锦屏一级水电站坝区右岸不同地质单元地下水流动特征的水化学分析

季 备

(中铁第一勘察设计院集团有限公司地路处，陕西西安710043)

1 地质背景

锦屏一级水电站位于雅砻江中游锦屏大河湾之西侧，地处属青藏高原向四川盆地过渡之斜坡地带。地貌上多属侵蚀山地，地形上表现为高山峡谷，高差悬殊，呈典型的高山峡谷地貌景观。

研究区在构造上位于三滩向斜东翼，出露地层为三叠统中下统杂谷脑二段(T22-3z)大理岩，地层倾向北西，倾角30°～40°。主要断裂为锦屏山断裂和F13、F14断层(图1)。锦屏山断裂为一区域性大断裂，在区内主要断于三叠系内部，断裂总体倾北西，倾角较陡，约70°～85°，断裂带破碎带宽十余米至数十米。F13、F14断层倾向南东，倾角约50°～60°，断层破碎带主要为胶结紧密的碎裂岩。

2 样品采集与测试

右岸采样点22个(平硐滴水及平硐内流水)，全部为大理岩岩溶裂隙含水层中的地下水。另外还包括1个雨水样，2个雅砻江江水样以及1个普斯罗沟沟水样。

常规离子测试共计22个，送中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质教育部重点实验室及中国地质大学(武汉)环境学院测试中心进行测试，测试结果如表1。

图1 研究区取样点位置

3 水化学分析

3.1 地下水Piper三线图分析

利用水化学软件Piper三线图将坝区水样数据描绘于Piper图中，得到右岸地下水水样的piper三线图，如下图2。

图2 锦屏一级水电站右岸地下水Piper三线图

F13断层以里:Ⅰ区，地下水为HCO3-Ca·Mg 型，矿化度(TDS)0.19～0.2 g/L;阳离子中 Ca2+、Mg2+含量高，Mg2+含量分布较离散，Ca2+含量较高且相对集中;Na+、K+含量较低。阴离子中含量较高+Cl-含量较低，且以为主。代表了F13断层以里的地下水的水化学特征。

F13断层与F14断层之间:Ⅱ区，地下水为HCO3-Ca型，TDS为 0.22～0.244 g/L;阳离子中 Ca2+含量高;Na+、K+含量较低。阴离子中HCO3-含量较高+Cl-含量较低，且以SO42-为主。代表了F13断层与F14断层之间的地下水的水化学特征。

F14断层以外:Ⅲ区，地下水为 HCO3·SO4-Ca·Na或HCO3·SO4-Na·Ca型，TDS为 0.11～0.23 g/L;阳离子中Ca2+、Na+含量高，Mg2+含量低。阴离子中含量较高。代表了F14断层以外的地下水的水化学特征。

3.2 地下水的 TDS分布特征

在F13断层以里，为地下水的强径流带，地下水滞留时间短，TDS值较小，为 0.11～0.2 g/L。F13断层与 F14断层之间的地下水体，由于 F13断层的阻水作用，与F13断层以里的水力联系很弱，后由于工程的开挖使得部分地区F13断层两侧得以贯通，及该区受降雨、普斯罗沟沟水及F13断层以里地下水的影响，使得该处具有一定的径流条件，为中等径流区，地下水TDS较F13断层以里的地下水要高，为0.13～0.24。在F14断层以外，靠近河谷的采样点的采样高程在1 601～1 618之间，而雅砻江枯水期的水位为1 635.7 m，即采样点基本位于江水水位以下。另外，在上游围堰处的江水接触的地层为同层大理岩，即上游围堰江水与取样点地下水存在水力联系的条件。从TDS值的空间变化特征来看，F14断层以外的TDS值为0.10～0.23，不具有相对于 F14断层以里的连续变化特征，即F14断层也具有一定的阻水效应，只是由于F13断层与F14断层之间的地下水不具备F13断层以里地下水的高压的特征(补给有限)，而使得F14断层的阻水效应不明显。虽然F14断层以外的地下水体受上游江水的影响，但是TDS值又和江水TDS值有较大的不同，这主要是由于江水在补给该区地下水时有一个较长的径流途径，且在沟谷区风化裂隙发育，沿程受表层风化裂隙中包气带水的影响，使得在该区TDS相对江水要大。

表1 坝区主要突水含水层常规水化学分析数据

3.3 地下水的 分布特征

在坝区右岸F13断层以里，属于地下水的强径流带，地下水对F13以里的岩石溶滤及氧化作用影响较大，使得绿片岩中硫铁矿的丰度降低，从而使得该区能够被氧化的硫铁矿的量减少，SO42-含量较低。在F13断层与F14断层之间，为地下水中等径流区，地下水的氧化作用使得该段SO42-含量较F13断层以里要高。在F14断层以外，靠近河谷部位受上游江水的影响，但是SO42-含量又与上游江水相差较大，主要是由于江水在补给的时候有一较长的径流段，且该径流段岩体在平硐开挖前不受江水径流冲刷，岩石硫铁矿丰度较大，使得该区的地下水SO42-含量较大，表现为受江水混合及沿程的氧化作用的影响。

3.4 地下水的 Ca2+、Mg2+分布特征

F13断层以里为地下水的强径流带，Ca2+、Mg2+含量是由于大理岩的溶滤作用占主导作用，使得在F13断层以里，地下水的水化学类型为 HCO3-Ca·Mg型水。在F13断层与 F14断层之间，除受大理岩的溶滤作用的影响外，还受普斯罗沟沟水及降水的混合作用的影响，使得该处地下水的水化学类型为HCO3-Ca。在F14断层以外，在靠近河谷的部位地下水除受上游江水的影响外，还受沿程大理岩溶滤作用的影响，使得该区Ca2+、Mg2+含量较江水要大。

4 结语

右岸大理岩地下水系统由于F13与F14断层的阻水作用，使得右岸大理岩地下水系统的空间分布特征受构造的影响很大:

在F13断层以里，为地下水的强径流带，地下水中常规离子的变化特征主要受补给源水和F13断层以里地层岩性的影响，即锦屏山大断裂的侧向补给、普斯罗沟上游的渗透补给及地层岩性的影响。

在F13与F14断层之间，由于地下工程的开挖，使得原本不具水力联系的F13断层内外两地质环境变得具有较强的水力联系。在工况条件下，F13与F14断层之间的地下水的常规离子含量除了受沟水及江水入渗的影响外，受F13断层以里地下水的影响也较大。

在F14断层以外，由于坝址区灌浆及排水廊道的最低开挖高程为1 601 m，且上游江水水位为1 635.7 m，导致开挖过程中江水具有倒灌进入廊道的条件，这也可能是B07，C01出水量巨大的原因。在工况条件下，F14断层以外地下水除受F13与F14断层之地下水，沟水入渗影响外，还受上游江水的影响，导致该处在低高程的开外面出水量很大。

通过对不同地质环境地下水化学特征的分析，查明不同地质环境下地下水的径流特征，对指导工程设计与施工意义重大。