大沙河水库老龙洞岩溶泉地下集雨面积的论证

袁代江

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳550002)

水文与地质是水利工程水源建设的基础专业，其中地质对水库的成库建坝条件起作关键性的作用，水文对工程的规模与建筑物的安全密不可分。水库集雨面积的大小又是水文最基础的工作。当水库涉及地表与地下集雨面积时水文计算显较为复杂，但若有实测资料予以验证的话是相当准确的。道真大沙河水库曾在改革开放前已经准备开工建设，并设置水库专门水文站，并取得1977～1979年3年的实际观测资料。经水文资料验证大沙河老龙洞泉水控制集雨积约为22.5 km2，经地形图量测老龙洞地表集雨面积不会超过18.5 km2。项目在咨询的过程中集雨面积的争论成为了该项目是否上马的关键，若不能查清该泉水控制的集雨面积，水库的来水量与建筑物的安全将得不到充分保障，项目建设会由于此事而搁置。因此，查明老龙洞泉水控制集雨积及其地下水的补给、径流、排泄条件成为了项目成败的制约因素，本文根据老龙洞岩溶泉水区出露的地层岩性、地质构造及岩溶水文地质条件进行详细的分析，并结合连通试验，最终准确地划定了老龙洞岩溶泉控制的集雨面积为23 km2，其中地表集雨面积18.5 km2，老龙洞袭夺相邻流域的灯台坝一带枯季地下地下集雨面积约7.1 km2，换算地表集面积4.5 km2而获得审查专家认可。

1 工程概况

大沙河水库灌溉工程是道真县建国经来最大的水利工程，项目位于道真仡佬族苗族自治县北部，地理位置在道真县阳溪镇境内，距道真县城约50 km，阳溪镇至坝区有长约12.5 km简易公路相通。水库枢纽布置在芙蓉江支流凌霄河上游河段，即大小沙河汇口以下约900 m处，库区北部与重庆的武隆县石桥乡相邻。正常高水位为1 380.5 m水库总库容1 770万 m3，设计灌溉 5.71 万亩，为灌区 3.2 万人、3.6万头牲畜提供饮用水源，坝址控制集雨面积43.8 km2，其中地表集雨面积20.8 km2，老龙洞岩溶泉地下集雨面积23 km2，水库从下游通过1.06 km的引水隧洞，将老龙洞泉水引入库内，引水流量10 m3/s，年引水量为1 140万 m3，其大沙河水库坝址的控制集雨面积还小于引流泉水控制集雨面积。因此，查明老龙洞泉水控制集雨积及其地下水的补给、径流、排泄条件是工作的重点，下面就老龙洞泉水地层岩性、地质构造以及岩溶水文地质条件及连通试验情况进行论证。

2 老龙洞岩溶泉的地质概况

老龙洞岩溶泉位于坝址下游约1.2 km的陡岩上，测区属侵蚀性中低山地貌向侵蚀、溶蚀性中低山峡谷地貌过渡带，地貌形态与地层岩性的分布密切相关。坝址以上水库区，河床两岸主要分布S2h的砂、泥(页)岩。由沙、泥(页)岩组成的河床两岸山体雄厚，河谷一般呈较对称的“V”型谷。坝址下游，河床及两岸下部，分布S2h的砂质泥、页岩，为相对隔水的软质岩类。两岸上部则为P2q+m的灰岩，属硬质岩类。不同岩性接触带地下水活动强烈，灰岩中岩溶极发育。在地表及地下水的侵蚀、溶蚀作用下，上部岩体常产生崩塌。两岸地形坡度下缓上陡，河谷地貌形态为一不对称“V”型河谷。上部灰岩常形成陡崖，部分由于裂隙切割而形成危岩。坝址段河床高程1 330～1 335 m，两岸高程1 610～1 700 m，相对高差275～370 m。老龙洞岩溶泉发育于水库左岸上部P1q+m的灰岩中，在与下部S2h的砂、泥(页)岩接触带出露，泉点高程1 448 m，枯季流量48 L/s。其水库及坝区出露地层情况如下:

小河坝组(S1x):岩性为灰绿、黄绿色薄—中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩夹黄绿色页岩，厚128～195 m，分布于库区右岸。

韩家店组(S2h):可分为上、下两段。主要分布于水库及坝址区。

下段(S2h1)黄灰、黄绿色粉砂质页岩为主夹薄至中厚层泥质粉砂岩及灰岩透镜体。厚255 m。

上段(S2h2)黄灰、紫红及灰绿色粉砂质泥、页岩。夹钙质、泥质粉砂岩。上部含灰岩透镜体。厚348 m。

二迭系:梁山组、栖霞组、茅口组、龙潭组、大隆、长兴组，分布于库区左岸山陡岩及山顶缓坡区

梁山组(P1L):假整合于S2h之上。上部为灰黑色碳质页岩，下部灰黑、灰白色泥岩及铝土岩，厚0.5～5.2 m。

栖霞组(P1q):灰、灰黑色中－厚层灰岩，含燧石结核及团块。底部夹薄层炭质泥灰岩，厚104.5 m。

茅口组(P1m):灰至深灰色中至厚层块状灰岩、生物碎屑灰岩。含燧石团块及结核。底部为深灰色中厚层球状灰岩，厚298 m。

龙潭组(P2l):深灰色中厚层灰岩为主，夹砂页岩及煤层，厚165～207 m。

大隆、长兴组(P2d+c):褐色硅质岩、页岩和深灰色灰岩，厚20～38 m。

老龙洞岩溶泉泉水补给区属大娄山褶皱带北西侧地区，区内构造线以北北东向道真向斜控制，构造形迹主要为褶皱，断裂构造次之，无大的断裂构造发育，地层为单斜构造，岩层产状平缓，倾角5°～12°。出露地层主要为 P1、P2灰岩中，岩溶强烈发育，属强岩溶含水层。岩溶发育下限受P1L、S2h2粉砂质泥、页岩限制，地下水一般在岩层接触界面附近灰岩中出露，以暗河、岩溶大泉形式通过地表汇集补给河水，其流量较大，常形成山溪常流水。岩溶暗河及大泉的出露点分布位置一般较高高于水库正常高水位，地下水补给河水，以老龙洞泉水为代表，高于水库正常蓄水位67.5 m。

3 老龙洞泉岩溶水文地质条件

3.1 岩溶

区内由于新构造运动地壳上升，碳酸盐分布区落水洞、溶洞、伏流暗河、盲谷、岩溶洼地到处可见，老龙洞暗河泉水从构造上位于道真向斜东侧、大沙河河流的左岸(西侧)，属单斜构造;是大沙河一带规模最大的地下暗河，暗河出口位于坝址下游左岸山腰的天然溶洞，溶洞位于P1q+m中至厚层燧石灰岩中。洞口高程1 457.7 m，是早期暗河和现今洪水出口。边岸处于岩溶地下水垂直循环带内，岩溶沿水平或垂直方向发育，发育下限受下覆碎屑岩类的限制，暗河出口高程1 448.7 m。低于老龙洞洞口高程约9 m。枯季老龙洞洞口已无水流出，溶洞口水平深约150 m处。形成一大型岩溶潭，发育方向为N30°W，地下水在潭内沿垂向发育的溶隙、溶洞下泄。以岩溶大泉的形式流出地表，形成地表水汇入大沙河;在水库西北侧汆水洞1 620～1 650 m、西边胡家沟1 510～1 590 m一带均残留有大型岩溶洞穴，延伸长达数百米，发育方向近东西向(详见图1)。

3.2 水文地质条件

老龙洞岩溶泉补给区位于水库西北侧汆水洞、灯台坝一带，地表高程汆水洞入伏点补给区1 600～1 930 m，地表补给面积18.5 km2。经连通试验证明，从汆水洞投荧光素，经49小时从老龙洞岩溶泉出来，两点相距长约6.2 km，高差172 m，水力比降为 2.7% ，实际流速 3.5 cm/s，比流速 17.65 m/d·m，属管道流加暗潭的形式;根据地表地形分水岭圈定汆水洞与老龙洞泉一线，地表补给面积为18.5 km2。

老龙洞泉水集雨面积18.5 km2与1977～1979年实测资料反演计算成果为22.5 km2的情况不一致。使项目的规模、工程安全受到质疑。虽然该泉水的集雨面积与大沙河水库的建坝及成库条件无关，但查明老龙洞岩溶泉泉水水文地质条件，补给、径流情况尤为重要，关系到项目的成败。因此，须补充老龙洞泉水专项勘察工作，经地表地质测绘、泉水补给区地形详细调查，泉水东侧、南侧均为陡岩，地势较低，低于泉水出露高程，不可能补给泉水，北侧受构造与地层控制越流补给老龙洞岩溶泉的可能性极小;泉水下游西边灯台坝冲沟枯季无地表水，为季节性河流，冲沟补给区灯台坝一带地势较高，一般高程1 610～1 800 m，远高于泉水高程，灯台坝冲沟与汆水洞地表分水岭高程达1 700～1 930 m，局部区域在冲沟内形成小型洼地、落水洞较发育，使地下水跨冲沟补给上游的泉水成为了可能。

从岩溶洞穴、岩溶洼地发育方向统计分析，发现泉水北部汆水洞与西边胡家沟都存在近东西向残留溶洞发育，从地质构造角度看，说明在远古的历史时期，地质构造使地层结构薄弱环节曾经是以东西为主，岩溶管道系统以东西向为主，存在穿层发育可能，后沿灯台坝冲沟向上游进行详细调查发现，灯台坝冲沟内存在小型洼地、落水洞、高位的岩溶暗潭，其中还发现有地表水补给落水洞(K26)的现象。经灯台坝落水洞K26(1 569 m)连通试验证明，从灯台坝落水洞K26投入荧光素，经36.5小时就老龙洞岩溶泉出来，两点相距长约 3.5 km，高差 121 m，水力比降为 3.4%，实际流速 2.6 cm/s，比流速19.1 m/d·m，属管道流加暗潭的形式，最终确定老龙洞袭夺相邻流域的灯台坝冲沟两侧一带枯季地下集雨面积约7.1 km2，考虑洪水通过冲沟向泉水下游排泄，只有枯季降雨及未能及时下泄洪水通过落水洞、天窗、小型洼地及岩溶裂隙下渗的地下水，通过地下岩溶系统向老龙洞泉水排泄，后落水洞、小型洼入口情况、以及以往测流资料综合分析，经换算成地表集雨面积为4.5 km2。连通试验成果及地表与地下集雨面积的具体分布见图1。

图1 大沙河水库老龙洞岩溶泉集雨面示意图

4 结语

大沙河水库坝址与老龙洞岩溶泉泉水集雨面积因有长期(3年)的降雨与流量实测资料，结合下游水文站、雨量站资料推算出老龙洞泉水集雨面积约为22.5 km2，根据地形图实际量测为18.5 km2;最终通过连通试验确定老龙洞泉水袭夺相邻流域的灯台坝一带枯季地下地下集雨面积约7.1 km2，换算地表集面积4.5 km2，准确地划定了老龙洞岩溶泉控制的集雨面积为23 km2;说明大型岩溶泉或河流某一断面的控制集雨面积不仅可以通过地形图量测，也可以通过多年长期水文观测资料(降雨、流量)结合区域降雨、水文站流量资料反演计算获得，且准确性较高;从而对碳酸盐岩与碎屑岩互层状岩石出露区，下部巨厚层碎屑岩弱岩溶岩石具有较好隔水作用的情况下，碳酸盐岩强岩溶化岩体形成的岩溶管道、高位泉水在岩层接触面以岩溶暗河及大泉形式出露，其上部地形起伏大、补给区域广的情况下集雨面积的划定较为复杂，特别是存在多个岩溶洼地、天窗、落水洞、盲谷的情况下从地形图量测集雨面积是非常困难的。从大沙河水库老龙洞岩溶泉泉水的集雨面积圈定可以说明，要准确圈定泉水及复杂区域某一河流断面的集雨面积，可根长期实测流量与降雨资料反算或通过可能补给区的地形地貌、地层岩性、地质构造及水文地质条件等结合连通试验予以解决。

［1］贵州省水利水电勘测设计研究院.道真大沙河水库灌溉工程初步设计报告.2005.10.