东波防洪水库库首岩溶渗漏问题研究

徐 涛

(湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007)

东波水库设计正常蓄水位为520 m，最大坝高为70.0 m，总库容约为948.5万 m3，枢纽由大坝、左岸导流洞、发电引水隧洞及电站等主要建筑物组成。水库为强岩溶发育区，岩溶水文、工程地质条件极其复杂，兴建水建库具备很大的危险，故，对其进行岩溶渗漏评价是必须的。通过对库区水文、工程地质条件的剖析，水库库尾、库中都没有渗漏通道，但库首具备渗漏条件，水库的渗漏问题主要取决于库首的岩溶水文地质条件。

1 基本工程地质条件

东波水库位于郴州市东江湖景区内，湘江一级支流东江支流东河上游，近几十年来，由于东河的水患灾害频发，同时为满足柿竹园公司产业规模扩展对生产生活用水需求，实现企业可持续发展，故拟建东波水库。东河平均地形坡降10%，河床地形较起伏，下游龙潭泉(W1)处河床高程约492 m，龙潭泉出露高程495.2 m。

图1 坝区下游工程地质简图

拟建水库位于南岭东西复杂构造带中段北部，构造形迹复杂，主要有五盖山背斜、西山向斜、桥口至东波向斜等，岩层倾角比较陡，总体倾向以北西为主，倾角为40°～50°，库首两侧为40°～50°的山坡。

库首岩性包括：(1)泥盆系棋子桥组(D2q)：深灰色灰岩夹灰白色白云质灰岩，厚度大于300 m，主要分布于库首右岸；(2)泥盆系佘田桥组(D3s)：灰白色微粒灰岩、白云质灰岩及泥质灰岩，厚度大于200 m，主要分布于库首左岸。

库首主要断层构造有F1、F2、F3、F4等4条，多呈NNE～NE向展布，断层破碎带宽度为1～9 m，沿断层破碎带岩溶极其发育，为库水向下游渗漏创造了良好的条件。库首左岸的F1断层，为逆断层，规模大，破碎带宽5～9 m，充填碎裂岩、断层泥等，结构较松散，胶结较差，局部位置因溶蚀形成溶洞，为岩溶向水平向发育、或地下暗河的形成提供了非常好的条件。

2 岩溶水文地质条件

2.1 岩溶特征

东波水库库首的地层为泥盆系上统～中统可溶岩，岩性为厚层状灰色灰岩、白云质灰岩，坝址两岸山坡无非可溶岩进行隔水。库区内分布的灰岩与丰富的大气降水，为岩溶发育创造了非常好的条件，库区河床坡降较陡，地下水活动非常剧烈，从而加速了其发展速度。根据郴县幅水文地质图，库首附近有龙潭河地下暗河水系发育，其影响面积较大，支流非常多，沿线多处发育溶蚀洼地及落水洞等。因此，库首范围内的岩溶极其发育，岩溶形态分布广泛。

2.2 地下水动力条件

通过岩溶泉井点调查、地下水示踪实验、流量监测、地质勘察、地球物理勘探及水化学分析等多种办法，基本查清了库首的岩溶地下水运动规律，河水与坝址下游河流及周边附近的岩溶泉点之间的水力关系。

1)泉井调查及地下水示踪实验，库首下游周边附近出露的岩溶泉有W1、W2、W3、W4等，其特征见表1，东河上游河水主要流向了W1岩溶泉，部分流向了W2、W3、W4岩溶泉，东河上游河水是它们的主要补给源，表明库首下游方向岩溶通道发育较好，坝址库首下游渗漏剧烈。

表1 库首下游岩溶泉统计

2)流量监测，勘察期间对库首上游河水流量、下游河水流量、下游W1、W2、W3、W4等的流量进行了多次估算，并对上、下游河水流量进行了流量平衡观测，结果见表2。在流量估算时，出、入库流量等价于水量，计算结果为：(1)东河上游河水流量明显大于下游河水流量，其差值为目前库首的漏水量，通过计算，漏水量在1.2～1.5 m3/s之间。(2)将东河下游河水流量与上述4处岩溶泉的流量累加起来，结果结果表明坝址下游流出的总水量显著大于东河上游入库水量，其差值在0.58～1.62 m3/s之间，这说明W1岩溶泉的补给源除了东河外，应该还有其他补给源，其差值大致为其他补给源的水量。

表2 东波水库水量平衡计算结果

3)钻孔地下水位观测，勘察期间在坝址两岸山坡布置了大量的钻探工作，从钻孔地下水位可知，库首两岸山坡在正常蓄水位520 m附近的钻孔，地下水位均在477～478 m之间，而河床水面高程475～476 m，基本上与河水位持平，说明库首向周边漏水严重。

3 岩溶形态及渗漏问题分析

3.1 岩溶形态

库首河床中共布置了5个钻孔，均揭露到了溶洞，河床部位ZK43钻孔，孔深16.0～29.0 m段发育有大溶洞，一般全-半充填砂砾石及砂质粘土，最大线岩溶率为50.5%。据钻孔压水试验，在各溶洞部位，压水试验部分能略起压，溶洞处的岩石透水率在6.3～116.8 Lu之间，局部溶洞段不能起压，呈极强-强透水性，说明各溶洞与下游周边岩溶通道的连通性较好。电磁波CT剖面成果表明(见图2)，大型溶洞主要分布在ZK43-ZK42-ZK29透视剖面之间，ZK29-ZK30-ZK31透视剖面发育的溶洞规模次之，多沿顺层方向发育。

图2 库首河床CT透视剖面图

3.2 岩溶渗漏问题分析

岩溶渗漏一般有两种，即管道渗漏与溶隙渗漏，管道渗漏往往是指沿直径大于0.2 m的岩溶管道、岩溶洞穴或地下暗河渗漏；溶隙渗漏一般是指沿被溶蚀扩大的裂隙或断层构造破碎带、影响带等呈网格状渗漏。根据东波水库库首的地层岩性、地质构造、落水洞、岩溶泉井的发育情况进行综合分析可知，拟建东波水库库首渗漏途径以管道渗漏为主，溶隙为辅，其渗漏途径有以下几条(见图3)：

图3 库首岩溶渗漏途径示意图

1)库首至龙潭泉(W1)之间地下暗河为管道渗漏。根据地表沿线表现出的岩溶形态特征等基本可以推测出龙潭泉地下暗河的走向：地下暗河从库首上游开始，沿右岸F6断层(鲤鱼江至观音座性断裂)方向向右岸下游向延伸，流向龙潭泉，暗河长度约2.2 km。该地下暗河渗漏特点：入口渗水面积大，纵向深度较大，连通性较好，渗漏量大，为东波水库的主要渗漏途径。自库盆漏入地下的水呈网格状岩溶通道发生渗漏，绝大部分库水流向了沿F4断层破碎带发育的龙潭泉地下暗河。

2)东波水库库首至W2岩溶泉方向的管道状岩溶渗漏，库首节理裂隙及岩溶发育，W2沿F1断层(东波至月敏压扭性断裂)方向发育，断层使得附近岩体更为破碎，同时据库首河床地质剖面可知，河床部位溶洞发育，且溶洞与下游周边岩溶通道的连通性较好，因此，库首至W2之间形成了网格状的岩溶通道。W2岩溶泉至库首距离较近，水力坡降达8%，较陡，地下水在岩溶通道中运动较为活跃，部分溶隙慢慢被溶蚀成管道状。W2是由多个岩溶泉组成的泉群，出水点比较多，单个流量较小，但总的流量不小。

3)库首至W3、W4两处岩溶泉方向的渗漏为溶隙式渗漏，一部分河水通过较长距离的溶隙渗流，从W3、W4两处流出，这两处岩溶泉的特征为：入渗面相对不集中，且点多面广，流量相对较小，为目前东波水库的岩溶渗漏的次要通道。

4 结语

(1)库首分布的地层有：泥盆系棋子桥组(D2q)、泥盆系佘田桥组(D3s)的灰岩、白云质灰岩等，库首下游岩溶强发育，水文地质条件极其复杂，无相对隔水层分布，库水补给坝址下游地下水，水库渗漏强烈。

(2)W1与W2岩溶泉以管道渗漏为主，W3与W4岩溶泉以溶隙渗漏为主。

(3)库首可溶岩地层岩溶极其发育，纵向溶蚀发育深度大，连通性好，呈强透水性，渗漏非常严重，地下暗河发育，成库条件差，处理成本高，因此，水库不适合建坝。