宕昌县城区饮用水源地水库库区工程地质条件与地质评价

罗军昌

(青海堰河建设工程勘测设计咨询有限公司,青海 西宁 810000)

1 工程概况

宕昌县城区饮用水源地水库位于甘肃省宕昌县境内的岷江右岸一级支流缸沟河上游,距宕昌县城约18.5 km,距何家堡乡约6 km,水库枢纽位于缸沟河与木香沟汇合口以上575 m处,属于岷江林业总厂林区。工程建设的主要任务是新建缸沟水源地水库工程,替代宕昌县城区供水工程已建的低坝引水枢纽,对缸沟河径流进行调蓄,增加供水量,提高居民生活、生产供水保证率,有效缓解城区水量供需矛盾,促进区域经济高质量发展。宕昌县城区饮用水源地水库是一座以城镇生活供水为主的水利枢纽工程,主要由缸沟水库大坝、输水系统(缸沟输水管道、木香沟输水管道、进水池)等建筑物组成。水库大坝主要由挡水坝段、溢流坝段、泄洪底孔和坝内埋管组成[1]。输水系统由缸沟水库输水管及木香沟输水管输水至进水池与原宕昌县城区供水工程供水管道对接后,以重力有压流输水至河口村县城净水厂。水库工程总库容320.56万 m3,最大坝高69 m。

2 库区基本地质条件

2.1 地形地貌

库区位于缸沟中游河段,缸沟在此段流向大致由南向北,河谷呈“U”型,谷宽50～100 m,高程在2 130～ 2 064 m之间,河道纵坡3.5%,河道两岸阶地不发育,主要以高漫滩为主,漫滩高出主河床1.5～2.0 m,顺河岸呈长条形分布,宽度40～70 m,长度180～300 m,沟道两岸山体雄厚高耸,岸坡陡峻,局部基岩裸露,植被覆盖较好,左岸最大高程约2 683 m,右岸最大高程约2 895 m,相对高差600～850 m。库内地形相对较破碎,两岸支沟发育,规模较大的有3 条,切割深度150～300 m,沟底有常年流水,沟口分布小型洪积扇。库区山坡表层及主河槽处有5～10 m 残坡积碎石土或砂砾石分布,山坡自然坡度30°～50°。

2.2 地层岩性

库区出露的地层比较简单,主要有三叠系(T)厚层砂岩、粉砂岩和板岩及第四系(Q)各种成因类型的松散堆积物为主,现根据地层的沉积关系从老至新分述如下:

2.2.1 三叠系(Tb)

水库区出露的地层主要以三叠系第二岩性组第四岩性段(Tb-4)岩层为主,该套岩层岩性由浅灰色和灰绿色中厚层-厚层状中-细粒砂岩、深灰色板岩等组成,以砂岩为主,个别位置近乎全部为砂岩,板岩为其夹层或局部为两组合,砂岩单层厚20～50 cm,局部见有厚层状,单层厚80～100 cm,联层厚度3.0～10 m;板岩呈薄层层状,单层厚0.5～3 cm,联层厚度0.5～3.0 m,板岩中多见有层间揉性小褶曲,板理极发育,风化强烈,风化后呈板状、鱼鳞片状、碎沬状。

2.2.2 第四系全新统(Q4)

(1)Q43al+pl冲洪积层:为缸沟河床、河漫滩堆积物,为厚度5.5～8.2 m 的砂砾石层。

(2)洪积物(Q43pl):岩性为块碎石土,厚度较大,一般在5.0～10 m 之间,主要分布于缸沟两岸支流小型冲沟沟口处。

(3)Q4eld残坡积层:残坡积碎石土,结构稍密,磨圆度及分选性差,呈棱角-次棱角状,主要分布在缸沟及其两岸冲沟山坡坡脚处。

(4)Q4r人工填土:主要为组成公路路基的砂卵砾石、碎石土及砾质土等。

2.3 地质构造

库区地处秦岭东西复杂构造带哨院向斜,该向斜为一轴面倾向南西的倒转向斜,向斜核部从坝址区下游的木香沟口通过,其东北翼正常,次一级褶皱不甚发育,仅有以圆滑褶曲为主的少数褶皱;西南翼地层绝大部分倾向南南西,呈倒转产出,次一级褶皱远离向斜轴部逐渐发育,且轴面均倾向南南西,为同斜式紧密倒转褶皱。库内坝轴线南约600 m处发育一小型向斜构造,核部走向约为NW280°,核部岩性为灰岩,两翼为三叠系(Tb-4)厚层砂岩、粉砂岩和板岩组合,产状分别为NW300°SW∠60°、NW300°SE∠55°。近场区的新构造运动比较发育,主要以垂直升降运动为主,岩体中无规模较大的构造破碎带通过,次级小断层及裂隙较发育,以挤压性断裂为主。根据现场测绘,水库坝址南约1.2 km处的缸沟峡谷中发育有两条小断层(F3、F4),断层NNW向展布,产状NW335°SW∠60°,出露长度约150 m,宽15～20 m 不等,平行产出,属左行平移断裂,构造岩石为碎裂长石石英砂岩、碎裂板岩,上、下盘岩石为三叠系(Tb-4)长石石英砂岩夹板岩,由于构造作用的影响,断裂构造附近形成了约2 m左右厚的崩塌体,未发现第四系以来未有活动迹象。

2.4 水文地质

库区地下水类型主要有第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两类,孔隙潜水赋存于透水性强的沟底冲洪积砂砾石层和冲沟坡脚崩坡积块碎石层孔隙中,接受大气降水补给,最终排泄于缸沟主沟道内;基岩裂隙水赋存在三叠系下统(T)厚层砂岩、粉砂岩和板岩的风化、构造裂隙中,以泉的形式出露在缸沟两岸支沟沟脑及山坡坡脚处,最终排泄于缸沟中。地下水及地表水水质均较好,对普通混凝土无腐蚀性,可作施工用水。

2.5 不良地质现象

水库区不良物理地质现象主要表现为岩体风化、不稳定斜坡、滑坡、崩塌、泥石流和沟道洪流、季节性冻土。

2.5.1 岩体风化

水库区出露的岩性多为厚层砂岩、粉砂岩和板岩,板岩抗风化侵蚀能力差,砂岩抗风化侵蚀能力稍强,形成参差不齐的基岩岸坡,地貌上表现为深浅不一的凹凸不平差异风化现象。根据本区气候特点,岩体以物理风化为主,裸露基岩表层风化强烈,其进一步发育就是重力崩坍。

2.5.2 不稳定斜坡

主要分布于岸坡陡峻的顺向坡段,由于基岩岸坡在长期应力释放及重力等综合因素作用下,谷坡岩体向临空方向卸荷变形明显,主要表现为结构面拉张松弛变形,使表部岩体内走向与坡向基本一致的层面或裂隙多松弛张开,进而发生崩塌。根据地质测绘,强卸荷岩体零散分布于陡峻的顺向坡段,一般水平宽度5～15 m,深度2～3 m,崩塌物主要以山坡表层残坡积碎石土和基岩强风化层为主,其天然状态下基本稳定,逢雨季或冰雪融化季节偶发生滚石现象。

2.5.3 滑坡

根据《宕昌县城区缸沟水源地水库新建项目场地地质灾害危险性评估报告》(以下简称报告)显示,库尾上坝公路桩号2+054.4～2+109.7处存在滑坡H1,该滑坡呈带状分布,主要为残坡积碎石土的表面溜滑,厚度一般小于2 m,滑坡体属于堆积层滑坡,滑坡区上部为第四系残坡积物,近坡脚处为第四系冲洪积物,滑坡体在平面上呈带状分布,边界清晰,滑坡体坡面形态呈直线型,纵长140 m左右,前后缘相对高差约80 m,滑坡宽200 m,坡度35°～40°[2],滑体最厚处1～2 m,滑坡区面积约30 000 m2,体积约50 000 m3[3],为小型滑坡,该滑坡滑动方向80°,坡面植被茂密,可见“马刀林”,滑坡体后缘坡度45°～55°,前缘坡度40°左右。

2.5.4 崩坍

根据《报告》显示,坝址上游约1 000 m处沟道右岸斜坡处存在崩坍B1,崩塌区域表层上部为第四系残坡积物,近坡脚处为第四系冲洪积物,主要由强风化的三叠系砂岩、板岩岩体组成,岩体风化程度高,崩塌坡面形态呈直线型,纵长40 m 左右,崩塌宽30 m,坡度60°～80°,崩塌体最厚处约1 m,面积约1 000 m2,体积约1 000 m3,按崩塌体规模划分,为小型崩塌,该崩塌崩落方向240°,坡面植被茂密。

2.5.5 泥石流及沟道洪流

水库区两岸冲沟发育,沟底常年有流水,平时流量稳定,逢暴雨有山洪出现,多数冲沟口形成小型洪积扇,扇缘宽一般20～50 m,洪积物成分主要为碎石及泥砂,含少量块石,最大粒径25～35 cm。工程区上游缸沟河道两岸植被覆盖茂密,基岩零星裸露,山坡坡度一般45～60°,局部坡段65～75°,卸荷裂隙较发育,坡脚可见崩塌堆积物,块石最大粒径达2 m,根据沟底及沟口堆积物分布、物质组成及地表植被等特征分析,缸沟洪水期有中型稀性泥石流发育,泥石流携带块石、碎石及泥砂入库,会增加水库淤积量。

2.5.6 季节性冻土

根据气象资料,工程区9月至翌年4月均有季节性冻土层存在,最大冻土层厚度为40 cm,工程区不存在永久冻土层,仅存在季节性冻土层。

3 主要工程地质问题及评价

3.1 水库渗漏

水库库盆为缸沟河谷,两岸山体雄厚,岸坡较陡,组成库盆的地层主要为三叠系(Tb-4)厚层砂岩、粉砂岩和板岩和第四系松散堆积物,水库蓄水后,库水将集于缸沟河谷中,水库蓄水位以下两岸均以三叠系(Tb-4)厚层砂岩、粉砂岩和板岩为主,三叠系(Tb-4)厚层砂岩、粉砂岩和板岩岩体完整性较好,但层间裂隙较发育,总体具层状、板状构造,层间结合较为紧密,无大的断层发育,仅发育次级小断层和节理、裂隙,次级小断层和节理、裂隙多为短小闭合的风化裂隙,且贯通性差。库区两岸发育有较多支沟,但其沟脑及分水岭均远高于设计正常蓄水位,无低于正常水位的垭口存在,因此水库不存在向邻谷的渗漏问题。

3.2 库岸稳定

库区范围内未发现滑坡及规模较大的潜在不稳定岩体,局部边坡岩体的卸荷崩塌是影响库岸稳定的主要工程地质问题。根据《报告》结合现场地质测绘,水库区共发现不稳定斜坡3处,均在缸沟左岸,此外,库区两岸山坡较陡,山坡表层有一层残坡积碎石土,该层结构松散,天然状态下岸坡基本稳定,水库蓄水后,在库水淘涮作用下局部岸坡地段会有小规模的坍塌,但塌岸量有限,对水库淤积影响不大[4]。

表1 不稳定斜坡基本特征一览表

综上所述,水库蓄水后塌岸主要发生在库区山坳处覆盖层较厚地段,经工程类比,参照野外调查岸坡现状,结合本工程的特点,确定块碎石土稳定坡角取值:水下12°～14°,水上45°～50°,根据库区塌岸剖面,对塌岸量采用图解法进行估算,塌岸估算量约为2.4万m3[5]。

3.3 水库浸没与淹没

水库蓄水后,库水将被集中在缸沟“U”型河谷内,水库正常蓄水位按2 125.72 m计时,坝前水位抬高48 m,回水长度约1.4 km;坝址至库尾回水范围内仅在河谷底分布着几座城区供水拦砂坝和通往林区的小路,其余段无耕地,为灌木林,区内无矿床、无文物古迹和居民点。经估算,水库几乎不淹没耕地,库区两岸及库尾岩性为基岩和河床砂砾卵石层,浸没临界深度为1.5 m。

3.4 水库淤积

工程区属岷江林场封山育林区,森林茂密,灌木及植被覆盖较好,但工程区上游地处秦岭东西向构造带西缘,地层经历了多次构造运动及应力的重复积累与释放,褶曲、构造裂隙较为发育,岩体的完整性较差,加之工程区地处高海拔地区,年、日温差大,物理风化作用强烈,在长期的风化、沟谷切割和侵蚀交替作用下,形成松散堆积物,这些松散堆积物在汛期会随着沟道暴洪下泄,在汛期会产生一定数量的淤积。水库地处缸沟中游峡谷区,山坡表层覆盖着一层残坡积碎石土,残坡积碎石土及基岩强风化层在水库蓄水初期,有少量物质被饱和、在浪蚀作用下带入库内,会对水库产生一定数量的淤积。

3.5 水库诱发地震

工程区处在地质环境相对稳定的地带,较大断裂分布在水库下游约4.3 km 处的缸沟村附近,库坝区无控制性区域断裂通过,水库不存在沿断裂诱发地震的可能性;拟建的缸沟水库总库容约320.56万 m3,水库最大坝高69.0 m,入渗水的压力水头有限,加之库盘岩性为透水性差的三叠系(Tb-4)厚层砂岩、粉砂岩和板岩,构成库坝区及库盆基底岩层中无较大断层分布,仅发育两条次级断裂,但规模小,且挤压紧密,透水性差,不会产生库水向深部的渗漏,不具备诱发地震的渗漏条件。库区范围内蓄水位以下未发现地下水深循环的断层泉,表明不存在深层的水力通道,不利于诱发地震。综合分析认为水库诱发地震的可能性不大。

3.6 综合评价

库盘基岩透水性差,且无低于库水位的冲沟或分水岭,亦无跨库大断裂,即在结合坝基防渗做好近坝防渗的基础上,水库不存在永久性渗漏问题;固体迳流总量相对较小、库岸再造有限,对水库正常运行影响不大,亦不存在浸没问题;水库回水上游存在1个崩坍及3个不稳定斜坡,水库蓄水后,在库水淘涮作用下局部岸坡地段会有小规模的坍塌,产生一定数量的淤积。此外,缸沟及两岸支沟均为稀性泥石流沟道,洪水期水流携带块石、碎石及泥砂入库,会增加水库淤积量。水库蓄水后,发生诱发地震的可能性小。

4 结语

缸沟水库库区位于缸沟中游河段,河谷呈“U”型,谷宽50～100 m,河道纵坡3.5%,河道两岸阶地不发育,主要以高漫滩为主。库区出露的地层比较简单,主要有三叠系变质砂岩和板岩及第四系各种成因类型的松散堆积物为主。库盘基岩无低于库水位的冲沟或分水岭,亦无跨库大断裂,因此水库不存在向邻谷的渗漏问题;水库固体迳流总量相对较小、库岸再造有限,对水库正常运行影响不大。库区岩性完整,无区域性的活动断层通过,水库蓄水后,发生诱发地震的可能性小。