四川龙塘水库溶岩发育及渗透问题浅析

张武茂

（陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 西安 710001）

1 工程概况

龙塘水库工程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上，距西昌市180km，距盐源县13km，系雅砻江的四级支流，地面高程2300 m～3000 m。坝址位于马坝河下游的峡谷段，大坝为常态混凝土拱坝，正常蓄水位2420 m，坝顶高程2423 m，最大坝高63 m，总库容1.49亿m3，属Ⅱ等大（2）型水利枢纽工程。

1.1 岩溶发育规律

龙塘水库库坝区属孤峰洼地岩溶地貌，本区分布有Ⅳ级松林夷平面，高程2400 m～2500 m。由于该区大部分被第三系地层覆盖，岩溶形态呈星点状出露于大龙塘以上，属岩溶水的径流排泄区，大龙塘以下至坝址区属岩溶水的径流排泄区。

1.2 岩溶发育的主要层位与岩溶层组类型

库区三叠系中统白山组碳酸盐岩地层仅于坝址区及近坝区出露0.2km2，厚度281 m～1737 m，据岩溶调查分析统计，本区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55.8 m。与库坝区有关的可溶岩层组类型如表1。

1.3 岩溶形态及充填物特征

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。

1.3.1 漏斗、落水洞

主要分布于三棵树，坝区旱船顶部有少量分布。直径一般在3 m～5 m左右，最大可达10 m以上，深度数米至数十米，多呈碟状或锥状。漏斗底部多为紫红色粘土夹灰岩碎块石或被新第三系粘土岩覆盖，充填较密实，周壁常有零星灰岩露头；落水洞底部常渐变为溶蚀裂隙或竖井，大部分无充填，具有很强的导水能力。

1.3.2 溶洞及溶隙

二者常伴生出现，测区分布较为普遍，多为水平溶洞，大者直径一般在1.5 m以上，深度10 m以上，人可进入。洞口一般垂直附近河谷发育，到一定深度后，发育方向受构造线控制，转化为溶隙。其充填程度及规模不尽相同，一般进口段基本无充填或底部被灰岩碎块石和钙华充填；当进入受构造线控制的溶隙段，一般为半充填；充填物多为紫红色粘土夹灰岩碎块石、砾石等，粘土大部分已脱水呈半固结状，粘粒含量达51%～56%，常处于硬塑状态。灰岩碎砾石直径一般2cm～5cm，含量约在5%～15%，处于地下水位以下的溶洞、溶隙中，充填的碎砾石及砂粒含量明显增多，粘粒含量相对较少。

1.3.3 地下暗河

如大龙塘便是地下暗河的出口，洪水期流量达5m3/s～7m3/s，枯水期有断流现象，而暗河进口则在古柏河大院子上游4km的溶洞、溶隙处，长度约10km。

1.4 库区岩溶发育的主要规律

（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，根据统计资料，库坝区及两岸邻谷发育的40余个大型溶洞，有34个发育在该地层中，占总溶洞个数的85%。岩石矿化分析及溶解度试验资料显示，T2b3厚层灰岩化学成份CaO为主，平均含量55%，CaO/mg O为12.3，绝对溶解量达300 mg/L～330 mg/L，相对溶解度平均值为1.1，且普遍具有生物碎屑结构，有利于岩溶的发育。

表1 库坝区碳酸盐岩层组类型表

表2 测区岩溶发育时期简表

（2）岩溶发育方向受地质构造控制明显。

库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。如马坝河左岸北东方向上的古柏河的大院子峡谷段向大龙塘方向发育的岩溶受大院子向斜及汪家坪背斜控制，而北西的白乌河上游向马坝河下游龙塘峡谷发育的岩溶则受麦地向斜、马道子背斜为主的构造控制。

（3）岩溶发育与河流排水基准面具有明显的对应性。

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。同时，岩溶发育还取决于古水文网的制约作用。

（4）岩溶发育具有很大的不均一性。

工程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。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。

2 岩溶发育时期及发育深度

2.1 岩溶发育时期

根据前述的岩溶形态特征及分布发育规律分析，工程区岩溶化作用期大体上可分为四个时期，见表2。

2.2 岩溶发育深度

库坝区广泛分布有三叠系中统白山组(T2b)灰岩，岩溶很发育，但岩溶的发育受河流侵蚀基准面的控制，其发育深度是有限的。库坝区的岩溶下限高程在2270 m～2280 m间，在该高程以下，岩溶不发育，岩体透水性微弱，可作为深部相对隔水层。

3 库区地下水的水动力条件

龙塘水库坝区及近坝库区是一个泉点密集的岩溶水集中排泄区，坝址上、下游分别出露大龙塘暗河、左右龙眼等10个岩溶泉点，其平均出水量约为7107万m3/a。对于这些泉水所属的水动力系统、动态特征及其之间有无水力联系等问题，地勘时进行了6次连通试验及大龙塘的三次抬水试验，如下：

3.1 试验过程简介

曾在大龙塘暗河进口、近坝库区右岸的CK 31钻孔及左坝肩钻孔之间进行了6次投放示踪剂N a NO2的连通试验，随后又在大龙塘进行了三次抬水试验。结果表明，大龙塘与东、西小龙塘，牛吃水，左、右龙眼泉有水力联系，右桥头、河湾子、石河坝、核桃树有水力联系，为两个不同的水动力区。

3.2 岩溶水水动力特征

本次进行了大量野外调查和观测，结合地勘所做的6次连通试验及大龙塘三次抬水试验分析认为，库坝区及附近岩溶水具有以下特征：

（1）出露于坝址上、下游的10个泉水或暗河分别属于两个不同的水动力单元，其中大龙塘暗河，东、西小龙塘，牛吃水，左、右龙眼等泉水属于北东向的长坪子～大院子水动力单元；右桥头、河湾子、石河坝、核桃树等泉水及瓦窑沟口泉水，属于北西向的马道子～大林乡水动力单元。前者的补给区在长坪子、汪家坪和大院子向斜翼部大面积T2b3灰岩出露区，暗河进口位于大院子上游约4km处，高程2450 m，枯水期地下水位埋深10 m左右，后者的补给区在麦地向斜、黑元宝背斜翼部广大的T2b3灰岩裸露区，河水高程在2420 m～2390 m。天然状态下，两个水动力单元的泉水之间水力联系相关性不好，水力联系不甚密切。

（2）连通试验表明，库区右岸与下游的石河坝、河湾子等泉有水力联系，同属于北西向的马道子～大林乡水动力单元。

（3）坝区两岸左、右坝肩孔内地下水位，均高于河水位，同时与坝址下游双石包水库蓄水位升降关系密切，归属浅表岩溶系统，说明坝区地下水补给河水。

（4）连通试验证明，左、右龙眼与坝区两坝肩季节变动带的浅层岩溶水水力联系不密切，与大龙塘暗河水力联系密切，左、右龙眼泉属于水平循环带的岩溶管道水。

（5）坝区及近坝库区地下岩溶水的储水介质可分为两种类型：①岩溶管道型：以地下暗河为主，如大龙塘、石河坝、河湾子等泉，通常管道比较宽大，充填物较少，与地表水和降雨关系密切，补排畅通而迅速。②溶隙型：由可溶岩中的节理和溶蚀裂隙组成，以左、右龙眼最为典型，其特点是分布广泛，纵横交错，储水能力较强，补排相对稳定。

（6）坝址下游700 m处的双石包水库，坝址所处的地层岩性与龙塘水库坝址相近。本次调查，库水位蓄至2383 m高程时，右坝肩渗漏量为1663m3/d，反算坝肩综合渗透系数为9.5m/d。说明水库蓄水后，局部改变了河谷的水动力条件，导致库水补给两岸地下水。

4 渗漏对水库的影响及处理措施

（1）渗漏量的大小及途径除了与蓄水高度有关外，最主要的是与该段的岩溶发育规律及岩溶水的水动力条件密切相关。马坝河处多年平均径流量2.54亿m3/a，经分析，漏水量占多年平均径流量的比重3.7%，属于比较大的渗漏，需要进行工程防渗处理。

（2）依据库坝区岩溶渗漏的分布规律，应采用垂直防渗的对库坝区渗漏以灌浆防渗帷幕结合封堵岩溶管道的防渗方案，可有效减少水库渗漏。

（3）综合以上处理防渗措施，来修建龙塘水库是最有效的可行的。