万家寨水利枢纽库区右岸岩溶渗漏分析

万家寨水利枢纽库区右岸岩溶渗漏分析
徐维国

　　摘 要 库区右岸岩溶渗漏是万家寨水利枢纽主要工程地质问题之一，它不仅影响水库的运行效益，而且关系到该区的生态环境安全，是水库勘察、设计中一直备受关注的问题。由于该问题十分复杂和重要，前期勘察中做了大量工作，得出基本结论，并在施工及运行期间继续进行监测和深入研究，为分析评价水库右岸岩溶渗漏问题提供了基础。

　　关键词 万家寨库区 岩溶 渗漏 分析

　一、水库右岸岩溶水文地质特征

　　万家寨水利枢纽在构造上位于山西台背斜与鄂尔多斯台向斜的过渡地带，岩层向西（右岸）倾斜。水库左岸吕梁山广泛出露寒武系、奥陶系碳酸盐岩，为碳酸盐岩含水层的补给区，至黄河岸边地下水位仍高于河水，地下水补给河水。右岸库岸出露碳酸盐岩地层，地下水位低于黄河水位，河水补给地下水。右岸地下水总体向西运移，由于黄河在榆树湾—龙口一带（位于坝址下游南偏西约25km）以下形成低的排泄区，加之西部有砂页岩隔水层阻隔，在右岸从黄河至十里长川的低水位区，形成一条南北向的渗流带，地下水向南运移，在龙口、河畔、天桥等处以泉群的形式排泄。区域水文地质结构决定了万家寨水库右岸岩溶渗漏的框架。

　　库尾至曹家湾库段，分布有白垩纪砂岩、泥岩地层，长约26km；曹家湾至坝址为碳酸盐岩分布区，长46.5ｍ，约占库岸总长的64％。

　　根据岩性和岩溶发育的差异，碳酸盐岩库段可分为上、中、下三个渗漏段。上段由曹家湾至龙王沟口下游2km，库段长22km；中段由龙王沟口下游2km至黑岱沟口下游7.5km，库段长15km；由黑岱沟口下游7.5km至坝址为下段，长9.5km。中段冲沟发育，出露地层为岩溶较发育的奥陶系中统马家沟组灰岩，且有F4断层发育，是水库右岸岩溶渗漏的主要库段。

　　根据右岸地下水运移特点可分为三个区，近岸入渗区（近岸2km地带），地下水受河水补给后向西运移，水库蓄水前水力坡降12.6‰～67.0‰；径流区，地下水越过入渗区后进入呈南—北向展布的径流区，向南（榆树湾—龙口排泄区）运移，蓄水前水力坡降0.25‰～2.3‰；排泄区主要为龙口泉群。龙口泉群在水库蓄水前流量约0.065ｍ3/s（1987年），主要沿岩溶裂隙及溶蚀层面渗出，未见溶洞发育。推断还有一部分地下水继续向南运移，向河畔、天桥泉群排泄。

　　二、岩溶渗漏分析

　　万家寨水库右岸在天然条件下河水补给地下水，前期勘察阶段取得的资料，是天然条件下对右岸岩溶渗漏问题分析的依据。水库蓄水后又进行了地下水位长期观测、补充勘察及示踪试验等工作，取得了许多新的成果。利用水库蓄水前后勘察成果进行对比分析，是研究右岸岩溶渗漏问题的重要途径。水库蓄水后右岸渗漏变化表现在以下几个方面：

　　（1）水库蓄水后，中段阳壕沟、大焦稍沟和小焦稍沟出现明显的渗漏点10余处，其中马家沟组灰岩分布段由于地下岩溶洞隙充填物被冲刷、淘蚀而造成地面塌陷、地裂缝，原被黄土覆盖的SK1、SK2溶蚀宽缝及溶洞暴露地表，表明在某些特定地段存在集中渗漏的溶隙性通道。

　　（2）位于库岸入渗带的钻孔，水库蓄水后地下水位普遍升高，如北段的ZK151 孔；中段的ZK176、ZK115、ZK117、ZK181、ZK180孔；下段的ZK191孔等，水位抬高12～40ｍ不等，并与水库水位同步变化，表明渗漏带的地下水与库水有很好的连通性；地下径流区的钻孔水位，水库蓄水后也缓慢上升，如ZK116、ZK157孔。

　　（3）因准格尔煤田水源地、河曲电厂大量开采地下水而干涸多年的，位于坝址下游25km的龙口泉群，水库蓄水后，由于库水入渗的补给而重新流出清泉，1999年5月14日测得流量为0.005～0.006ｍ3/s。

　　（4）2001年3月21日进行示踪试验，在入渗区的SK1溶洞、ZK162、ZK176、SK34、ZK193钻孔投放示踪剂，在径流区和排泄区的23个钻孔和泉点取样。结果证实，渗漏水流经入、径流区至龙口泉群流出。最远的示踪距离达37.5km，测得入渗区的地下水视流速5～25ｍ/h，主径流带的视流速达20～100ｍ/h。

　　上述情况均表明，水库蓄水后右岸出现了明显的渗漏，不仅证实了前期勘察阶段得出的水库右岸存在岩溶渗漏的结论，而且提供了研究渗漏各地段岩溶发育程度和渗流场特点的重要信息。

　　三、渗漏量估测

　　勘察期间，根据水库右岸岩溶水文地质条件，预测水库蓄水后主要入渗库段为中段马家沟组灰岩分布段，最大渗漏量为10.63ｍ3/s。水库蓄水后，根据水文地质条件的变化和示踪试验成果，进行数值模拟分析计算，得出水库蓄水位980ｍ、970ｍ时的渗漏量为15.8ｍ3/s和13.6ｍ3/s。由于岩溶渗漏量计算的不确定因素较多，难于取得与实际相符的计算参数和边界条件，计算成果与实际常常出现较大偏差，因此只能作为参考。

　　水库蓄水后，根据电站的运行状况，结合地下水位、泉水的监测资料、有关水源地地下水开采量及渗漏出溢点排泄量等综合判断，估计现阶段水库渗漏量仍在前期勘测研究的预测范围之内。

　　由于水库蓄水，近岸入渗区水力坡降变陡，渗透流速加大，以及库水位的涨落，在地表水和地下水的冲刷、淘蚀及气爆、负压等因素作用下，覆盖在一些岩溶洞穴，溶隙入口处的黄土及岩溶洞隙充填物将被冲刷带走，渗漏通道逐渐扩大，这已为阳壕沟等处塌陷所证实，预计渗漏量将会进一步增大。岩溶渗漏通道的冲刷扩大将是一个长期的过程。此外，水库淤积的泥沙只能堵塞细小的裂隙，对于入渗水流流速较大的溶隙、溶洞，由于地下水流的淘蚀、负压等作用，以及边岸地带地表水的冲刷，泥沙沉积物很难保持稳定，对减少水库渗漏量的作用有限。因此，对水库右岸岩溶渗漏的发展趋势仍应密切予以关注。