岩溶地区水库库址选择的实践——以考腊水库库址选择分析评价为例

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 830000)

我国碳酸盐岩广泛分布,出露地表的面积约有130万km2, 占全国总面积的13.5%，其中南方碳酸盐岩分布面积55万km2，尤其以西南地区的云南、贵州、四川、广西等省和自治区较为典型，地质构造复杂，气候条件适宜，喀斯特地貌分布广泛，岩溶地貌类型有峰林、槽谷、石林地貌、岩溶丘陵、溶蚀洼地、峡谷等, 同时形成大量的洞穴、泉、地下河、伏流、漏斗、落水洞，对水利工程的选址及施工处理造成诸多难题，并造成水利工程的建设施工成本增加，工程性缺水较为普遍，因此，岩溶地区水利工程的选址对于工程的安全和经济性具有重要意义。本文通过对云南省临沧市永德县考腊水库工程地质勘察库址选择进行分析评价和总结，为岩溶地区库址的选择提供思路和参考。

1 工程概况

考腊水库工程位于临沧市永德县大山乡笼扎村与崇岗乡和尚桥村交界处，南汀河西岸支流考腊沟内。整个流域地势西北高，东北低，狭长形状，面积41.1km2，河长15.5km，比降102.2‰。流域径流补给源主要是大气降水，降水的水汽主要来源于孟加拉湾的暖湿气流，且受制于西南季风的影响，多年平均径流量为0.169m3/s，径流量533万m3。水库以灌溉为主兼顾人畜饮水的功能,工程由大坝、溢洪道、导流泄洪兼放水隧洞、副坝及灌区输水管道工程组成。最大坝高42.60m，坝线长150.40m，水库正常蓄水位1899.9m，总库容299万m3。

测区位于滇西横断山脉山原区，总地势东南高西北低，最高峰为东部大雪山，主峰海拔3504m，最低点为大勐统河汇口，海拔高程约为705m。受区内构造控制，山体走向以南西—北东向为主，可分为侵蚀-溶蚀构造的高中山区、侵蚀中低山区。

区内出露的地层主要有：古生界寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系；中生界三叠系、侏罗系；新生界第三系及第四系地层。其古生界石炭系、二叠系地层中分布大量的灰岩地层，岩溶现象较发育，中生界地层三叠系、侏罗系地层局部发育岩溶条带。

工程区位于冈底斯-念青唐古拉褶皱系(Ⅴ)中的昌宁—孟连褶皱带(Ⅴ3)中西部边缘，处于青藏歹字形构造体系中段与川滇经向构造体系的复合部位，地质构造复杂。区内发育的区域性断裂有柯街断裂(F6)、南汀河断裂(F8)、昌宁断裂(F22)：库坝区距最近的活动构造南汀河断裂约11km，该断裂为全新世活动断裂，库坝址区无活动断层通过，具备建坝条件。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，工程区地震动峰值加速度为0.20g，地震反应谱特征周期为0.45s，对应地震基本烈度为8度。

水库库坝区位于碳酸岩岩溶发育较为广泛的地区，本文通过综合分析的方法对水库选址作了详细分析评价。

2 水文地质条件

工程位于怒江水系和澜沧江水系分水岭地带，总体地势中间高，南北两侧低。工程区主要接受大气降水补给，北侧以地表汇流、地下暗河的形式向下排泄，经忙角河、大地河、永康河，最后汇入怒江一级支流勐波罗河；南侧地表汇流经考腊沟，在和尚桥处流入落水洞，以暗河的形式排入澜沧江一级支流南汀河(见图1)。

图1 区域水文地质条件及可溶岩分区

2.1 地下水类型

地下水主要类型包括基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶水和第四系孔隙潜水三种类型。

2.1.1 松散岩类孔隙水

孔隙潜水主要分布在现代河床内，两岸岸坡及沟内零星分布，贮存在第四系冲积、洪积地层中，两岸的孔隙潜水一部分向基岩入渗，另一部分转化为地表水在现代河床汇集，现代河床孔隙潜水主要由地表径流补给。

2.1.2 基岩裂隙水

基岩裂隙水主要贮存在强风化、弱风化岩体中，富水性受岩性及构造控制，由大气降水补给和相邻含水层中地下水侧向补给。在重力作用下，沿裂隙径流，以下降泉形式或冲沟汇流的形式向沟谷、坡脚排泄，或以地下径流形式补给下游含水层进行排泄。

2.1.3 碳酸盐岩岩溶水

碳酸盐岩岩溶水分布于工程区泥盆系温泉组(D1w)灰岩透镜体及二叠系下统(P1)、石炭系、(C)灰岩及白云质灰岩、侏罗系中统芦子箐组(J2lz)泥灰岩夹层中，大气降水在分水岭地带部分沿构造裂隙、溶蚀裂隙、落水洞、漏斗等补给地下水，经散布的裂隙、岩溶裂隙排向下游。

2.2 水文地质单元及补、径、排关系

根据工程区所处的位置，工程位于怒江水系和澜沧江水系分水岭地带，以所在处分水岭为界，将测区划分为两个水文地质单元。

2.2.1 分水岭西北部分水文地质单元

分水岭西北侧为怒江水系，该侧分布的地层主要为侏罗系中统芦子箐组(J2lz)粉砂质泥岩和砂岩互层夹泥晶灰岩，局部夹生物碎屑灰岩，三叠系上统大水塘组(T3d)页岩、粉砂质泥岩、灰岩，三叠系上统南梳坝组(T3nn)泥岩、粉砂岩夹泥灰岩、灰岩，以基岩裂隙水为主，局部为岩溶水的水文地质单元。地表接受大气降水补给，渗入地表松散堆积物及基岩裂隙及溶隙，经沟谷汇入忙角河，在水库区西侧山头寨处沟谷汇流流入落水洞(两处落水洞，直径4～5m，深约5m，为顺层发育，近南北向)，形成断流，在忙角河中流又汇入地表河流，向最低侵蚀基准面勐波罗河排泄。

2.2.2 分水岭东南部分水文地质单元

分水岭南侧为澜沧江水系，该侧分布的地层主要有石炭系上统鱼塘寨组(C3y)灰、深灰色灰岩，二叠系下统(P1)灰、灰白色厚层块状灰岩夹生物碎屑灰岩及少量白云质灰岩，以岩溶水为主的水文地质单元，溶隙、岩溶槽谷、落水洞等较发育。地下水的补给主要为大气降水，大气降水渗入岩溶溶隙、岩层层面后向沟谷汇流，局部段流入落水洞，形成地下暗河，向最低侵蚀基准面南汀河排泄。在水库区东南部约2km和尚桥处发育一巨型椭圆形落水洞，为二叠系下统(P1)灰岩形成地下暗河，地表水(包括考腊沟内河水)汇流至该落水洞形成地下暗河，出口在近南汀河近岸坡处出露地表，最后排泄流入南汀河。

3 区域可溶岩的分布规律和发育特征

3.1 含水岩组划分及富水性

不同岩组其地下水的类型及富水性不一，现将工程区主要地层地下水类型及其富水性进行划分，见表1。

表1 工程区主要地层地下水类型及富水性划分

3.2 可溶岩在地形地貌上的分带性

测区可溶岩的分布规律在地形地貌上具有明显的分带性，测区西北部为侵蚀中山、中低山区，以构造剥蚀形成，岩溶作用弱；东南部为侵蚀-溶蚀构造的高中山区，以构造剥蚀和岩溶溶蚀作用形成，溶蚀现象强烈，喀斯特地貌较发育，山顶溶沟、石芽发育，喀斯特漏斗、落水洞、喀斯特洼地分布较为广泛，多数河流为断头河和季节性河流；山坡形成喀斯特陡崖及不同形态不同大小的喀斯特洞穴。从垂直分带上岩溶发育呈由弱到强的特点，岩溶发育具有垂直分带性，工程区分水岭地带岩溶发育较弱，岩溶漏斗及落水洞主要分布在斜坡地带(见图1)。

3.3 各岩组可溶性评价

测区总体上呈SW-NE向条带状展布，可溶岩的分布受地层岩性的控制，具有明显的分带性。可溶岩组基本上以大山断裂(f16)为界，将测区按各岩组的可溶性，分为西北和东南两个区。测区主要岩组岩溶层组类型与岩溶发育程度分级统计见表2。

表2 测区主要岩组岩溶层组类型与岩溶发育程度分级统计

3.3.1 测区西北部分可溶岩的评价

主要地层有：侏罗系中统芦子箐组(J2lz)、三叠系上统大水塘组(T3d)、三叠系上统南梳坝组(T3nn)，各岩组岩体的可溶性分别评价如下：

a.侏罗系中统芦子箐组(J2lz)：地层岩性主要为粉砂质泥岩和砂岩互层夹泥晶灰岩，局部夹生物碎屑灰岩，基底为砾岩，粉砂质泥岩、砂层及砾岩为中厚层和薄层状，均为非可溶岩；泥晶灰岩为中厚层状，完整性好，可溶性差，现场滴试草酸溶剂无溶解起泡现象；生物碎屑灰岩，多呈团块状夹层，深灰色，溶蚀性强，现场滴试草酸溶剂起泡较为强烈。

b.三叠系上统南梳坝组(T3nn):岩性为泥岩、粉砂岩夹泥灰岩、灰岩。泥岩、粉砂岩以非可溶岩为主，地表无洼地、落水洞等岩溶地形，岩溶形态以垂直向溶蚀裂隙为主。

c.三叠系上统大水塘组(T3d):页岩、粉砂质泥岩、灰岩以非可溶岩为主，局部夹灰岩，岩溶形态以表发溶孔、溶蚀性裂隙为主。

3.3.2 测区东南部的可溶岩评价

以F16为界，测区东南部分布的主要地层如下：

a.石炭系上统鱼塘寨组(C3y):岩性为灰、深灰色灰岩,地表和地下岩溶较发育，岩溶沟谷、岩溶空腔、管道、落水洞发育。

b.二叠系下统(P1)：岩性为灰、灰白色厚层块状灰岩夹生物碎屑灰岩及少量白云质灰岩。地表和地下岩溶较发育，岩溶沟谷，岩溶空腔、管道、落水洞发育，该套地层中灰岩溶蚀性强，在工程区东南部可见巨型溶蚀漏斗。

4 库址选择与可溶岩的关系

拟建水库库坝区位于测区侵蚀中山、中低山区(见图2)，避开了东南部的侵蚀-溶蚀构造的高中山区，该区无大面积的可溶岩地层分布，岩溶作用较弱；工程区所处地带位于山麓分水岭地带，从地形上不具备发生大的岩溶溶蚀的水力条件。

图2 工程区与可溶岩区位置分布关系

从地层岩性上分析，大山断裂以西部分地区岩溶作用不发育，东南地区分布大面积的灰岩地层，岩溶溶蚀现象强烈。拟建工程避开了可溶岩分布较广的区域，拟选库坝区地层岩以粉砂质泥岩和砂岩互层为主，夹泥晶灰岩条带，地表测绘、贯穿库盘的道路开挖断面测绘、坑槽探和钻孔工作均未见灰岩地层分布，泥质粉砂岩和砂岩互层状地层为非可溶岩，分布的泥晶灰岩条带经过钻孔岩芯观察，未见溶蚀现象，经现场草酸试剂测试，未见起泡现象，库坝区岩溶不发育，泥质粉砂岩与砂岩互层状夹泥晶灰岩条带地层透水性弱，可作为库盘相对隔水层。

水库左岸(东侧)地形坡度25°～30°。分水岭高度2300～2400m，山体高大宽厚，地下分水岭高度2120m左右，远高于水库正常蓄水位；左岸坡出露的泉点高程多在1900m正常蓄水位以上，为地下水补给库水，水库左岸不存在邻谷渗漏问题；库区右岸岸坡坡度一般为25°～35°，山体厚度100～400m，分水岭高度1950～1990m,高于水库正常高蓄水位；右岸泉水点出露高程在1894～1951m，多高于正常高蓄水位，为地下水补给库水；水库为纵向河谷，岩性以粉砂质泥岩和砂岩互层为主，透水性弱，可作为相对隔水层，库水受其阻挡，不具备向西侧邻谷渗漏的条件，综合以上条件，水库右岸不存在邻谷渗漏问题。

库区无区域性断裂通过，库区发育的构造以NW向、近EW向构造为主，规模小，与库盘大角度相交，库区无大的构造连通库外，因此不存在集中渗漏通道。

综合以上各种因素分析认为，水库两岸地表分水岭和地下水分水岭均高于拟建水库正常高蓄水位，水库不存在永久渗漏问题。

5 结 语

a.岩溶地区水利工程选址应从区域宏观地质条件上分析可溶岩地层分布规律，对可溶岩岩溶的发育程度进行调查分析，尽量避开强岩溶地段。

b.查明工程区岩溶发育规律及地下水的补、径、排条件，可以避免将水库等水利工程位置选择在岩溶洞穴等不利地质条件的地段上。

c.考腊水库库址位置位于山麓分水岭地带，工程区在垂直分带上岩溶发育呈由弱到强的特点，岩溶发育具有垂直分带性，分水岭地带岩溶发育较弱，地形上也不具备发生大的岩溶溶蚀的水力条件，具备建库条件；水库库盘岩性以粉砂质泥岩和砂 岩互层为主，透水性弱，可作为相对隔水层。水库两岸地表分水岭和地下水分水岭均高于拟建水库正常高蓄水位，库区无大的构造连通库外，水库不存在永久渗漏问题。

从目前在碳酸盐岩地区在建或众多已建的水利工程实践来看，多存在岩溶工程地质问题，运行后出现渗漏破坏的水库工程不在少数。为了更好地在岩溶地区为水利工程选址，应进一步总结岩溶问题的研究方法，为查明岩溶问题的分布、规模和研判其对拟建工程的影响提供可靠支撑，为选取适宜的场地或采取相应的工程措施提供准确依据，提高岩溶地区水利工程建设的可靠性、安全性和经济性。