玉皇阁水库坝址比选探讨

唐运刚

摘 要：本文利用玉皇阁水库工程复杂水文地质条件勘探中的经验，通过钻探与电法勘探相互结合、相互验证方法，综合考虑、选择相应的物探勘探手段进行综合分析，更好地认识、分析复杂的水文地质条件，对水库坝址比选提供有力技术支撑，提高了工作效率，为水库找到可靠的防渗边界，能够为工程顺利勘察提供良好的技术支撑。结果表明：玉皇阁水库坝址在1000m长河段范围比选上、下坝址，经地质测绘、7个钻孔勘探成果，左岸地下水位较低，库水存在左岸山脊向北西临谷渗漏。为了下一步布置钻孔更加具有明确的方向，布置了1条高密度电法测线和4个电测深点的综合电法勘探，在此成果基础上布置了2个钻孔。通过钻探与电法勘探成果综合比較，地质上确定了邻谷渗漏与左岸绕坝渗漏结合的处理方案，推荐上坝址方案由左岸坝顶往上游垭口方向延伸，帷幕线长大约397.32m，帷幕深80～100m，为工程选址作出了明确的地质建议，保证了工程的安全，选择了投资较少的工程方案。

关键词：复杂水文地质条件；玉皇阁水库；钻孔勘探；电法勘探；坝址

中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0121-03

1 研究区概况

1.1 工程概况

玉皇阁水库位于永平县城北西约14km，龙门坝区北西边缘，属澜沧江水系永平县银江河源头。地理位置：北纬25°33′～25°34′，东经99°28′～99°99′。有永平至云龙公路穿过坝址区，交通运输条件较为方便。

玉皇阁水库推荐坝型为面板堆石坝，拟建坝高82.3m，坝址河床高程1776～1788m，控制径流面积39.5km2，坝顶高程1857.3m，设计正常高水位1854.5m，总库容1154.6×104m3，水库功能以农业灌溉为主兼顾人畜饮水，解决龙门坝区及大碱塘水库灌区以上的农田灌溉供水和区内农村生活供水问题，设计总灌溉面积2.16万亩。[3][4]

1.2 地质概况

工程区位于云南高原西部边缘，浅切割低中山地形，区内总体地势北西高南东低，山峰海拔高程一般在2250～2700m，银江河海拔高程在1600～1820m，银江大河系工程区内最低侵蚀基准面。

区内出露地层较为简单，主要为中生界侏罗系中统花开左组（J2h）泥岩夹细砂岩及石英砂岩、上统坝注路组（J3b）泥岩夹粉细砂岩；白垩系下统景星组（K1j）砂岩与泥岩互层、南新组（K1n）砂岩、上统虎头寺组（K2h）含长石石英岩夹泥岩；新生界第三系上新统（N2）砾质砂土、粉细砂土、粘土岩夹褐煤及第四系（Q）残坡积及冲洪积层。

测区位于青、藏、滇、缅、印尼巨型“歹”字型构造体系中部（按大地构造分区属唐古拉-昌都-兰坪-思茅褶皱系Ⅲ之兰坪-思茅褶皱带Ⅲ1西侧）。工程区在大栗树—龙街弧形构造带内，整个弧形构造由工程区南东的龙街向北西的大栗树一带延展，全长68km，宽25km。区内断层发育，褶皱次之。主要构造、褶皱为飞凤山弧形断层（F70）、上苗寨—李子树背斜、茶果树向斜。

测区地下水类型分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水三种类型。受区域构造活动控制，河流下切侵蚀强烈，两岸山高坡陡，岩体风化、卸荷作用明显，与此伴生的冲沟、坍滑、卸荷松动、崩塌等物理地质现象较为发育，多分布在冲沟两岸或公路上方地形较陡处，规模小。

工程场地基岩地震动参数50年超越概率10%，地震动峰值加速度为0.135g、地震动反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度为Ⅶ度[4]。

2 坝址勘探及主要地质问题

2.1 钻孔勘探及主要地质问题

坝段位于岔河至下游1000m长的银江河河段。往上游少了小双河支流，来水不足；往下游进入龙门盆地，两岸地形开阔，不具有作为坝址的地形地质条件，坝址布置受到限制（图1）。因此该狭窄河谷段是唯一可作为坝段的河段。坝段河流基本顺直，分为上、下两个坝址。勘察工作先布置7个钻孔，上坝址在拟选坝区布置钻孔4个（ZK1—ZK4），下坝址在拟选坝区布置钻孔3（ZK5—ZK7）。

根据钻孔勘探成果，左岸地下水位较低，库水存在左岸山脊向北西临谷渗漏。为了进一步择优选择坝址，在坝址左岸上游山脊布置增加钻孔1个（ZK8），下坝址延长线增加钻孔1个（ZK9）。下坝址左岸山脊地下水位高出银江河河水位7～8m，上坝址地下水位低于银江河河水位2～10m，沿山脊隔水层顶板（q<5Lu）最高点高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在库水裂隙性渗漏问题（详见表1）[5]。

2.2 电法勘探成果

根据测区的地形、地质条件，结合方法有效性考虑，采用高密度电法和电测深开展工作。高密度电法重点圈出构造和裂隙带的空间形态及位置；电测深重点查明坝址左岸山脊处的地下水位埋深。共布置1条高密度电法测线和4个电测深点[1][2][6]。

（1）高密度电法剖面：在已知钻孔的地下水位附近的视电阻率（300Ω.m），来确定地下水位线，因在测试深度范围附近，略有偏差。（2）电测深法：布置于左岸山脊，表层为含碎石粘土，下部为砂岩夹泥岩。地下水位埋藏较深，地下水位之上岩体较破碎、干燥，电阻率较高。根据已知钻孔的孔旁电测深点测试结果及各电测深点测试结果综合分析可得到，表层含碎石粘土的视电阻率ρs=2800Ω.m，地下水位以上的砂岩视电阻率ρs =2300～8900Ω.m，其变化范围较大的原因是岩体破碎，孔隙较大且干燥。地下水位以上的砂岩夹泥岩的视电阻率ρs =660～1900Ω.m；地下水位以下的砂岩的视电阻率ρs=780 ～1900Ω.m，地下水位以下的砂岩夹泥岩的视电阻率ρs=550 ～1200Ω.m。由于测区内地下水位埋藏较深，岩体富水性差，故各测点之间的视电阻率变化差异较大。

高密度电法和电测深法勘探结果表明：坝址左岸山脊地下水位埋藏较深，地下水位高程为1777.7～1779.3m。坝址上游左岸垭口，垭口上游以泥岩为主，下游以砂岩为主，地下水位深度约27.0～87.0m。探测结果与钻孔资料分析基本一致：左岸山脊垭口上游地下水位高，不存在渗漏问题；垭口下游地下水位和隔水层低于库水位，存在渗漏问题。[7][8][9]

3 近坝左岸主要工程地质问题

3.1 近坝左岸主要地质问题

近坝水库左岸山脊底宽600～900m（坝址区400～600m宽），在近坝库岸形成相对单薄的垭口，垭口高出河床约110m，水库正常蓄水位高时山体宽约240m；垭口下游山脊正常蓄水位高时山体宽220～330m。

根据钻孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK9和4个电测深电及高密度点法剖面3-3'资料，坝址左岸山脊下游段地下水位高出银江河河水位7～8m，山脊上游段地下水位低于银江河河水位2～10m（巴拉场河河水位比银江河河水位高1.5～6m，虽然在坝址上游段出现银江河河水补给地下水，但地下水并不是直接往巴拉场河排泄，而是顺岩层走向或构造线大致平行銀江河往下游径流。），沿山脊隔水层顶板（q<5Lu）最高点高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在库水裂隙性渗漏问题。针对山脊地下水位低的特点，沿山脊做了4个电测深点专门进行地下水位探测，此外在垭口一带做了高密度电法探测地下水位，探测结果与钻孔资料分析基本一致：左岸山脊垭口上游地下水位高，不存在渗漏问题；垭口下游地下水位和隔水层低于库水位，存在渗漏问题。

3.2 近坝左岸渗漏分析及处理建议

3.2.1 近坝水库左岸山脊渗漏量计算

由于近坝水库左岸山脊存在渗漏问题，为评价渗漏对水库蓄水的影响，需进行渗漏量估算。根据库区地质图和近坝水库左岸山脊向巴拉场河方向渗漏纵、横剖面图可知，渗漏分为F-A、A-H、H-I三段（见图1），分别采用均质体公式和非均质体公式进行估算

Q=BK·（H1-H2）/L·（h1+h2+h3）/3 （1）

Q=B（H12-H22）/（2（T1/K1+T2/K2+T3/K3）） （2）

式中，Q为日渗漏量（m3/d）；K为平均渗透系数（m/d）；H1为库水位（m），H2为邻谷水位（m）；H1-H2为正常蓄水位与库水渗漏溢出点水头差（m）；（h1+h2+h3）/3为透水层平均厚度（m）；L为平均渗径长度（m）；T为透水层长度（m）；B为渗漏段宽度（m）。

估算结果为：上坝址年渗漏量大值53.6万m3，小值47.2m3；下坝址年渗漏量大值150.2万m3、小值133.3m3。

3.2.2 近坝水库左岸山脊渗漏量分析及处理建议

经综合分析，库水往邻谷巴拉场渗漏量取大值。上坝址年渗漏量53.6万m3，占水库库容量的4.77%，占水库多年平均径流量的3.02%，属中等渗漏。下坝址年渗漏量150.2万m3，占库容量的13.37%，占水库多年平均径流量的8.47%，属中等渗漏。由于该水库还需引蓄，来水不易，上、下坝址均需进行防渗处理。地质上推荐邻谷渗漏与左岸绕坝渗漏结合处理。上坝址方案由左岸坝顶往上游垭口方向延伸，帷幕线长大约397.32m（需开挖灌浆平硐390m左右），帷幕灌浆底界线总体原则深入相对隔水层（q<5Lu）顶板，帷幕深80～100m；下坝址方案由左岸坝顶往上游垭口方向延伸，帷幕线长大约878m（需开挖灌浆平硐402m左右），帷幕深80～110m。帷幕下游端界与大坝左岸绕坝渗漏帷幕连接，帷幕灌浆按单排孔布置（孔距1.5m），具体灌浆参数需通过灌浆试验确定。[10]

4 坝址选择

坝段长约1000m，河流基本顺直，大致以坝段中部冲沟分界，分为上、下两个坝址。根据规范要求，对上、下坝址勘探进行了比较。现就两坝址主要工程地质条件列表说明，详见表2。

从表2中可以分析得出：

（1）上、下坝址工程地质条件相近；（2）上坝址在水文地质条件、防渗处理、防渗帷幕线、坝高上略有优于下坝址；（3）下坝址在地形条件、清基开挖工程量略有优势。

因此，上、下坝址工程地质条件相近，存在的工程地质问题基本相同，下坝址河床较狭窄，地形条件相对较好，但在坝高、防渗帷幕线长度、渗漏量方面上坝址略优于下坝址。总体上坝址稍占优。因此，通过通过水工、施工、投资等专业综合比较，推荐上坝址。

5 结语

（1）玉皇阁水库坝址在1000m长河段范围选择上、下坝址，地质条件复杂，经地质测绘、7个钻孔勘探成果，左岸地下水位较低（地下水位高程略高于河水位），库水存在左岸山脊向北西临谷渗漏。为了下一步布置钻孔更加具有明确的方向，布置了1条高密度电法测线和4个电测深点的综合电法勘探，在此成果基础上布置了2个钻孔。通过钻探与电法勘探成果综合比较，地质上确定了邻谷渗漏与左岸绕坝渗漏结合的处理方案：上坝址方案由左岸坝顶往上游垭口方向延伸，帷幕线长大约397.32m，帷幕深80～100m；下坝址方案由左岸坝顶往上游垭口方向延伸，帷幕线长大约878m，帷幕深80～110m。推荐上坝址防渗帷幕线较短，帷幕线可向上游至垭口交于地下水位，为工程选址作出了明确的地质建议，保证了工程的安全，选择了投资较少的工程方案。（2）本文利用玉皇阁水库工程复杂水文地质条件勘探中的经验，通过钻探与电法勘探相互结合、相互验证方法，综合考虑、选择相应的物探勘探手段进行综合分析，更好地认识、分析复杂的水文地质条件，对水库坝址比选提供有力技术支撑，提高了工作效率，为水库找到可靠的防渗边界，能够为工程顺利勘察提供良好的技术支撑。

参考文献

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[4]SL 55-2005中小型水利水电工程地质勘察规范[M].水利水电出版社，2006.

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[10]李择卫.塞海湖水库库首岩溶渗漏问题研究[J].人民长江，2016，47（23）：50-54.