張 超

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

三泉水庫是禹門口提水東擴工程的調(diào)蓄水庫。2012年10月禹門口提水東擴（一期）工程試通水期間，水庫采用低水位運行，當初期蓄水水位達到443.5～444.00 m時，發(fā)現(xiàn)水庫水位呈逐漸下降趨勢，檢查發(fā)現(xiàn)水庫庫尾左岸澤掌村古堆泉部分泉眼出現(xiàn)回灌現(xiàn)象，水庫蓄水位高出泉眼后，泉域范圍內(nèi)的“蓮花泉”、“葫蘆泉”、“洗臉盆泉”等幾個較大的泉眼均出現(xiàn)嚴重的回灌現(xiàn)象；同時檢查庫區(qū)庫岸，發(fā)現(xiàn)原庫區(qū)左岸采石場地段局部巖石出露，庫區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處滲漏沉坑，三泉水庫庫尾防滲工程的任務主要是解決庫尾滲漏問題，同時補給古堆泉域。

1 水庫滲漏處理的必要性

禹門口提水東擴工程位于山西省中南部，是向臨汾、運城六縣市工、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。三泉水庫作為禹門口提水東擴工程的首部水源調(diào)蓄水庫，其調(diào)蓄庫容對于禹門口提水東擴工程的工程效益起到了至關重要的作用。實際工程情況為禹門口提水東擴工程一級泵站從三泉水庫最低取水位為441.5m，對應的庫容為69萬m3，庫水位443.5m對應的庫容為175.1萬m3，若不進行泉域滲漏處理，水庫的有效調(diào)節(jié)庫容只有106.1萬m3，僅占禹門口提水東擴工程所需調(diào)蓄庫容450萬m3的23.6%，三泉水庫調(diào)蓄庫容無法充分利用，禹門口提水東擴工程的工程效益不能發(fā)揮。

三泉水庫庫尾防滲處理后，既可以正常發(fā)揮禹門口提水東擴工程的工程效益，又可以給古堆泉域適當補水，改善生態(tài)環(huán)境，促進旅游開發(fā)，給工程區(qū)人民帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益，是一項十分必要且迫在眉睫的工程。

2 滲漏原因分析

水庫正常蓄水位447.5m時回水長度約2.56km。在庫尾古堆泉群處為低洼帶，且低于正常蓄水位。水庫試蓄水間在泉域內(nèi)發(fā)現(xiàn)滲漏問題，且滲漏量較大。

1）可能存在的滲漏原因

庫尾滲漏的原因分析認為主要為泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。

①泉群回灌滲漏：據(jù)調(diào)查，古堆泉群分布于水庫庫尾，據(jù)當?shù)厝私榻B，原出水量大且較集中的主要有離基巖山體較近的蓮花泉、葫蘆泉和一些零星分布的亂泉（泉眼分布多且雜亂）等，泉群區(qū)靠近山體除部分基巖裸露，大多為覆蓋層掩埋。水庫修建運行時庫水來源主要為泉水，后來因周邊深井嚴重超采，地下水位下降（附近抽水井水位50 m多），泉水干枯，水庫區(qū)巖溶水位的下降，使水庫成為懸托型水庫。蓮花泉位置目前為一直徑約3m左右的人工襯砌圓柱井桶，里面堆積很多雜土；葫蘆泉口部分人工襯砌，現(xiàn)堆積很多碎石土，部分被水泥板掩蓋；其余泉眼現(xiàn)場均無法看清。在試蓄水間，蓮花泉、葫蘆泉襯砌口有庫水回灌。

②基巖巖溶和裂隙滲漏：據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在試蓄水時庫水位下降后，滲漏區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大小不等的落水塌陷坑，一般坑徑0.8～2.0 m，深1.0～1.5m，最大口徑3.0 m×3.5m，最深3.5m，深部孔洞較小。從坑口觀察，距離基巖山體較近的幾個塌陷坑口部均分布有不同厚度的碎石層，碎石成分為灰?guī)r，碎石粒徑一般5～20 cm，最大40 cm；其余均為低液限黏土、低液限粉土地層，表層含植物根系，有小孔分布。分析塌陷坑的形成原因主要是覆蓋層中欠固結松散土在庫水作用下，向下伏可溶性灰?guī)r頂部開口中遷移所形成的洞穴發(fā)展和崩塌的結果。巖溶區(qū)地下水位遠低于基巖面以下，庫水下滲，沖蝕覆蓋層土體，將顆粒帶入巖溶通道中，洞穴從覆蓋層底部向上發(fā)展，形成塌陷坑。塌陷坑不一定正對著巖溶通道，在洞穴發(fā)展到地表以前可能側向發(fā)展。覆蓋層較薄處其潛蝕形成隱伏空洞易發(fā)展到地表，塌陷易產(chǎn)生。覆蓋層較厚處其潛蝕形成的隱伏空洞發(fā)展到地表較困難，一般經(jīng)歷長時間才可以反應到地表。

③庫尾地層不存在整體滲漏問題：據(jù)鉆孔勘察資料，滲漏區(qū)除基巖裸露部分外覆蓋層厚度一般0.5～28.0 m，為洪積低液限黏土，局部夾低液限粉土、含砂低液限粉土透鏡體，靠近岸邊及基巖部位分布有碎石土層，為坡積或風積層。據(jù)鉆孔取樣室內(nèi)滲透試驗，試驗成果統(tǒng)計(Q4pl)低液限黏（粉）土滲透系數(shù)為4.83×10-7～3.98×10-4cm/s，平均4.27×10-5cm/s，(Q3pal)低液限黏土滲透系數(shù)為3.50×10-6～4.95×10-5cm/s，平均2.65×10-5cm/s，(Q2pl)低液限黏（粉）土滲透系數(shù)為6.60×10-7～5.07×10-5cm/s，平均1.39×10-5cm/s，屬微～中等透水層，為相對隔水層，滲透性小。不存在庫區(qū)地層整體滲漏問題。

2）滲漏成因的形成機制

綜上分析認為：泉域區(qū)滲漏主要是泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。

在基巖裸露區(qū)或覆蓋層較薄的部分，庫水直接沿基巖巖溶、裂隙通道滲入，或庫水滲入覆蓋層后，再滲入基巖中，從而補給巖溶地下水，構成主要滲漏原因之一。

在覆蓋層分布較厚的地區(qū)，由于在巖溶泉域地下水位較高時，泉水出溢壓力作用下將覆蓋層擊穿，形成巖溶泉水出溢通道，以泉水形式出溢于地表，即原來的蓮花泉、葫蘆泉等泉群；在后來巖溶水位下降后，泉水出溢通道在覆蓋層中形成下大上小，規(guī)模形狀不同的空洞，洞口在長時間的自然或人類活動中部分逐漸塌落填實，部分只在洞口一定深度范圍內(nèi)虛埋，當水庫蓄水，淹沒泉群情況下，覆蓋層飽和，在滲透水壓力作用下，覆蓋層被擊穿成空洞被潛蝕重新貫通，庫水將沿原泉水出溢通道產(chǎn)生回灌，此外，庫水滲漏會攜帶地表覆蓋土粒進入基巖通道中，從而使土層中產(chǎn)生新的塌陷空洞，隨著進一步發(fā)展，形成地表塌陷坑，即比較集中的滲漏點，使得庫水補給巖溶地下水，形成庫水滲漏原因之二。

3 防滲方案建議及比選

經(jīng)上述地質條件分析出水庫滲漏的原因主要為基巖巖溶、裂隙滲漏和泉群回灌滲漏，同時根據(jù)現(xiàn)場勘察及滲漏分析，結合滲漏塌陷坑分布，確定泉域滲漏范圍應為基巖裸露與庫區(qū)覆蓋層較薄地段及原泉眼分布范圍內(nèi)。

1）防滲方案建議

根據(jù)三泉水庫滲漏原因，結合目前可行的工程措施提出三個處理方案：

方案一：直接補水方案。

該方案直接通過三泉水庫滲漏補給古堆泉出露區(qū)域，同時限制區(qū)域內(nèi)水井開采，抬高區(qū)域地下水位，解決水庫庫尾滲漏問題。

根據(jù)山西省水文水資源勘測局《古堆泉域地下水位統(tǒng)測工作報告》得知，古堆泉域年地下水開采總量大于年水資源總量614萬m3/a，長期處于超采狀態(tài)。也就是說要想達到用水量平衡，需在開采量不變的情況下每年向古堆泉域補水614萬m3，這還不包括多年來長期超采的地下水超采量的補充，如果按照1999年泉水斷流時間算起到2014年，共15年時間計算，初步估算需要補水為9210萬m3，才有可能使古堆泉域來、用水保持平衡，使古堆泉具備復流的條件。參考禹門口灌區(qū)水價1.0元/m3，補水為9210萬m3需投資9210萬元，且每年還需先投資614萬元后才可發(fā)揮水庫的正常使用功能，經(jīng)濟效益較差。

方案二：覆蓋、封堵方案。

該方案在庫區(qū)滲漏區(qū)域內(nèi)鋪設防滲土工布，徹底覆蓋、封堵三泉水庫庫尾古堆泉眼和漏水區(qū)域，以解決水庫庫尾滲漏問題。

漏水區(qū)域面積約16.2萬m2，工程直接投資約307.8萬元。

方案三：修建防護工程方案。

該方案根據(jù)地質資料提供的庫區(qū)滲漏范圍、庫岸基巖面深度及泉域位置情況，布置一道875m長的防護土堤，將蓮花泉、葫蘆泉等幾個較大的泉眼圍擋在水庫庫區(qū)以外，在防護堤西側局部可能發(fā)生滲漏的區(qū)域，鋪設復合土工膜進行水平防滲。同時在防護堤上設置2孔閘門。該方案工程直接投資約1500萬元。

2）防滲方案比選

防滲方案比選主要差異見表1。

方案一工程措施簡單，運行管理方便，但受地下水位、區(qū)域水文地質條件、泉水出露點等條件影響較大，補水效果存在很大的不確定性，且工程投資較大，經(jīng)濟效益較差。

方案二投資較少，但工程措施將覆蓋三泉水庫庫尾的古堆泉出露的全部泉眼，對以后的古堆泉域生態(tài)環(huán)境的修復與治理造成很大影響，也不符合“十二五”期間，山西省實施水生態(tài)系統(tǒng)修復與保護規(guī)劃要求。

方案三防護堤和庫區(qū)水平防滲相結合，切斷了庫區(qū)蓄水和泉眼之間的流道和滲漏通道，不但能解決庫尾滲漏問題，而且在水庫水量充裕的條件下還能給泉域適當補充地下水，推進古堆泉域的復流，經(jīng)濟效益和生態(tài)效益顯著，且工程投資不大，施工技術成熟，后期維護管理簡單。

表1 防滲方案條件比選表

對上述三個方案進行綜合分析，確定方案三為推薦方案。

4 結論

本文針對三泉水庫試通水期間，水庫水位呈逐漸下降趨勢，存在滲漏現(xiàn)象，運用勘察方法及手段分析得出庫尾滲漏原因主要為泉群回灌滲漏、基巖巖溶和裂隙滲漏。并根據(jù)實際的工程地質情況提出相應防滲比選方案，最終選擇了最合適的防滲處理措施即方案三修建防護堤。通過修建防護土堤，將泉域回灌滲漏區(qū)域和水庫正常蓄水區(qū)域分隔開，解決水庫庫尾滲漏問題。在防護堤局部可能發(fā)生滲漏的區(qū)域，鋪設復合土工膜進行水平防滲。同時在防護堤上設置2孔閘門，水庫水量充裕時給古堆泉域補水，洪水來臨時參與泄洪。該方案對于推進古堆泉域的復流及泉域生態(tài)環(huán)境修復與保護起到了十分積極的作用。