岩溶地质条件对花滩子水库坝址选择影响分析

王银军

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002）

1 工程概况

拟建贵州省花滩子水库位于清渡河上，该河流属长江流域乌江水系，为乌江一级支流。坝址位于贵州省思南县孙家坝镇冉氏堂至花滩子河段，该河段河谷狭窄，分布岩性以硬质岩为主。坝址之上主河道长45km，集雨面积452km2，河流多年平均流量8.37m3/s，多年平均径流量2.64 亿m3。建坝位置河床高程395～400m，正常蓄水位493m，坝高110m，水位抬升100m，水库回水长度20km。水库主要功能是以供水和灌溉为主的多功能水库，正常蓄水位库容1.2亿m3，兴利库容1.0亿m3，为大（2）型水库。

2 坝址工程地质条件及评价

根据地形、地质条件，本工程在拟建坝河段选择两个坝址进行比选。其中，冉氏堂附件的峡谷口位置为上坝址，其下游为下坝址，对两个坝址地质条件进行评价。

2.1 上坝址

上坝址为河湾地形，适合建坝河段长300m。两岸山体雄厚，无低矮垭口分布。河谷纵向上地形呈喇叭口形状，上游宽阔，往下游逐渐收窄。横向两岸地形左陡右缓，为不对称“V”型峡谷，正常蓄水位高程493.0m时河谷宽高比为2.3。建坝河段河床比降0.32%。

该坝址位置分布地层岩性为二叠系下统栖霞组（P1q）及茅口组（P1m）中至厚层块状灰岩，局部夹几厘米至3m生物屑含黏土质灰岩或含有机质钙质黏土岩。往河流上游分布有二叠系下统梁山组（P1l）及志留系中上统韩家店群（S2-3hn）石英砂岩、砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等碎屑岩。建坝岩体主要P1m、P1q灰岩，岩质坚硬，抗风化能力强，其强溶蚀风化层厚3～8m，弱溶蚀风化层厚10～30m，微溶蚀风化层厚20～40m。坝址处无断裂发育，为单斜构造，局部发育小揉皱。受小揉皱影响，岩层产状略有变化，为270°～298°∠26°～35°，岩层总体倾下游略倾左岸，河谷总体为横向谷。

该坝址上游150m处河谷两岸平缓处分布有崩塌堆积体，估算方量22.5万m3，对建坝影响小。坝址峡谷两岸悬崖边上发育卸荷裂隙，其走向与悬崖基本平行。据统计，上坝址位置主要发育5组裂隙。同时，在栖霞组（P1q）及茅口组（P1m）灰岩中局部夹软质岩（碎屑岩）夹层。除此之外，据平硐揭露，上坝址泥化夹层发育，主要发育于强溶蚀风化带岩体内，向深部逐渐尖灭，其发育深度一般小于15m。

上坝址分布基岩岩质坚硬，虽局部软质岩夹层发育，强溶蚀风化带岩体内软弱泥化夹层发育，但构造不发育，分布的崩塌堆积体距离建坝位置较远。因此，上坝址不存在严重制约建坝的工程地质条件，经工程措施处理后可建坝。

2.2 下坝址

下坝址位于上坝址下游约1.1km处，适合建坝河段长620m。两岸山体雄厚，无低矮垭口分布。河谷纵向上地形呈喇叭口形状，上游宽阔，往下游逐渐收窄。横向两岸地形左陡右缓，为基本对称“V”型峡谷，正常蓄水位高程491.0m时河谷宽高比为2.2。建坝河段河床比降0.4%。

该坝址位置分布地层岩性为二叠系上统长兴组（P2c）灰、深灰色中厚、厚层状灰岩，局部夹泥质灰岩、炭质灰岩或炭质泥岩，含燧石结核。建坝岩体总体岩质坚硬，抗风化能力强，其强溶蚀风化层厚3～18m，弱溶蚀风化层厚10～30m，微溶蚀风化层厚20～30m。坝址处无断裂发育，为单斜构造，局部发育小揉皱。受小揉皱影响，岩层产状略有变化，为265°～315°∠12°～34°，岩层总体倾下游，河谷为横向谷。

该坝址河谷两岸坡脚分布有少量崩塌块石，其方量小，对建坝影响小。坝址峡谷两岸悬崖边上发育卸荷裂隙，其走向与悬崖基本平行。据统计，下坝址位置主要发育3组裂隙。同时，在长兴组（P2c）灰岩中局部夹泥质灰岩、炭质灰岩或炭质泥岩，厚0～2.0m，其延展性好。除此之外，强溶蚀风化至弱溶蚀风化上部岩体中发现泥化夹层发育，尤其是坝址左岸，据左岸平硐PD1揭露，该位置发育岩溶深槽，导致平硐26.9～36.0m处为溶蚀破碎带，层间泥化夹层较发育。推测泥化夹层主要发育于强溶蚀风化带岩体内，向深部逐渐尖灭，其发育深度一般为15.0～20.0m，局部由于溶蚀深槽或溶蚀破碎带的发育，泥化夹层发育深度可达30m。

下坝址分布基岩岩质坚硬，虽局部软质岩夹层发育，强溶蚀风化带岩体内软弱泥化夹层发育，但构造不发育，分布的崩塌堆积方量较小。因此，下坝址不存在严重制约建坝的工程地质条件，经工程措施处理后可建坝。

3 岩溶地质条件及评价

3.1 上坝址

上坝址上游200m的河谷左岸发育较大规模溶洞系统，为干洞，其洞口有两个（R1，R2），分布高程为459，453m。据溶洞测绘，该溶洞总体走向为S49°W，与岩层走向（S45°W）基本一致，溶洞顺岩层走向发育，其发育可探深度125m。溶洞内发育大厅，最宽处10m，高15～20m。溶洞向山体内规模逐渐变小，直至尖灭；在溶洞底部堆积有顺岩层面剥落、坍塌的块石，冲洪积的砂卵石等。由于溶洞位于上坝址左坝肩靠上游，距离坝址200m，与河床走向基本垂直，对建坝影响较小，对左岸防渗帷幕的形成影响较大。除此之外，未发现坝址发育较大规模岩溶，左岸岩体溶蚀作用相对较弱，右岸较强，在河床高程之上岩体局部溶蚀严重，溶隙、溶孔等较发育。

据钻孔水位观测，左、右岸地下水位均高于河水位，建坝河段属补给型河谷，水力坡降为16%。

该坝址共进行钻孔压水试验184段，据统计，吕荣值≥5Lu 的共41段，占22%；5Lu＜吕荣值＞3Lu的61段，占33%；吕荣值≤3Lu 的共82段，占45%。灰岩岩体内透水性较好，反映P1m、P1q岩体内缝合线、节理裂隙等较发育，岩体完整性较差。下伏的S2-3hn碎屑岩内透水率普遍小于3Lu，岩体完整性较好，隔水性好。

3.2 下坝址

坝址钻孔钻进中未发现掉钻现像，未发现深部、较大规模岩溶发育。地表溶沟、溶槽、小溶洞等随处可见。除此之外，下坝址左岸发育2个规模较大溶洞R3和R4。其中，R3发育高程500m，顺岩层走向、垂直河谷走向发育，为干洞，洞深28m；R4发育高程520m，顺岩层走向、垂直河谷走向发育，为干洞，洞深5m。这两个溶洞发育高程高于拟建坝顶高程9m以上，规模较小，对建坝影响小。

右岸发育1个大规模的溶洞（R5），如图1～图2。

图1 R5溶洞平面

图2 R5溶洞纵剖面

R5溶洞发育于下坝址河谷右岸山脚下、坝址上游150m处，洞口高程412m。据调查，目前溶洞洞口高仅0.8m，洞口前由于下游花滩子电站修建，泥沙淤积严重，暴雨时有水溢出。该溶洞总体垂直河谷向山体内、顺岩层走向发育，最小处仅能成年人爬行通过，最大处宽度可达50m，高20～30m。溶洞内发育3处岩溶大厅，最大面积可达1000m2。溶洞逐渐向高海拔处延伸，可测深度580m，尽头为地下暗河。在靠近出口的两个岩溶大厅内分布一些灶台，据了解为解放前炼硝所用。由此可知，一是该洞分布有灶台的溶蚀大厅为干洞；二是分布有灶台的两个溶蚀大厅往溶洞口段通风良好，发育支洞较多，且与地表相通。

同时，在下坝址左岸均发育暗河系统 （大槽暗河、黄蜡洞暗河及石门坎暗河系统）。其中，大槽暗河系统基本垂直建库河流—清渡河发育，由拟建下坝址位置流向乌江，出口高程400m。据钻孔水位观测，暗河与清渡河间地下水位高程463.3m，低于拟建水库正常蓄水位491.0m。

黄蜡洞暗河系统位于下坝址右岸下游，由岸坡补给坝址下游的清渡河。该暗河基本垂直清渡河发育，为下坝址库首地下低邻谷。在下坝址下游右岸发育另一条暗河—石门坎暗河，与黄蜡洞暗河分别位于塘头倾伏向斜两翼，补给乌江，出口高程360m。

据钻孔水位观测，左、右岸地下水位均高于河水位，该段河谷为补给型河谷。左岸地下水水力坡降为12%；右岸地下水位较低，仅比河水位高18m，地下水水力坡度较为平缓，为2%。

该坝区钻孔压水试验共131段。据统计，吕荣值≥5Lu的共36段，占27%；5Lu＜吕荣值＞3Lu的57段，占44%；吕荣值≤3Lu的共38段，占29%。从统计表可发现，两坝肩上部岩体受卸荷、溶蚀风化等影响，完整性较差，透水性较好；河床位置进入弱溶蚀风化岩体中下部后，其透水性较差。

3.3 各坝址对建坝的影响

上、下坝址建坝位置均未发现较大规模溶洞，在进入弱溶蚀风化岩体内时，岩体透水率均较小，一般小于5Lu，为弱透水层，上、下坝址均不存在制约建坝的岩溶水文地质条件。

上坝址上游200m的河谷左岸发育较大规模溶洞系统（洞口编号为R1、R2），分布高程459，453m。该溶洞顺岩层走向发育，可探深度125m。溶洞内发育大厅，最宽处10m，高15～20m。溶洞向山体内规模逐渐变小，直至尖灭。由于溶洞距离坝址较远，与河床走向基本垂直，其对建坝影响小，对防渗帷幕影响较大。

从安全角度考虑，上坝址防渗帷幕底界及端点深入下伏的韩家店群S2-3hn碎屑岩体内，为全封闭式帷幕，防渗帷幕长1.3km，防渗面积13.5万m2。防渗处理后，在上坝址位置建坝具成库条件。

下坝址河谷左岸发育的大槽暗河系统基本垂直建库河流—清渡河，由拟建下坝址位置流向乌江，出口高程400m。暗河与清渡河间地下水位高程463.3m，低于拟建水库正常蓄水位491.0m。右岸发育的黄蜡洞暗河位于下坝址下游右岸，由岸坡补给坝址下游的清渡河。该暗河基本垂直清渡河发育，为下坝址库首地下低邻谷。下游右岸发育另一条暗河—石门坎暗河，与黄蜡洞暗河分别位于塘头倾伏向斜两翼，补给乌江，出口高程360m。

在坝址上游右岸150m处山脚下发育R5溶洞，洞口高程412m。溶洞总体垂直河谷、顺岩层走向发育，最小处仅能成年人爬行通过，最大处宽度可达50m，高20～30m，面积可达1000m2。溶洞逐渐向高海拔处延伸，可测深度580m，尽头为地下暗河。溶洞发育的支洞较多，且与地表相通。

综合分析，下坝址岩溶水文地质条件复杂，从安全角度考虑，下坝址防渗帷幕端点只能向上游接韩家店群（S2-3hn）碎屑岩，其底界以区内最低排泄基准面—乌江河床360m高程进行控制。防渗处理为悬托式帷幕，长2.3km，防渗面积28.6万m2。处理后，下坝址位置建坝具成库条件。

综合分析，上坝址采用全帷幕进行防渗，虽然坝址左岸发育溶洞系统，但其规模及复杂程度相对较简单，经混凝土浇筑封堵后，再采用灌浆进行防渗处理，其处理难度相对较小。下坝址暗河、溶洞系统发育，岩溶水文地质条件复杂，建库防渗难度极大。且下坝址防渗采用悬托式帷幕，其可靠性相对全帷幕差。同时，下坝址防渗工作量是上坝址的2倍有余。因此，在两个坝址工程地质条件相当的情况下，本次推荐上坝址作为进一步研究坝址。

4 结语

（1） 拟建贵州省花滩子水库位于乌江支流清渡河上，坝址区位置河谷狭窄，上、下坝址分布的基岩岩质坚硬，虽局部软质岩夹层发育，强溶蚀风化带岩体内软弱泥化夹层发育，构造不发育，均不存在严重制约建坝的工程地质条件，经工程措施处理后均可建坝。

（2）在上坝址河谷左岸发育溶洞系统，但其规模相对较小，岩溶水文地质条件相对较简单。防渗帷幕采用全帷幕，帷幕线相对较短，处理难度相对较小。下坝址河谷两岸暗河、溶洞系统发育，岩溶水文地质条件复杂，建库防渗难度极大，防渗工作量大。因此，选择上坝址作为建库坝址。

（3）贵州省是碳酸盐岩广泛分布的省份，大部分水库均建在碳酸盐岩上，岩溶水文地质条件决定了水库成库，也决定了坝址位置选择。