思林水电站位于贵州乌江中游河段,距下游的思南县城23km。是一个以发电为主,兼顾航运、和灌溉综合效益的枢纽。水库设计正常蓄水位440m,上游接构皮滩水电站厂房尾水,总库容16.54亿m3。最大坝高117m,装机容量1000MW。
经1995年可研论证,思林水电站的原推荐方案枢纽布置为:玉龙山坝线、碾压混凝土重力坝、右岸地下厂房、左岸垂直升船机,导流方案为左岸2条导流洞。
该电站坝址区以可溶岩为主,岩溶发育,规模较大,特别是左岸发育多个大规模的岩溶管道系统,为工程建设的主要不利因素之一。本文将对其岩溶水文地质特点及对工程建设的不利影响作简要介绍。
1基本地质条件
1.1地形地貌
坝址位于思林粮站至F4断层间的两扇岩附近。自思林粮站起河流走向由N45°E转至S65°E,至下游4km乌江与龙底江汇合后转向北,形成河间及河湾地块。坝址区河段山体雄厚,除500-525m为乌江宽谷期岩溶台面缓坡地形较开阔外,上下均为45-70°陡坡,基本呈对称“V”型,枯水期河面高程364m左右,水面宽70-120m,水深20-30m,汛期涨幅可达25m,440m高程时谷宽265m。
1.2地层岩性
从上游至下游,涉及的地层主要为二叠系下统至三叠系下统之灰岩和泥页岩,第四系堆积物分布零星。各层简述如下:
二叠系下统(P1)
栖霞、茅口组(P1q、P1m):为厚、巨厚层灰岩,含燧石结核。
吴家坪组(P2w):分P2w1、P2w2、P2w3、P2w4、P2w5共5段。其总体为含燧石结核灰岩、硅质岩、硅质灰岩夹泥页岩、炭质页岩、煤层等。其中P2w1夹劣质煤层、P2w3、P2w5泥页岩与硅质岩、硅质灰岩呈互层状。
长兴组(P2c):深灰色中厚-厚层含燧石结核生物碎屑灰岩。
三叠系下统夜郎组(T1y),分三段:
第一段(T1y1),为薄-极薄层粘土岩夹泥质灰岩。
第二段(T1y2),分三层:第一层(T1y2-1)为薄-极薄层泥晶灰岩。第二层(T1y2-2)为中厚-厚层泥晶灰岩、白云岩等。第三层(T1y2-3)为极薄-中厚层泥质灰岩、泥晶灰岩等。
第三段(T1y3),为紫红色薄-中厚层粘土岩夹灰岩。
永宁镇组(T1yn),分两段:
第一段(T1yn1),上部极薄-中厚层粉晶灰岩、灰质白云岩,下部中厚-厚层。
第二段(T1yn2),分为两层:第一层(T1yn2-1)角砾状白云岩夹灰色极薄层白云岩,第二层(T1yn2-2)薄、中厚层白云质灰岩、灰岩夹多层角砾状白云岩透镜体。
第四系主要有分布于两岸阶地及河床的冲积(Qal)亚粘土和卵砾石层,分布于山脚的多为崩积(Qcol)块碎石夹粘土,分布于较平缓岸坡的多为残坡积(Qedl)粘土夹碎块石。
1.3地质构造
主要地质构造有塘头向斜、F4断层。
塘头向斜轴在F4断层下游120m横穿乌江两岸。坝址主要位于塘头向斜NW翼,该翼在F4上游地层发生倒转,岩层产状N40ºE,NW∠70º;F4断层为一区域性断层,产状N43 ºE,NW∠60º。
裂隙发育多组。
1.4物理地质现象
主要物理地质现象主要有卸荷、崩塌、岩石(体)风化及夹层夹泥。
卸荷多见于岸坡,主要沿NW向裂隙扩展,平行河流。
崩塌见于陡壁岸坡,下多有崩塌堆积物。
泥页岩、粉砂岩含量较多的地层如P2w1、、P2w3、P2w5、T1y1、、T1y3层,物理风化强烈,分级明显,可分为强、弱、微三级;灰岩以化学风化为主,分级不明显,大致分为弱、微二级。
2岩溶、水文地质特点
2.1概况
坝址区两岸岩溶泉点发育,钻孔地下水位长观高于河水位,乌江属地下水补给河水类型。地下水横向径流带发育,两岸300m范围内属地下水低平带,水力坡降约0.5%。
根据地表调查、平硐、钻孔等揭示,坝址区对建筑物区有较大影响的岩溶系统或管道共有10余个。如图2-1所示。
左岸:P1q中有K-12暗河,P1m中有K-11(S66)岩溶泉、Sj-5季节性岩溶泉;P2c内有K-30岩溶管道系统;T1y2内有K-31岩溶管道系统,T1yn1中有Sj-3、Sj-20季节性岩泉溶。发育规模较大的有:
K-12暗河:发育于P1q灰岩内,沿层面发育,常年有水,为一暗河通道,流量变化大,汛期可达13m3/s。源头在符家沟盲谷,总长1.5km,出口高程高于枯期河面10m左右,洞内有砂卵砾石分布。
K-11(S66)岩溶管道(泉):发育于P1m灰岩内,沿层间褶曲顺层发育水平溶洞,洞口分布高程高于河面10余m,可见洞长14m,宽13m,高8m,枯期流量为2-3L/s,有冷风吹出,推测内部有较大溶洞。
K-30岩溶管道(泉):发育于左岸P2c灰岩中部,沿层面发育,常年有水流。其汇水面积1.98km2,一般流量9~140L/s,汛期洪峰流量大。有分支溶洞与S2连通,内有多层岩溶管道及倒虹吸管道。
K-31岩溶管道(泉):发育于T1y2-2,沿层面及NW向横张裂隙发育。出口高程高于河面10余m,由洞口向山内呈阶梯状下降至366m高程后顺层发育水平溶洞,据平硐揭露其在深部形成多个岩溶潭,在河水面以下尚有出口。其汇水面积2.0km2,多年平均流量51L/s,汛期洪峰流量大,见由PD-23平硐内溢流。
右岸:P1m中有K-28岩溶管道,P2c内有S-65岩溶管道系统;T1y2内有K-29落水洞系统、S-64岩溶泉、Sj-2、Sj-4岩溶泉等。发育规模较大的有:
K29落水洞系统:位于右岸地下厂房地表500m岩溶台面上,发育于T1y2-2中厚-厚层灰岩中,深大于7m,下为溶蚀裂隙,洞口上方为一顺层发育的溶蚀沟槽,距K29约432m处为K90落水洞,其后尚有K91落水洞。该沟槽平时干涸,大雨时汇聚谷坡地表水注入落水洞,后排向乌江。其与河边S64连通。
S-64:出口发育于右岸T1y2-2灰岩河边,一般流量0.5~80L/s,其与K29连通,河水面下尚有出口。汛期洪峰流量大。
Sj-2岩溶管道:出口发育于右岸两扇岩下游T1y2-3-2灰岩中,一般流量5-20L/s,河水面下尚有出口,平硐内揭示长>80m,宽高3-5m。汛期洪峰流量较大。
2.2岩溶、水文地质特点
对地表调查的洼地、落水洞、岩溶泉及钻孔、平硐揭示的溶洞等进行分析,思林坝址区岩溶发育有如下特点:
(1)地层的岩性、构造对岩溶作用控制明显。P1q、P1m、P2c、T1y2-2地层,灰岩、白云质灰岩,质地纯,岩性均一,发育大型溶洞、暗河,如K-12、K-30、K-31、K-29、S-64等,属强岩溶、强透水层,;T1y2-1-2、T1y2-3、T1yn地层为薄-中厚层灰岩、白云质灰岩,夹较多薄层泥页岩,岩溶化较弱,主要发育中小型溶洞、裂隙型管道,如Sj-2、Sj-3、Sj-4、Sj-20等,属中等岩溶层,中等透水岩组;T1y2-1-1、P2w为极薄层灰岩或富含硅质,并有较多的泥页岩夹层,岩溶化微弱,仅有少量小型岩溶发育,属弱透水岩组,可作为相对隔水层;T1y1、T1y3等泥页岩地层,为裂隙水,属隔水岩组。岩溶在深部多沿层面发育,近岸边沿层面及裂隙发育。
(2)岩溶层与非岩溶层相间呈带状分布,各岩溶层的溶洞互不连通,地下水相互独立,无水力联系。如P1q m、P2c、T1y2、T1yn各岩溶层之间分别有P2w,T1y1、T1y3等隔水层或相对隔水层。水化学分析各层间地下水差异较大。
(3)受喜山期间歇性隆升运动的控制,在铅直剖面上各岩溶层溶洞成层发育。根据统计,在铅直方向上此区带的溶洞大致可分为四层,高程分别为450、425、400、380m,下三层与河流三级阶地有较好的对应关系;水平方向上从分水岭至河边,溶洞的发育有随高程呈阶梯状下降、岩溶发育程度逐渐增加之特点。
(4)左岸岩溶的发育强度和规模大于右岸。如左岸发育有K-12(P1q内)暗河、K-30(P2c)、K-31(T1y2)等,形成暗河或岩溶潭,长年有水,最大流量达10余m3/s。而右岸发育的S-64、Sj-2(T1y2)及平内揭露的溶洞流量均较小。原因主要受构造、地形控制,左岸补给区面积大于右岸。左岸从地形分水岭到河边,未受断层影响,岩层连续;而右岸在麻坨