团结水库库盆渗漏分析

团结水库库盆渗漏分析

林建红

（昆明市水利水电勘测设计院）

摘要：根据工程区地表岩溶发育特征和地下水的补给、径流、排泄条件，划分水文地质单元和岩溶水系统，并确定水库在其中所处的位置，分析库水与地下水的水力联系，对库盆渗漏性作出分析评价。

关键词：岩溶　岩溶水系统　地下水分水岭　水力联系　库盆渗漏

一、工程概况

团结水库位于石林县城以北，距县城约25km。水库拦截巴江上游之水而成，坝高17.5m，顶长627m，坝顶宽9～10m，为均质土坝。设计库容500万m³，由于水库渗漏较严重，一直未蓄至设计库容，目前蓄水量370万m³。

为了满足当地经济不断发展的需要，拟对团结水库加固扩建，使水库总库容达到810万m³。团结水库建于碳酸盐岩分布区，其西面约500m和南面约2 500m分别为白云洞暗河和大坑崖暗河，现状库容下库盆无明显渗漏。但水库扩建后，随着库水位的抬高，库盆是否会向上述两条暗河发生明显的渗漏而影响正常蓄水，就成为水库能否扩建的关键。故需要对库盆发生渗漏的水文地质条件作出分析评价。

二、基本地质条件

工程区为中低山、丘陵地形，由于碳酸盐岩广布，喀斯特化作用强烈，形成独特的碳酸盐岩溶地貌，区内石林、峰丛、岩溶漏斗、地下暗河等岩溶形态十分发育。

根据区域地质资料，工程区地层岩性主要为二叠系阳新灰岩（P₁y）、倒石头组石英砂岩（P₁d）及石炭系马平组灰岩（C₃m）、威宁组灰岩（C₂w）等，位于呈近南北向展布的大老挖背斜的西翼北端。区内岩溶发育程度主要受此背斜的控制。大老挖背斜轴向约北东10°左右，长约8km，呈波状起伏展布；核部为中泥盆统曲靖组，两翼为石炭系和二叠系地层，地层较平缓，倾角一般为4°～12°。工程区由于受挤压作用的影响，局部形成小型断裂构造。

地下水主要为岩溶水，含水层主要为二叠系和石炭系碳酸盐岩层。二叠系倒石头组（P₁d）石英砂岩构成区内相对隔水层，基本阻断了地下水之间的水力联系，使二叠系和石炭系的碳酸盐岩层形成两个相对独立的地下水环境（见附图“团结水库岩溶水文地质略图”）。

三、岩溶水文地质条件

为了分析团结水库扩建后库盆的渗漏性，必须首先对工程区内的岩溶水文地质条件进行分析，划分水文地质单元，明确团结水库地区所属的水文地质单元。并通过分析团结水库与白云洞暗河和大坑崖暗河之间水力联系，为库盆渗漏性评价提供水文地质依据。

根据区域地质测绘成果，工程区内分布着两片岩溶十分发育的区域（参见附图）。一片位于团结水库以东天生关地区，岩溶形态以漏斗、天窗、暗河等地下岩溶形态为主；一片位于团结水库和水库以西乃古石林公园内，团结水库一带岩溶形态以石林、石芽等地表岩溶形态为主，而乃古石林公园内则以漏斗、竖井、暗河等地下岩溶形态为主。其余地区地表普遍为第四系残坡积黏土覆盖，岩溶发育程度相对较弱。根据地表地质测绘成果，上述两个区域内岩溶水具有各自的补给、径流、排泄条件，反映工程区内存在两个相对独立的水文地质单元。上述两个水文地质单元以地表分水岭石架山—朱金山—官山—石板哨—高石哨—和摩站为界，其东部和南部水文地质单元形成大坑崖暗河岩溶水系统，西部的水文地质单元形成白云洞暗河岩溶水系统和岩溶洼地（即团结水库）。从地表岩溶形态分布特征分析，上述地表分水岭两侧发育的溶蚀漏斗、竖井等均有规律性地向分水岭两侧展布，反映了地下分水岭与地表分水岭分布位置基本一致。团结水库位于白云洞暗河岩溶水系统所处的水文地质单元内。

工程区内岩溶发育差异较大。沿路子山—石板哨地表分水岭一带，由于下面石炭系灰岩强烈溶蚀，形成规模较大的溶蚀管道和溶洞等地下空间，导致其上覆的倒石头组（P₁d）石英砂岩发生塌陷；沿地表分水岭于地表形成大量竖井，其直径10～100m不等；而在团结水库区及其东面山坡上，地表出露二叠系阳新组（P₁y）灰岩，地表很少见漏斗、竖井等垂直岩溶形态，岩溶发育较弱，其原因是由于下伏倒石头组（P₁d）石英砂岩的相对隔水作用，使灰岩内地下水循环交潜缓慢，地下水径流较弱，所以使该区岩溶发育程度低。上述事实同时也为团结水库库底不存在大的集中渗漏通道提供了依据。

四、大坑崖暗河岩溶水系统

大坑崖暗河岩溶水系统位于团结水库的东面，含水层主要为石炭系岩溶含水层，系统边界总体受地表分水岭控制：东面以林口铺—老闸一带为界，南面以大白泥山—水泥厂一带为界，西面以路子山—石板哨—朱金山一带为界，北面以螺蛳塘一带为界，为裸露型岩溶分布区。地貌为岩溶漏斗、竖井、天窗、暗河等，四周分布着从上述分水岭向洼地中部即清华洞—四水洞一带倾斜的串珠状岩溶漏斗，形成一个相对封闭的地下水系统，系统内岩溶水的补给、径流、排泄受地形、构造、岩性的控制。

大坑崖暗河岩溶水系统紧靠大老挖背斜的轴部，构造裂隙发育，地层侵蚀、溶蚀作用强烈，导致上部相对隔水的二叠系倒石头组（P₁d）石英砂岩基本被剥蚀，仅沿地表分水岭附近尚有少量残余石英砂岩分布，大部分地表裸露石炭系（C₃m、C₂w）灰岩。大坑崖暗河岩溶水系统的补给区和径流区基本处于同一区域内，地表水入渗迅速，地下水循环交潜快，岩溶十分发育，形成漏斗—溶隙—暗河的岩溶组合形态特征。该区由于灰岩直接裸露于地表，地表水从岩溶漏斗迅速下渗，经短距离径流后汇集到溶蚀洼地的中部即天生关—四水洞一带地形低凹处，形成一个相对封闭的地下水系统。该系统周边不存在渗流途径短、地势低的排泄区，虽然系统西部不远处为巴江河谷，但因为受到埋藏于地表深处的倒石头组（P₁d）石英砂岩的隔水作用，地下水不能迅速向巴江河谷运移，从而导致系统内的地下水位不断升高，不断增加的水压力总在寻求薄弱的边界部位进行泄流，并优先选择有利于地下水循环的部位作为其排泄通道。因此，受地质构造作用形成的破碎带或裂隙发育带等易透水部位则成为地下水泄流的首选途径。据地表地质测绘成果，上述易透水部位分布于石板哨—大坑崖—黑箐口—大龙潭一带，地下水在这一带的强烈循环促使岩体内的裂隙不断扩大，不断扩大的裂隙反过来促使地下水径流更迅速，上述两种作用互相促进，最终形成了目前存在的大坑崖暗河，使大部分地下水沿暗河流向巴江排泄。因此大坑崖暗河为该地下水系统的主要集中排泄通道。

五、白云洞暗河岩溶水系统

该系统位于石架山—朱金山—官山—石板哨地表分水岭以西，与大坑崖暗河岩溶水系统相邻，含水层主要为二叠系岩溶含水层。其边界同样受地表分水岭控制，东面以石板哨—朱金山—石架山为界，南面以大坑崖暗河与团结水库之间的地表分岭——高石哨—和摩站为界，西面至乃古石林公园以西地表分水岭，北面至山神庙峰一带。团结水库以西主要为乃古石林裸露型岩溶区，主要发育岩溶漏斗、竖井、暗河等地下岩溶形态，岩溶发育十分强烈；团结水库和其东部地区主要为覆盖型岩溶，主要发育石芽、石笋、溶隙、溶沟等地表岩溶形态，团结水库库盆为溶蚀洼地，岩溶发育相对较弱。该系统为一敞开型地下水系统，地下水沿边界向溶蚀谷地底部—巴江河谷汇集，并沿河谷排泄。地下水的补给、径流、排泄同样受地形、岩性、构造的控制。在白云洞暗河岩溶水系统分布范围内，降雨大部分经山坡表面径流后直接流入巴江河谷，部分降雨经溶隙和漏斗渗入地下，再汇集于白云洞暗河内，经暗河最终排入巴江。

白云洞暗河岩溶水系统处于大老挖背斜的西翼，距背斜轴部相对较远，岩层出露较完整。倒石头组（P₁d）石英砂岩构成该区上覆二叠系灰岩和下伏的石炭系灰岩之间的相对隔水层，形成上下两个岩溶含水层。埋藏于深部的石英砂岩构成了上部岩溶含水层——二叠系灰岩的岩溶发育底界。团结水库位于上面的二叠系阳新组（P₁y）灰岩含水层上。

团结水库区和乃古石林区二者紧邻，但溶蚀差异十分明显。其主要原因为岩性差异和地下水水动力条件不同。从地形上分析可知，白云洞暗河底板高程高于巴江谷底，同时也低于团结水库库底，反映了在白云洞暗河形成之初，地下水经过乃古石林向巴江排泄，即向团结水库方向排泄。随着岩溶的不断发育，乃古石林区内的纯灰岩岩溶发育速度快于团结水库区的白云质灰岩岩溶发育速度，最终导致白云洞暗河系统逐步形成，使原来流向团结水库区的地下水逐渐被暗河截走，在乃古石林区与团结水库区之间存在一条低矮地下水分水岭。这一现象被目前存在于该区的向白云洞暗河方向倾斜的两条呈北西向发育的溶沟所证实。当库水位高于上述地下水分水岭时，库水补给地下水，并经白云洞暗河流走；当库水位低于上述分水岭时，地下水补给库水，水库不会向白云洞暗河渗漏。可见水库处于高水位时，与白云洞暗河存在水力联系。

六、两个岩溶水系统之间的水力联系

从上述分析可知，两个岩溶水系统沿高石哨—朱金山地表分水岭两侧灰岩内存在明显的差异溶蚀现象。在上述地表分水岭以西，即靠近团结水库一侧山坡地表普遍为残坡积黏土覆盖，大部分降雨无法下渗而迅速沿地表流走，仅少量降雨渗入补给地下水，地表偶见石芽分布，故地表岩溶发育弱；反映了该区地下水径流缓慢，岩溶发育程度相对较低，而团结水库正处于这一区域内。而在上述地表分水岭以东，即靠近大坑崖暗河岩溶水系统一侧，地表广泛分布指向该系统中心低凹部位——四水洞一带的串珠状岩溶漏斗，岩溶十分发育。上述岩溶发育差异除受地质构造的影响外，还受岩性的控制。白云洞暗河岩溶水系统所处水文地质单元的二叠系灰岩含水层底部分布相对隔水的倒石头组（P₁d）石英砂岩，再往深部分布大坑崖暗河岩溶水系统所处水文地质单元的石炭系灰岩含水层。石英砂岩阻断了上、下两个水文地质单元之间地下水的水力联系，从地表地质测绘资料可知上述两个水文地质单元之间不存在明显的透水断裂相连，因此也说明两个岩溶水系统之间不存在明显的水力联系。

七、结　论

从上述分析可知，工程区分布的二叠系和石炭系碳酸盐地层构成两个不同的水文地质单元，存在各自独立的岩溶水补给、径流和排泄区。从平面上看，上述两个水文地质单元以地表分水岭石架山—朱金山—官山—石板哨—高石哨—和摩站为界，在其两侧地表展布；而从空间上看，二叠系碳酸盐地层构成的水文地质单元位于石炭系碳酸盐地层构成的水文地质单元之上，二者之间被相对隔水的倒石头组（P₁d）石英砂岩所隔开。白云洞暗河和大坑崖暗河两个岩溶水系统分属不同水文地质单元。团结水库处于白云洞暗河岩溶水系统所处水文地质单元内，即处于二叠系碳酸盐地层构成的水文地质单元上，库底深部分布相对隔水的石英砂岩阻断了库水与下伏水文地质单元地下水之间的水力联系，因此库底深部不存在发生强烈溶蚀的条件，岩层岩溶不发育，水库不会产生明显的垂直渗漏，也即团结水库与大坑崖暗河不存在水力联系，库水不会通过库底向大坑崖暗河渗漏。另一方面，在白云洞暗河与团结水库之间存在低矮地下水分水岭，当库位高于地下水分水岭时，库水会向白云洞暗河发生渗漏，反之则不会渗漏，说明水库处于高水位时库水和白云洞暗河存在水力联系。因此，水库扩建后不会向大坑崖暗河发生明显的渗漏，但紧邻水库的白云洞暗河和大坝所在的巴江河谷，则是水库发生水平渗漏的主要地带，建议在白云洞暗河与水库之间的分水岭一带及大坝轴线上布置垂直防渗工程，以阻断水库水平渗漏通道。经过上述防渗处理后，团结水库进行扩建是可行的。