蟒河口水库渗漏边界问题研究

薛 寒， 王文甫，2

（1.河南省水利勘测设计研究有限公司，郑州 450016；2.水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心，郑州 450045）

蟒河口水库位于河南省济源市北蟒河出山口，主要建筑物由大坝、泄水建筑物及引水建筑物组成.水库总库容1 094.0 万m3，大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高77.6 m，坝顶长220.5 m，坝顶宽6.0 m. 在蟒河口水库建设中，部分防渗工程未随水库主体工程完工，导致水库建成后漏水现象很严重，仅在洪水期水库能有一段时间有蓄水外，其他时段水库基本为空库，水库效益基本没有体现. 通过前期工程地质勘察资料、竣工地质资料、观测资料，充分利用地层与构造的地质观点，合理运用工程钻探及地球物理勘探等多种勘察手段，在平面范围及剖面方向上对渗漏部位进行确定，并根据勘察成果提出针对性防渗处理措施.

1 地质概况

1.1 地形地貌

蟒河口水库坝址区属低山区. 河床两岸基岩大部分裸露，左岸山体三面临空，边坡陡峭，坡度约63°，右岸山体较单薄；北侧地形陡峭，坡度约70.2°，南侧较缓，约39°. 河床两岸呈不对称U型谷，结构属一侧发育的横向谷. 河床覆盖层厚2.9～12.0 m，岩性为漂石的砾卵石层.

1.2 地层岩性

蟒河口水库工程区出露的地层主要为寒武系上统（∈3），奥陶系中统（O2），局部为新近系（N）及第四系（Q）地层. 寒武系上统崮山组（∈31）、长山组（∈32）为组成坝基及坝肩的主要地层. 寒武系地层主要由深灰色，厚层-中厚层白云岩组成，寒武系各组皆为整合接触. 坝址区白云岩为单斜缓倾斜岩层，倾向上游，岩层产状：走向一般为305°～350°，倾向北东，倾角4°～11°，近断层处产状变化大.

工程区岩溶发育特征符合区域岩溶发育规律，从岩性方面寒武系中上统、奥陶系上统的灰岩、白云岩岩体中岩溶现象发育；从空间分布来看，岩溶发育符合沿构造线、傍坡临岸的规律.

1.3 地质构造

由于受盘古寺（F3）区域性大断裂影响，坝址区内断裂构造发育，根据断层展布方向，可将区内断层分为两组：一组为东西向，一般规模较大，切割能力强，延伸距离远，断层带及影响带较宽（20～50 m），与区域构造行迹相同；另一组为北东向，一般规模较小，延伸距离有限，与东西向断层相交后消失，断层带及影响带5～10 m，是坝址区的主要出露断层，影响坝基及坝肩的渗漏与稳定. 以上断层共同点是：皆为正断层，且往往发育分支断层；断层性质为张扭性；断层带宽窄变化较大；在剖面上表现多为上宽下窄，呈楔状；断层带物质多为断层角砾夹泥；断层面呈舒缓波状等（见图1、图2）.

图1 蟒河口水库地质构造示意图Fig.1 Tectonic map of Manghekou reservoir

1.4 水文地质条件

1.4.1 地下水类型 根据含水介质特征及地下水的赋存条件，本区地下水可分为碳酸岩岩溶裂隙水和松散堆积物孔隙水两类.

图2 蟒河口水库库区地质图Fig.2 Tectonic map of Manghekou reservoir

1）松散堆积物孔隙水. 分布于蟒河河床，岩性为砾卵石含漂石，厚度10 m左右，由于砾卵石局部为板-半胶结状，渗透系数K变化较大，据岩性及渗水情况判断K为10～100 m/d，上部较大. 其含水量受气候及地表水影响较大，旱季蟒河断流时含水量小或不含水，到汛期雨季，含水量较大，水位可达地表附近.

2）碳酸岩岩溶裂隙水. 主要赋存于寒武、奥陶系碳酸岩中裂隙、断层带及沿裂隙（断层带）形成的溶隙（洞），为岩溶、裂隙含水带，由于库区两岸未见泉水出露，加之坝址区钻孔资料，判定地下水位埋藏较深，2007年4—7月水位观测，坝址区地下水位在基岩面下约30 m. 其中长山组（∈32）、凤山组（∈33）、下马家沟组（O2X）、上马沟组（O2S）中的灰岩、白云岩为裂隙状或脉状透水层，崮山组（∈31）、张夏组（∈2Z）中的灰岩、白云岩为主要含水层，为弱含水的岩溶裂隙含水层. 主要隔水层为区内徐庄组（∈2X）紫红色、黄绿色页岩，及下马家沟组（O2X）的“贾汪”页岩为主要隔水层.

1.4.2 补给、径流、排泄 根据本次坝址区水位观测结果，坝址区在非主汛期地下水位（水位高程220～240 m）均低于河床高程（256 m左右），其中单薄分水岭最高，其次为河床右岸，右岸高于河床，河床高于左岸，整体流向为北向南，水力梯度约5%，近库岸不存在明显的分水岭. 通过水文地质调查，近库区两岸没有泉水出露，库区河床均为干涸状态，因此，推测库区地下水位较低.

岩溶裂隙含水层主要接受大气降水及第四系孔隙中潜流水补给，大气降水在入渗过程中，部分受到隔水层（徐庄组∈2X）紫红色、黄绿色页岩，及下马家沟组（O2X）的“贾汪”页岩的阻隔，在雨后形成瀑布和悬挂泉排入河谷，地下水补给量较小. 地下水由北向南径流，排泄方式主要是蒸发及向下游地下径流.

2 渗漏类型分析

根据蟒河口水库工程区的工程地质条件，场区渗漏可以分为库区渗漏和近坝区渗漏两个部分. 近坝区为F2断层与F4断层连线蟒河下游至近坝区，库区为F2断层与F4断层连线蟒河上游至库尾区块.

库区近岸处无泉水出露，库区地下水位较低，两岸地下水分水岭位置较远，为一典型的悬托河. 两岸山谷较雄厚，邻谷距离较远，均超过3 km，库区两岸地层为上寒武统∈31崮山组的弱-微风化厚-巨厚层状鲕状白云岩，河床为中寒武统∈2Z2张夏组弱-微风化厚-巨厚层状鲕状白云岩，岩体为弱透水-微透水，因此向邻谷渗漏量很小. 而库区断层较发育，多为张扭性正断层，向南延伸均交于F3盘古寺断层，构造带岩体疏松，岩溶现象较为发育；通过对不同部位岩体大于100 Lu 透水率段分布特征统计发现，岩溶透水率大于100 Lu 段和构造断层的相关较为密切. 根据工程构造断层、节理密集带、大节理等发育特征及规律来看，工程区岩体的透水性存在沿断层及近东西构造线方向渗透特性强的特点. 因此库区渗漏初步判断以通过断层向下游集中渗漏为主.

近坝区断裂构造发育，主要发育的断层有5条，透水性较强；节理主要发育2组，均为高角度裂隙，倾角一般80°～90°. 在近东西向节理发育，沿大裂隙、节理密集带一般发育有溶隙缝，部分有溶洞，这些裂隙与断层组合在一起易构成渗水通道.

3 渗漏范围分析

库坝区岩溶发育较弱，有明显的随一定高程减弱的现象，岩溶发育深度在坝址区一般在210～220 m高程以上. 工程区沿断层（如F1断层、F5断层、F4断层的东北段）存在深远、连通的岩溶型渗漏管道的可能性不大.本工程的主要渗漏地段是F2断层与F4断层连线的南侧区块.

3.1 库区渗漏范围

库区渗漏主要是沿断层通向库外的带状渗漏，渗漏途径主要沿F1、F5断层向下游、库外渗漏.

3.2 近坝区渗漏范围

近坝区左岸坝肩～F4断层区域岩体，由于近东西向节理密集带及大节理等构造线的存在，会向下游形成集中带状渗漏或网状渗漏. 右岸单薄分水岭存在有F4～F2断层间的三角形构造破碎带，处于F4、F2断层的上盘，并分布有F22、F21、F20、L38等断层及大节理，岩体破碎，透水性强，会向下游形成集中带状渗漏或网状渗漏.所以，水库工程区的渗漏主要在近坝区.

3.2.1 近坝区右岸渗漏范围 目前，近坝区右岸已通过防渗面板及帷幕灌浆的防渗措施做至F4断层上游80 m，近坝区左岸260 m 高程的灌浆洞已施工，洞长708 m，仅对前100 m 进行了灌浆防渗，其他部分没有进行灌浆防渗.

根据近坝区左岸260 m高程的灌浆洞，洞长708 m，洞内发育有F2断层及小断层，F2断层在洞尾605桩号通过，走向与洞轴线近垂直. F2断层顶拱宽20～60 cm，两壁中下部破碎带宽达4 m，顶拱塌落高度约5 m. 洞内大的裂隙发育，溶蚀后为溶隙及溶蚀宽缝，宽度变化大，宽1～500 mm，壁面附着明显的钙华，带内多充填有泥质、岩屑和碎块，发育密度为2～5条/10 m，洞内多处发育有节理密集带、劈理带及窝状溶孔，窝状溶孔内充填有红色泥质. 长大裂隙和断层是左岸的主要漏水通道. 蟒河口水库自2012年建成，据济源市水利局提供的资料，水库蓄水后，经对左岸260 m灌浆洞的渗漏观测，库水沿长大裂隙及断层形成集中渗漏，并有泥质、石块、碎屑带出；据观测资料，左岸灌浆洞渗漏量为0.353 m3/s，约3万m3/日. 说明该地段通过长大裂隙和断层渗漏问题严重.

3.2.2 近坝区左岸渗漏范围 工程区左岸高程313 m以下地层为上寒武统长山组、凤山组及崮山组. F4断层至F2断层间高程313 m以下为上寒武统凤山组白云岩、泥质白云岩及泥质条带白云岩. 该段层面局部呈张开状，张开宽度5～20 cm，层间夹有次生泥质，存在层间错动. 主要发育近东西向及北东向裂隙，发育密度5 m/条，裂隙多为溶蚀裂隙，呈张开状，宽10～30 cm. 岩体在节理作用下易向河道内崩塌. F2至F4断层该段裂隙贯通性良好，且裂隙内局部岩溶发育，呈溶隙或溶孔状，易形成集中渗漏通道. 建议左岸防渗范围延长至F4断层并穿过断层上游影响带，进入上寒武统崮山组厚层状白云岩岩体大于50 m.

防渗底界的确定是本工程防渗帷幕灌浆设计的关键，需要找到稳定连续的相对隔水层. 传统认识上，寒武系下统徐庄组紫红色、灰绿色页岩透水性差，是良好的相对隔水层，但其埋深在正常蓄水位以下300 m左右，对于目前的帷幕灌浆施工的可行性非常差. 为此在勘察过程中，采用EH-4音频大地电磁查明近坝区岩体岩溶发育情况及稳定地下水埋深，同时在左岸260 m高程灌浆洞布置3个水文地质孔，通过钻孔压水试验确定岩体的透水性、弱透水岩层的分布及地下水位埋深，钻孔内辅助全孔壁成像系统确定节理裂隙分布规律及与岩石透水性的关系. 经综合分析，随深度的增加，灌浆洞岩体透水率变小，裂隙过水迹象变弱，崮山组中、下部的岩体透水率小于3 Lu（见表1），为相对不透水层，可作为防渗底界. 以崮山组白云岩作为防渗底界，突破了传统观念，减小了防渗深度，提高了防渗帷幕灌浆施工的可行性，为北方岩溶区确定防渗底界提供了一个新的思路.

表1 左岸260 m灌浆洞不同岩层岩体透水率Tab.1 Absorption rate of different rock layers of grouting tunnel on the left bank（260 m）

4 结论

1）水库工程区渗漏可以分为库区渗漏和近坝区渗漏两个部分. 近坝区为F2断层与F4断层连线蟒河下游至近坝区，库区为F2断层与F4断层连线蟒河上游至库尾区块. 水库渗漏初步判断以通过断层向下游集中渗漏为主，近坝区断裂构造发育，裂隙与断层组合在一起易构成渗水通道.

2）库区渗漏包括近坝区渗漏和库区渗漏，库区渗漏主要是沿断层通向库外的带状渗漏，渗漏途径主要沿F1、F5断层向下游、库外渗漏；水库工程区的渗漏主要在近坝区，近坝区左岸为重点渗漏地段.

3）勘察过程中，采用物探、钻探及水文地质试验等，确定崮山组白云岩作为防渗底界，建议左岸防渗范围延长至F4断层并穿过断层上游影响带，进入上寒武统崮山组厚层状白云岩岩体大于50 m，深度进入崮山组中下部.

4）建议将透水率≤3 Lu的岩层作为防渗底界.