石門洞水庫上壩方案庫尾灰巖滲漏分析與計算

徐連鋒 王根華 李劍修

（中水淮河規劃設計研究有限公司 蚌埠 233001）

石門洞水庫上壩方案庫尾灰巖滲漏分析與計算

徐連鋒 王根華 李劍修

（中水淮河規劃設計研究有限公司 蚌埠 233001）

石門洞水庫為?。?）型水利工程，壩高28m，海拔高程1800～2060m，巖溶地貌發育，地質條件復雜。上壩方案庫尾分布志留系上統妙高組（S3m）灰巖，為懸托型河谷，灰巖區存在庫底滲漏問題。本文根據區域水文地質資料、庫尾灰巖鉆探與壓水試驗資料，通過庫尾灰巖的性質、水文地質條件，計算庫尾灰巖區的滲漏量，分析其對建庫條件的影響，提出處理措施。

石門洞水庫 懸托河 巖溶地區 水文地質條件 庫底灰巖滲漏

1 工程概況

石門洞水庫位于云南省宜良縣北部芹菜河上游石門洞附近。因2009～2010年云貴高原遭遇特大旱災，造成當地作物絕收，人畜飲水困難，供需水矛盾十分突出。修建石門洞水庫可改善當地居民飲水、農田灌溉條件。芹菜河屬珠江流域南盤江右岸二級支流，河床平均坡度4.497%。上壩方案300年一遇校核洪水位1834.26m，總庫容為109.6萬m3，正常蓄水位為1832.0m，最大壩高28m，為?。?）型水利工程。

石門洞水庫上壩址在石門洞上游450m處，根據地形、地貌條件，上壩壩基滲漏范圍較小、透水層厚度略小，相對地質問題較簡單，地質條件總體較好，故選擇上壩方案。但庫盆尾部分布志留系上統妙高組灰巖（S3m），庫尾灰巖區存在滲漏問題，直接影響成庫條件及規模，需進一步分析庫尾灰巖區滲漏量。

2 庫區地質條件概況

上壩庫區位于揚子準地臺小江斷裂帶東部，嵐光山向斜的西翼，地勢起伏較大，為低淺切割中山地形。區內地勢大體東北高，西南低，河流自北東向西南流經庫區，東部最高海拔2060m。

上壩方案正常蓄水位1832m，回水長度近1.0km，滲漏主要產生在庫尾志留系上統妙高組（S3m）泥灰巖、灰巖分布區?；規r沿河分布長度180m，灘地高程1822～1826m，寬度20～30m，河底高程1820～1822m。

庫尾灰巖處于與嵐光山向斜主軸近平行的次一級褶皺背斜的核部附近，巖層產狀125°～145°∠25°～28°，富水性不穩定、不均勻；上部為泥灰巖弱風化巖體，透水率一般小于7.0Lu，中部灰巖巖溶較發育，透水率為16～100Lu，巖體裂隙及溶孔較發育，地下水位埋深較大，地下水主要以巖溶水向侵蝕基準面排泄，徑流途徑長，基本由北流向南；灰巖周圍地層為志留系玉龍寺組（S3y）泥巖、頁巖，弱透水性。

沿河谷沖積層分布孔隙水。沖積層以卵石、砂礫石和粉土質礫為主，滲透系數為5.0×10-3cm/s，中等透水性，賦水性較強。山體表層、河床兩側分布殘坡積層，以含礫粉質粘土為主，滲透系數為3.05×10-5cm/s，弱透水性。

根據庫尾灰巖區鉆孔資料，表層為含礫粉質粘土，上部泥灰巖夾灰巖（埋深25.5～30.2m以上，相應高程1800.96～1795.96m以上）為弱風化，透水率3.30～7.08Lu，屬于弱透水性；地下水位基本穩定，埋深5.2～6.0m，相應高程1818.66～1820.12m。中部灰巖（埋深25.5～30.2m以下、35.0～44.5m以上巖體）沿層面發育溶蝕現象，有小溶洞，透水率16～100Lu，屬于中等～強透水性；孔深在25.5～30.2m以下時地下水位突然下落，地下水位埋深34.04～33.26m，相應高程1792.42～1792.86m。底部巖溶不發育，透水率3.97～9.36Lu，屬于弱透水性。

3 庫區滲漏分析

根據地質資料，庫尾灰巖中分布兩個水位，中間隔水層為弱風化泥灰巖夾灰巖，屬于弱透水性。上層地下水沿河道砂卵石層及泥灰巖表層流動，向深部垂直排泄弱，向下游水平方向排泄強，即灰巖區表層地下水以水平運動為主。且左岸出露泥灰巖的溝谷中有地表水流入庫區，上游頁巖區也有三處泉水分布，說明上部弱透水泥灰巖有一定的隔水作用。中部灰巖開始漸發育張性節理，裂隙傾角45°～80°，沿層面見溶蝕現象，局部發育小溶洞，中等～強透水性；地下水以垂直運動為主，造成地下水位低，形成第二含水層。二層地下水間的泥灰巖隔水層作用，使該段河流形成懸托河。

根據灰巖產狀、區域灰巖分布情況以及區域水文地質條件，該處深層地下水主要向南排泄，水位與南部南盤江排泄基準面有關；而該處庫尾灰巖與下游石門洞河道段灰巖為同一層，且地下水位高于石門洞處灰巖地下水位，說明地下水也可以通過玉龍寺組頁巖下部的灰巖向石門洞灰巖帶排泄。因此庫水存在滲漏通道，可通過庫尾灰巖區表層弱透水泥灰巖進入中部透水層灰巖，向庫外滲漏。因庫尾段地勢較高，水頭最大為10.0m，上部弱透水泥灰巖厚度在25.5m以上，有一定的隔水作用，因此庫尾弱透水灰巖區雖然存在滲漏問題，但通過上部泥灰巖層向庫外滲漏量不會很大。

表1 上部泥灰巖隔水層等效滲透系數計算成果表

表2 石門洞水庫正常蓄水位日滲漏量計算表

表3 庫尾灰巖區滲漏計算成果表

4 庫區滲漏計算

4.1 隔水層等效滲透系數的計算

隔水層不同試驗段透水率不同，首先將上部隔水層各壓水試段透水率換算成滲透系數，進一步將各段滲透系數轉化為整個隔水層的等效滲透系數。

根據《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》（SL31-2003）公式（6.0.4）及附錄C公式（C）與相關公式，推導出滲透系數（K）與透水率（q）關系式：

式中：L——試段長度（m）；

r0——鉆孔半徑（m），按0.045m計。

因灰巖分布區庫水滲漏方向垂直于透水層，且灰巖受構造、溶蝕作用影響，各段滲透性不同，上部相對隔水層等效滲透系數（K）按下面公式計算：

式中：L——透水層總厚度（m）；

Li、ki——第i層厚度（m）及滲透系數（m/d）。

根據試驗參數按公式（1）、（2）分別計算各段試驗段滲透系數及隔水層等效滲透系數，計算結果見表1。

4.2 滲漏面積計算

滲漏面積根據1∶2000地質圖，按等高線計算線內面積。圖中等高線間距為2m，為減少水頭統計誤差，滲漏面積按相鄰等高線范圍分區確定，按相鄰等高線面積的差值分區計算等高線間面積。正常蓄水位1832.0m以下面積為14200m2。各分區面積計算結果見表2第三列，滲漏面積平均高程按底邊高程計。

4.3 滲漏量計算

根據鉆孔資料，灰巖區滲徑（L）按地面高程與隔水層底高程約1800m間厚度計；滲透水頭（H）按正常蓄水位與地面高程差值計。按達西公式計算每天滲漏量，各計算參數及計算結果見表2。

由表2可見按ZK15孔計算的等效滲透系數確定的滲漏量為115.69m3/d，按ZK14孔的等效滲透系數確定滲漏量為85.35m3/d，平均為100.52m3/d。全年滲漏量按365天計算結果見表3。

5 結論

由表3可見灰巖區年滲漏量為3.67×104m3，約占總庫容3.35%，為中等滲漏。水庫總庫容扣除尾部灰巖區年滲漏量仍大于100×104m3，可滿足小型水庫的庫容要求，滲漏不影響該水庫的?。?）型規模，該庫區具備建庫條件?？紤]到當地水資源緊張，為提高水庫效益，庫尾灰巖區應采取防滲處理措施，可在灰巖分布區設置粘性土水平鋪蓋進行防滲處理