摘 要 招徕河水库岩溶发育，成库条件是该工程的关键地质问题之一。本文分析了可能发生渗漏的途径,并根据地下水渗流原理，运用数值法对地下分水岭地区不同条件下枯水期渗流场进行了模拟计算，预测水库蓄水后分水岭地下水位及偏移距离，从而合理确定正常蓄水位。
关键词 岩溶渗漏 地下分水岭 数值法分析

1、工程概况
招徕河水电站位于湖北长阳县清江中游左岸的一级支流——招徕河下段，坝址距下游的长阳县城88km，距招徕河河口2.5km，其尾水与隔河岩水库正常蓄水位基本衔接。坝址以上控制流域面积762km2，多年平均径流总量5.20亿m3，水库总库容0.7033亿m3，电站总装机容量36MW，年发电量1.124亿kW•h。大坝为对数螺旋线型碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高109.5m，坝顶高程305.50m，坝轴弧长220.6m，正常蓄水位300.0m。
招徕河地处鄂西南山区，山势陡峻，河谷深切。坝址处河谷狭窄，谷底宽仅18~22m。两岸基岩裸露，岩体坚硬完整，力学强度高，地形地质条件适宜修建薄拱坝。但库区岩溶发育，存在岩溶渗漏疑点。规划阶段曾设计引水式发电方案和高坝建库方案，经比较认为建库方案效益较优，然而成库条件成为该工程的关键地质问题之一。
招徕河水库为峡谷型，回水段长18余公里。水库邻谷为清江。库区左岸分水岭宽大雄厚，与邻谷（下游清江）相距大于20km，库壁无大的断层切割，并有巨厚层志留系砂页岩阻隔，因此没有渗漏之虑。
水库右岸邻谷为清江（上游），两河之间形成的河间地块称柳山河间地块。河间地块广泛分布碳酸盐岩，岩溶极发育，存在岩溶渗漏的可能。八十年代以来，长江委为设计清江水布垭/半峡水电枢纽，对柳山河间地块做了大量勘探、试验工作，经研究认为在清江半峡建库，当正常蓄水位400m时库水将向招徕河产生严重渗漏，不得不放弃半峡坝址。招徕河水库是同一个河间地块，需要论证正常蓄水位300m时库水向清江渗漏的可能性，并在基本不做工程处理的情况下合理确定正常蓄水位。
2、柳山河间地块地质条件
柳山河间地块由清江、招徕河及其河曲组成，长3.5km，宽5.0km（图1）。地处古清江源头与恩施盆地古水系的分水岭地带，为山麓剥蚀面古宽谷，谷底高程600~700m，展布方面北东——南西向，并向南西倾斜。宽谷两侧存在近于对称的阶梯地形和残丘，最高一级台面高程1400~1570m，相对高差600~800m。主要地层为寒武系、奥陶系滨海相碳酸盐岩石，岩溶地貌发育，宽谷西部为志留系页岩分布区。主体构造为半峡背斜，是轴向北北东向的倒转背斜，属长阳复式背斜的西南倾伏端。河间地块较大的断层是龙王冲断层，位于半峡背斜西翼，全长约30km，断层带宽2~15m，由多条断层面组成，总体走向北东20°~35°。
图1 柳山河间地块地质略图
1志留系 2寒武系、奥陶系 3断层
4倒转背斜 5第四系分界线 6地质界线

3、岩溶
3.1 岩溶类型
柳山河间地块内主要出露的是寒武、奥陶系的碳酸盐岩地层，极有利于岩溶作用的进行。在漫长的地质历史过程中，由于地表水、地下水协同作用，在这一地区形成了种类繁多的岩溶地貌形态。区内常见的岩溶类型有溶隙、溶沟、溶蚀漏斗、溶蚀洼地、岩溶槽谷及落水洞等。
岩溶槽谷是本区较为典型的地表岩溶形态，它是溶蚀作用形成的长条状岩溶负地形。本区岩溶槽谷均分布于半峡背斜西翼，如半面坑槽谷、转马池槽谷、赵家囤槽谷和龙王冲槽谷。其走向基本受岩层走向和断层走向控制，由于本区地层和断层走向以北东和北北东为主，故岩溶槽谷的方向也基本顺上述构造走向发育。本区岩溶槽谷的另一主要特征为底部起伏较大，多由串珠状溶蚀漏斗排列而成，地表水流向各自的漏斗内汇集，但其下一般都发育有统一的地下岩溶通道。

3.2 岩溶发育规律

河间地块岩溶发育具有以下明显特征：
1）岩溶主要发育方向与主干构造方向一致，发育强度与地层岩性紧密相关，具体讲，碳酸盐岩的单层厚度、连续厚度及总厚度大，岩溶发育强烈，反之，岩溶不发育或相对不发育。
2）本区地壳运动以间歇式抬升为主，岩溶分布有明显的成层性和由招徕河河床向分水岭地段逐渐抬升的趋势。河间地块有三层水平洞穴层，即400～450m，370～375m，220～270m。在高程270～370m水平洞穴不发育，由于地壳一直处于上升阶段，所见洞穴以零星落水洞为主。分水岭地带，仅在ZK2的高程270.45m和ZK8孔的280.68m高程见到洞穴。
3）河间地块由近岸至分水岭地带，岩溶发育强度逐渐减弱。河流侵蚀基准面以下，岩溶发育强度明显减弱，勘探成果表明，招徕河枯水位，清江枯水位以下未发现岩溶洞穴，物探成果也表明在200m高程以下，洞穴异常现象极少。
4)根据本区岩溶发育规律及地下水的补给、径流、排泄条件总体上可分为两大管道岩溶水系统，即清江一侧的龙王冲岩溶管道系统和招徕河一侧的虎洞管道系统。龙王冲岩溶管道系统：西侧以志留系、泥盆系砂页岩为界，东以乔山坡纵向分水岭，北以转马池横向分水岭为界，南抵清江，面积约5.0km2。虎洞岩溶管道系统：是一个多支流的岩溶水系统，南起半面坑，北抵下治坪；西自毛家天坑，东至招徕河，面积2.5km2。虎洞（KW105）位于招徕河由南西向南东转折处的右岸，洞口宽5m，高8m，底板高程225.87m，高于河床约3m，该洞规模宏大，长达4km，基本为折线延伸的廊道状，总的延伸方向SW245°，洞内常年有水流，平水期流量0.2m3/s。雨后流量剧增，可达1m3/s以上。

4 岩溶渗漏分析与计算
4.1 渗漏途径分析
由于半峡背斜核部上峰尖组地层隆起，在核部形成一个宽200～500m隔水岩体，将柳山河间地块渗漏途径限制于核部两侧，即半峡背斜东翼狭长地带和半峡背斜西翼宽阔地带。
半峡背斜东翼区：南北方向宽250～300m，东西方向长900m，由上寒武系∈3sh、∈3h白云岩、白云质灰岩和灰岩组成，地势陡峻，地形坡度大，地表水、地下水排泄通畅，地貌表现为侵蚀地貌特征。此外在斜坡段汇水面积小，地下水补给源较差，305m高程以下溶蚀微弱，同时本区地面高程多在800～1100m，可以肯定在分水岭地带存在一个相对完整的非岩溶化地块，本区不会出现较大的岩溶渗漏问题。
半峡背斜西翼区：南北方向宽近5000m，东西长1500～1800m。
在半面坑、转马池、赵家囤一线以东至乔山坡一带，虽然也经历了多期岩溶化作用过程，但由于它与招徕河古河道近于平行展布，地形上呈单面斜坡，斜坡上地表岩溶相对不发育，且斜坡较陡，一般为25°～15°，降雨主要通过地表片流，直接流至半面坑、转马池、赵家囤这三个低洼的槽谷地下集中下渗，而坡面上就地下渗的水量较少，加之地面高程较高，故地下岩溶发育程度也较低。含水介质以溶隙为主，渗透性相对较弱，从岩溶发育规律分析不会存在大范围贯穿地下分水岭的低水位区。
在半面坑～转马池～赵家囤一线以西，至纸房溪，岩溶发育强烈，是招徕河库区可能的潜在渗漏地带，这一带又由于岩溶的高度分异作用，形成了两个以脉状强径流为主的地下暗河管道系统，即虎洞暗河管道系统和龙王冲暗河管道系统，并分别以溶洞泉的形式集中向招徕河和清江排泄，形成了南北分流的格局，水库蓄水后，库水会迅速沿虎洞暗河系统，回水至半面坑～棺材峡一线。
本区由于地壳一直处于间歇性抬升过程，岩溶作用滞后于河谷下切，因此在两个暗河系统之间存在地下分水岭地带，岩溶发育程度远远低于河谷地区。分水岭区的内部，又由于岩溶地貌和水系的演化，使得岩溶发育的程度在空间上极不均一，即在转马池和棺材峡二个谷地内岩溶相对发育，它们是水库可能产生渗漏的主要位置，而两个谷地之间和其两侧岩溶发育相对较弱。
根据长委的钻孔水位长观资料，编绘分水岭区枯水期等水位线图（见图2），可以看到，在南北两大岩溶管道系统之间，存在地下分水岭，具体位置在棺材峡—8和11号孔之间～乔山坡一线。分山岭地下水位在转马池和棺材峡两谷地最低，枯水位在299～313.7m。
图2 柳山河间地块分水岭枯水期等水位线图
1钻孔编号及水位 2等水位线 3推测等水位
4地下分水岭脊线 5地下水流向 6潜在渗漏区域

转马池谷地低水位区ZK8孔的最低水位已达313.7m，显然库水位在该高程之下，不会沿转马池谷地发生渗漏，棺材峡谷地低水位区ZK2、ZK7、ZK15号钻孔枯水期水位分别为296m、294m、299m，因此当设计水位在295m高程以下时，不会发生水库渗漏。

4.2 水库渗漏计算
为了充分发挥招徕河水电站的综合效益，是否有可能将正常蓄水位定在300m或305m？为此我们根据地下水渗流原理，运用数值法对棺材峡地下分水岭地区不同条件下枯水期渗流场进行了模拟计算。
模型概化
根据目前的勘探精度和资料掌握情况，将分水岭地区以ZK2～ZK5为界，概化为均质等厚各向同性的剖面二维稳定流模型，其数学模型如下：


我们分别计算了天然条件、300m蓄水位方案，305m蓄水位方案三种情况地下分水岭水位，并设计ZK15的枯水期最低水位分别为299m、290m、280m以及岩溶发育下限为200m、15