限粉土，含砂低液限粉土，多呈硬塑状，结构松散，厚2～12 m，分布于沟谷两岸。

（3）第四系全新统洪冲积（Q4pal）。岩性为卵石混合土、级配不良砾，卵砾石成分主要为灰岩、白云岩，颗粒组成漂卵石含量20%～45%，砾含量30%～55%，砂含量15%～25%，粉黏粒含量1%～5%，不均一。据渗水试验资料，卵石混合土、级配不良砾层渗透系数5～18 m/d。厚0～4 m，主要分布于小狗儿涧谷底。

（4）人工堆积物。岩性为低液限粉土、碎石土，厚0～4 m，主要分布于库尾小水库坝址及坝址采石场一带。

水库区地质构造较简单，断裂构造不发育，为单斜岩层，岩层产状N15°E/SE∠25°～29°。岩体中主要发育两组节理裂隙，其产状分别为：①N50°～60°W/NE 或 SW∠65°～85°，②N35°～45°E/NW或SE∠65°～80°，裂隙面多平直光滑，延伸较长，裂隙宽一般0.1～0.3 cm，裂隙间距一般0.5～2.0 m，泥或钙质充填、半充填，部分裂隙闭合，局部有宽大张性裂隙，宽1.0～2.5 cm。

3.1.2 水文地质条件

根据地下水的赋存条件，水库区内地下水类型可分为：松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水两种类型。

松散岩类孔隙水主要赋存于库区两岸及河床松散地层中。地下水主要接受大气降水补给。

碳酸盐岩类裂隙岩溶水赋存于库区奥陶系碳酸盐岩地层中。其补给来源主要为大气降水补给，其富水性主要受地层岩性、地质构造、岩溶发育程度和地形地貌等因素制约，一般富水性较好，水量较丰富。库区属碳酸盐岩类裂隙岩溶水补给、径流区，地下水主要向恢河方向径流排泄。库区内地下水位埋深大，钻孔深度范围内均未能揭露。

库区第四系上更新统坡洪积物低液限粉土天然状态下含水率：4.5%～18.7%，平均值为：9.5%，天然密度：1.44～1.63 g/cm3，平均值为：1.54g/cm3，干密度：1.26～1.53g/cm3，平均值为：1.41g/cm3，孔隙比：0.756～1.139，平均值为：0.917，天然压缩系数av1-2值：0.13～0.65 MPa-1，平均值为：0.26 MPa-1，饱和压缩系数av1-2值0.20～1.01 MPa-1，平均值为：0.43 MPa-1，属中等～高压缩性土。垂直渗透系数：8.38×10-5～5.41×10-4cm/s，平均值：3.46×10-4cm/s，水平渗透系数：4.03×10-4～9.31×10-4cm/s，平均值：6.09×10-4cm/s，渗透性等级为中等透水。饱和抗剪强度凝聚力c值7.0～27.0 kPa，平均值：12.2 kPa，内摩擦角 φ 值：18.0°～25.0°，平均值：21.7°。自重湿陷系数：0.004～0.039，湿陷系数：0.006～0.056，具湿陷性。该层厚度：6～15 m，分布于库区两岸。

3.2 龙泉水库库区地质问题及评价

3.2.1 库区渗漏

水库两岸在正常蓄水位以下地层主要为上更新统坡洪积低液限粉土，沟底为全新统洪冲积卵石混合土，沟底及两岸侧壁部分段奥陶系上统上马家沟组白云质灰岩裸露。

低液限粉土渗透系数8.38×10-5～5.41×10-4cm/s，渗透性等级为弱～中等透水性；河床卵石混合土渗透系数8～18 m/d，渗透性等级为中等～强透水性；奥陶系灰岩节理裂隙和岩溶发育，据钻孔压水试验单位透水率28～158 Lu，渗透性等级为中等～强透水性。且库内地下水位埋深较大，钻探深度内未能揭露。库区存在永久渗漏问题，且渗漏量较大，建议采取水平防渗方式对全库盆进行防渗，确保水库蓄水。

3.2.2 库岸稳定

在库区回水范围内，两岸多为土质岸坡，仅近坝址处左岸部分为岩质岸坡。土层为上更新统坡洪积（Q3dpl），岩性多为低液限粉土、低液限黏土层。基岩为奥陶系中统上马家沟组白云质灰岩，岩层产状 N15°E/SE∠25°～29°，倾向沟内偏下游侧。

水库区两岸土质为低液限粉土层，土质较疏松，两岸边坡坡30°～60°，多大于10°，水库两岸土质边坡存在坍岸问题，建议结合库区防渗进行削坡。库区近坝址区左岸基岩裸露，岩层倾向沟内，且倾角较大，存在岸坡稳定问题，建议削坡。此处，库区两岸Q3dpl低液限粉土具湿陷性，应采取必要措施进行处理。

3.2.3 库区淹没与浸没

水库库区范围内无工矿企业、居民点、坟墓和重要的地下矿产分布等。

4 结束语

通过对龙泉水库引水线路及库区范围的工程地质描述，及其工程地质评价，论证了工程地质的合理性，为工程的顺利实施提供了地质情况参考。