竹林脚水库工程成库条件分析

杨秀华，刘 勇

(贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

贵州省境内碳酸盐岩广泛出露，属于喀斯特山地地貌区。水是喀斯特山地环境的重要因素，也是工农业生产中突出矛盾。虽然本区内气候湿润，降雨充沛，但岩层漏水，土层浅薄保水能力差，地表常严重缺水，有“雨过三天吃水难”的现象。区内地下水多以地下河形式存在，埋深大且分布不均匀，在开发利用上有较大的难度。因此，查明地下水分布规律，就近修建水库是解决喀斯特地区缺水问题的重要手段之一，其中水库成库条件论证就显得至关重要，关系到工程的成败。

1 工程概况

拟建竹林脚水库位于贵州省六盘水市六枝特区牛场乡平寨村，距六枝特区约64km，距牛场镇中心约20km。水库位于平寨小河中上游窗子岩至罗家寨之间约900m的河段之间，控制流域面积3.28km2，正常蓄水位为1630m，拟建最大坝高27m。其建筑工程为：挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等主要建筑物。该水库以防洪、灌溉、人饮等多种功能于一体，对促进六枝特区牛场乡的可持续发展战具有十分重要的意义。水库的补给水源主要为平寨小河以上段地表与地下水。

2 工程地质条件

测区位于贵州省西部，属于黔西高原山区——高原边缘中山山地区。受乌江干流三岔河侵蚀、切割，地势起伏大，库区地面已变得极为破碎。构造条件复杂，流水地貌与卡斯特地貌相间分布，砂、页岩地区受区内流水的冲刷侵蚀强烈，沟谷发育，形成桌状山、单面山等。区内三叠系碳酸盐岩广泛分布，溶丘、峰林地貌发育，洼地、落水洞呈串珠状发育，岩溶管道不同程度发育，水文地质条件较为复杂。

竹林脚水库位于三岔河一级支流平寨小河中上游，库区地势总体西高东低，流向为东西向。库盆多坐落在三叠系下统夜郎组(T1y)上部灰色、灰绿色泥质条带灰岩、红褐色砂质泥岩、粉砂岩等。左岸为三叠系下统永宁镇组第一段(T1yn1)中厚层灰岩夹薄层灰岩、薄层泥灰岩，右岸地层为三叠系下统夜郎组(T1y)上部灰色泥质条带灰岩，红褐色砂质泥岩、粉砂岩，以及三叠系下统永宁镇组第一段(T1yn1)的中厚层夹薄层灰岩。受地质构造及出露地层控制，测区以岩溶地貌为主，表现为山原岩溶盆地、洼地发育，峡谷浅切，地貌的成层性明显。库盆较平缓、开阔，河谷以明流为主，在窗子岩进入伏流区，汇入岩溶通道，于下游以岩溶泉形式出露后在平寨、大闹地一带以明流形式汇入纳雍河。

3 岩溶、水文地质条件

测区碳酸盐分布面积达80%，其岩溶作用受岩性、构造和地貌等因素综合影响，其岩溶发育程度具明显差异，地貌上峰丛沟谷为主，谷地中岩溶形态，以落水洞，岩溶洼地、溶洞和地下暗河等。

表1 岩溶层组划分分析

3.1 岩溶

3.1.1 岩溶发育规模、形态

区内岩溶较为发育，主要表现为岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶洞、岩溶管道等岩溶个体形态。经地表调查统计，1/万平面图内溶洞10个、落水洞21个、干溶洞12个、岩溶洼地121个。其中，地表分水岭内岩溶洼地16个，分水岭内面积为3.28km2，其面岩溶率为6个/km2。

3.1.2 岩溶发育地层

库区岩溶发育地层主要为三叠系下统永宁镇组第一段(T1yn1)灰岩、三叠系下统夜郎组中部(T1y)灰岩、二迭系上统组(P2d+c)灰岩地层。经统计，永宁镇组第一段(T1yn1)地层发育溶洞(包括落水洞)10个、洼地121个；其他地层均未见岩溶现象。

3.1.3 岩溶发育规律、特点

库区既存在强可溶岩，又存在非可溶岩。虽然强可溶岩出露面积在60%以上，但由于岩层缓倾的单斜构造，岩溶发育受这种特定的地质结构制约，岩溶发育明显呈现以下规律和特点。

发育规律：在平面上多呈线性和带状分布，且多沿地层走向及分界线呈串珠状排列，经统计，沿T1yn1地层发育的岩溶洼地有121个，在高程上具有成层性。

发育特点：①库区岩溶发育程度与岩石可溶性有关，以T1yn1灰岩最为发育，其岩溶形态有130个，占统计总数132个的98%；T1y灰岩较弱，岩溶形态仅2个，占2%，且规模亦较前者小；②岩溶多顺走向发育；③岩溶发育具有成层性，与各级剥夷面有关。

3.1.4 水文地质岩组划分

岩溶层组划分主要依据：岩性组成、岩溶发育强度和岩层厚度及水动力条件。根据区内出露地层岩溶发育程度分析，将库区岩层划分4等岩溶层组：即强岩溶层组、中等岩溶层组、弱岩溶层组和非岩溶层组，详见表1。

3.2 水文地质条件

库区河流为区内地表水与地下水的最低排泄基准面。两岸碳酸盐岩、碎屑岩等广泛分布，地形由缓变陡，地下水在谷坡上排泄点高低不一，区内含水层(灰岩、白云岩等)与相对隔水层(砂岩、泥页岩、粘土岩)相间分布，对地下水的补给储存和排泄起一定的控制作用，各含水层之间一般无水力联系。区内水文地质特点与地形地貌、地质构造、地层岩性有着密切的关系。

地表水补给地下水、再补给河水。地下水的赋存形式根据储水介质可大致分为溶管水、溶隙水、裂隙水、孔隙水4种形式。

(1)岩溶水：以岩溶管道水和岩溶裂隙水存在。岩溶管道水主要分布在强可溶岩地层中，岩溶管道水；岩溶裂隙水主要分布在弱～中等可溶岩地层中，在溶蚀裂隙中赋存或出露。主要表象为罗家寨岩溶泉KS05、焦家坝至岩上、平寨一带KS03、KS04、KS06，牛场岩溶大泉KS07，库尾岭谷王家包包岩溶泉KS08、KS09。

(2)裂隙水：主要赋存于浅层基岩裂隙中，其补给源主要为大气降水。

(3)孔隙水：主要赋存于部分洼地、河谷两岸阶地覆盖层中，透水性较好。

在库区范围内出露多处泉点，具体情况见表2。

4 水库渗漏评价

水库渗漏问题主要由于地形、地质条件决定，库水在1630m正常高水位时，回水线长约4.5km。水库总体呈北东向布展。河谷为宽缓浅切型，两岸山体雄厚。地下水以岩溶管道和裂隙流的形式，在不同高程上补给河水。河谷上游段为横向谷，下游段为斜向谷。在库盆分布连续夜郎组(T1y)中厚层灰色泥质条带灰岩、泥质灰岩岩体，岩溶作用微弱。

表2 工程区泉点统计

在库两岸有T1yn1灰岩大面积出露，岩溶作用强烈，发育有平寨暗河和落水洞暗河系统。暗河进出口和沿线岩溶洼地高程低于或接近正常高水位。这些地段均为水库主要可疑渗漏带，分述如下。

4.1 左岸向平寨岩溶暗河的渗漏分析

库首至平头坡段邻谷为教子山-焦家坝-穿洞-烂坝-箐头-平寨岩溶暗河系统，烂坝为伏流区，入伏高程1676m，距库水最近距离1.1km，在平寨以岩溶泉KS03、KS04流出，高程分别为1529、1530m，水库正常蓄水高程1630m，低于该一带洼地、暗河通道，地表分水岭高程1660～1790m，从地形上来看向平寨暗河渗漏的可能较小，虽然左岸存在暗河系统，但该系统总体发育高程均高于水库正常蓄水位，据ZK06稳定水位1635.21m，平寨岩溶泉及焦家坝伏流高程推算水力坡度约7%，推算水力梯度为右岸从河床向暗河系统推算出地下分水岭与地表分水岭一致，左岸山体厚实，再加上左岸泉点S01、S02、S03高程分别为1675、1650、1630m，高程高于或接近正常蓄水位1630m，库岸该段地下水补给库水。左岸ZK07稳定地下水位1638.5m，高于正常蓄水位1630m，该钻孔处于地表分水岭位置附近，说明地下分水岭与地表分水岭基本保持一致。进一步证明库水向平寨暗河渗漏的可能性小。

平头坡至库尾段，山体厚实，无低邻谷分布，该带泉点S04、S05出露高程分别1677m、1684.5m，泉水补给库水，均高于正常蓄水位1630m，因此该段地下分水岭较高，水库蓄水后不存在渗漏问题。

4.2 库尾库水沿断层(F1)向岔河低岭谷及深层渗漏分析

(F1)断层沿库尾穿地表分水岭经代家包包-王家包包-林家寨岸坡穿过，分布高程1350～1655m，左盘为T1y，右盘为T1y、P2c+d、P2l。经查：该区域强岩地层T1yn1，在库尾段至低岭谷段未见岩溶现象，岩溶不发育，山体厚实，据调查见KS08、KS09，高程分别为1625m，水库区坝址河道高程1615m，泉点高程高于河道高程10m，低于水库正常蓄水位5m，泉点出露在断层附近，表明地下水未向深层渗漏，根据水力坡度推出，地下水分岭高于1630m，水库蓄水后沿库尾渗漏的可能较小，(F1)断层性质具有阻水性。

综上所述水库蓄水后沿左岸平寨暗河系统渗漏的可能性小，沿库尾低岭谷渗漏及断层往深层渗漏可能性小。

4.3 右岸向牛场岩溶暗河的渗漏分析

库首至罗家寨段邻谷为刘家寨-落水洞-牛场岩溶暗河系统。穿洞为伏流区，入伏高程1670m，距库水最近距离1.5km，在牛场以岩溶泉KS07流出，出流高程1435m，水库正常蓄水高程1630m，低于该一带洼地、暗河通道，地表分水岭高程1700～1761m，从地形上来看向落水洞暗河渗漏的可能较小，虽然右岸存在暗河系统，但该系统总体发育高程均高于水库正常蓄水位，据牛场岩溶泉及落水洞伏流高程推算水力坡度约5%，右岸从河床向暗河系统推算出地下分水岭与地表分水岭一致，右岸山体厚实，再加上右岸流向库内泉点KS05、KS06高程分别为1621.6m、1623.1m，虽然低于正常蓄水位1630m，但地下分水岭较高，库岸地下水补给库水，因此库水向牛场暗河渗漏的可能性小。

罗家寨至库尾段，距库区2.8km，虽存在低邻谷，但山体厚实，出露泉点S03，高程1630.5m，出露高程均高于正常蓄水位，因此地下分水岭较高，水库蓄水后不存在向库外渗漏问题。

4.4 库首渗漏分析

左岸钻孔ZK04稳定水位1624.2m，低于正常蓄水位，钻孔揭示主要为永宁组中厚层灰岩段，底部为夜郎组泥质条带灰岩、砂质泥岩。其中强风化灰岩段，岩体节理裂隙发育，岩体较破碎，且溶强强发育，钻孔揭示局部发育岩溶溶洞。水库蓄水抬升后，沿灰岩强风化裂隙带、开挖爆破裂隙带向库首渗漏的可能性较大，需进行防渗处理。

表3 库区钻孔稳定地下水位统计

初步拟定库首至左岸段防渗方案为：防渗底界深入岩体透水率≤5Lu连续2～3个段长；帷幕边界结合左岸水文孔ZK07地下水位(1638.5m)按水力梯度综合考虑，以地下水位与正常蓄水位交点向外延伸20m而定。右岸垭口处ZK05揭示，稳定地下水位1627.8m(2017年3月，为旱季)，低于正常蓄水位1630m约2.0m，该段地处垭口地段，岩体较破碎，完整性较差，水库蓄水后，水位的抬升，会导致该段出现薄弱带从而出现溃口，需对该段进行防渗处理，防渗边界按正常蓄水位与地下水位交点向外延伸20m确定，防渗底限深入弱风化砂质泥岩段10～15m。河床坝基段钻孔ZK01～ZK03揭示，当深入弱风化灰岩后，岩体透视率随深度的增加递减，直至≤5Lu，故河床段帷幕底界采用深入岩体透水率≤5Lu连续2～3个段长而定。故水库蓄水后库首段存在渗漏问题，但通过帷幕灌浆处理后满足蓄水条件。

综上，水库左右两岸、库尾不存在低邻谷渗漏问题。库首、库首至左岸及右岸单薄垭口一带通过灌浆处理后，水库基本具备成库条件。

5 结语

区内气候温湿，降雨量充沛，岩溶强烈发育，地表负地形，地下管道规模巨大，为典型的卡斯特地区，水文工程地质条件极为复杂。水利开发建设中出现了不少教训，最为突出的是岩溶渗漏问题，如处理不当，会给工程建设造成工期、费用的增加，使水库工程不能充分利用，甚至成为废库。因此，必须重视水库成库条件的论述，为水库的设计奠定基础。