畅建成 陈东亮 申广太
(地质总队)

(摘要) 黄河小浪底枢纽主体工程已经完工，并于1999年10月25日下闸蓄水。水库蓄水后,随着库水位的升高将引起水文地质条件的一系列变化，对周围的环境造成不同程度的影响。有的问题已经出现。本文就水库诱发地震, 岸坡变形破坏,水库渗漏,库岸水库浸没等环境问题进行分析评价。

(主题词) 水库诱发地震 岸坡变形破坏 库区渗漏 绕坝渗漏 水库浸没

0 前言

    黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北40km的黄河干流上。坝高154m，坝顶长1317m，水库正常高水位275m；最大水深约140m,总库容126.5亿m³。发电装机180万kw。是一座以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电的特大型工程。主体工程已经完工，于1999年10月25日下闸蓄水。截至2002年5月，小浪底水库最高蓄水位已达240 m。可以肯定：随着库水位的升高，必将引起一系列的库区环境地质问题。而这些环境工程地质的发生发展将直接或间接影响到水库工程的正常运用以及水库周边的工农业生产。

1 水库诱发地震分析

    库区及周边展布有多条第四纪活动断裂，如城崖地、塔底、石井河、王良、封门口、——盘古寺、焦洛等(图1)。小浪底水库最大水头抬高值为140m，在库水淹没或回水影响范围内延伸长度达10km以上的断层有石井河、塔底、城崖地、石家沟等断层。位距坝址下游6 km～6.5km的断层有连地、王良、坡头等断层。这些断层第四纪以来大都有过不同程度的活动。
    通过多年的对断层的调查分析认为，小浪底水库无论是地层岩性、地质构造，还是水文地质条件，都具备了发生水库诱发地震的可能。对于诱发地震的可能最大震级，采用多种方法分析计算，其上限震级定为5.6级，小于本区构造地震考虑的最大可能震级。即使发生≤5.6级诱发地震，经过数十公里或百余公里的衰减，对大坝的影响烈度也在其设防烈度以内。(小浪底水库地区的地震基本烈度经多次鉴定为Ⅶ度)。
    小浪底水利枢纽工程所处地理位置十分重要，地震地质背景较为复杂，具有发生水库地震的可能。为了监测水库地震动态，对水库地震作好预测预报工作，更好地为枢纽运行服务，专门设置了水库遥测地震台网，并于1995年10月全面建成投入运行，保证了大坝截流前记录到两年地震本底资料。重点监控范围，坝上游可达40km，下游8km，面积1400km2，库首区的重点地段和可能诱发地震的主要潜在震源区，都在有效监控范围之内。有效震级监测下限ML≥0.5级，震中定位精度≤0.5km。
    台网自1995年10月投入运行，共分析处理地震事件数百次，其中网内及网缘地震一百二十余次，最高震级为1997年3月23日发生在汾渭地震带(怀来—西安地震带)

表1 黄 河 小 浪 底 及 邻 区 地 震 目 录
(1995年10月……1999年11月)

    注：表中只列出震级ML＞2.0地震。

    边缘的山西绛县附近的ML3.0级地震。水库区最高震级为1995年11月25日和1997年1月1日震中位于架桑断层东侧的ML2.7级、ML2.6级地震(表1)。 
    小浪底水库于1997年10月实现了顺利截流，1999年10月下闸蓄水，年底库水位达到了205m以上，通过监测分析：本区地震频度与强度都和截流前接近。网内地震震中具有沿断层带分布的规律，证明了这些断层的近期活动性；同时也可看出本区地震较为平静(频度与强度均较低)。

2 岸坡变形破坏特征及其对工程的影响

    据初步调查资料统计，库区干流段西河头至小浪底坝址两侧岸坡，在正常高水位附近及其以下的范围内，发现有规模不同的滑坡即变形体40处，较大的滑坡和危岩体8处绝大多数属岩质岸坡变形破坏，这是小浪底水库区岸坡变形破坏的最主要特征。
    滑坡及变形体主要分布于顺坡向的软、硬相间及软弱的碎屑岩岸坡段。较大的崩塌和危岩体一般呈线性分布于岸坡前缘，往往延续数百至千余米，且皆分布于较坚硬的碎屑岩和碳酸盐岩地段(包括软硬相间碎屑岩的厚层砂岩地段)。库区干流段的滑坡、崩塌和危岩体1/3分布于西库段，2/3分布于东库段；东库段的大部分滑体蓄水至正常高水位时将大部被淹没。
    库区两岸分布的十几处大中型基岩滑坡，以及沿库岸分布的多处较大的崩塌和危岩体，除近坝库段1^#、2^#滑坡体在275m水位时，大部分被库水淹没外，其余滑坡体分布在库水位以上的体积占大多数。受库水的作用，滑坡体和崩塌危岩体可能会复活对水库构成影响。尤其库区西部老鸦石北至阳门坡南峡谷型库段，分布有庙上北和阳门坡大型滑坡，库区东部的八里胡同峡谷段其危岩和崩塌体发育。因此，对库区大中型滑体和危岩体宜进行深入的地质调查和稳定性分析评价，并在此基础上，选择关键部位实施变形监测措施。
    黄土塌岸对水库的影响也不容忽视。在275m库水位时，松散土体岸坡段占库岸总长近20%。根据库区塌岸调查，水库塌岸主要发生在水库区中段的阳上、河堤、陵上、八里胡同下口以及支流逢石河下游的薛庄、孤山崖等段，Ⅲ级阶地临库，是塌岸的重点地段。另外，在沇河左岸胡村附近、亳清河左岸小赵村及右岸晁家庄—金古垛等地段也将产生塌岸现象。据15个典型剖面预测，最终塌岸宽度(275m水位)为27m～1190m左右，塌岸总方量约为2.19亿m³。其中，275m高程以上的方量为1.046亿m³。可能发生土层塌岸的所有地段，库面宽度均大于500m。
    小浪底水库1999年10月25日下闸蓄水。在黄河两岸235m 高程附近发生了多处大大小小的黄土塌岸，规模较大的有亳清河左岸小赵村新址和寨里—洪庆观段。小赵村新址位于亳清河左岸Ⅲ级阶地上，其下Ⅱ级阶地阶面高程230m—250 m，塌岸就发生在Ⅱ级阶地前沿，现塌岸宽度3m—5 m，最宽达10 m以上，长度500m—700 m。并在前沿3m—5 m范围内，出现大量宽25px—125px的裂缝。 寨里—洪庆观段位于黄河Ⅱ级阶地前沿，高程250m—255 m，塌岸宽15m—25 m，长1.5km。并在塌岸处前缘形成了很多平行于岸边的裂缝，宽度50px—15 cm，上宽下窄，深不见底。可以预见，如果库水位继续维持原状或不断上升，塌岸现象将会进一步发展，并逐步趋向严重。

3 库区渗漏

    在正常高水位(275m)条件下，坝址区除左坝肩山体存在单薄分水岭，局部需要做副坝，并需进行全面防渗处理外，其最窄处(坝址右岸石门沟与下游沟谷之间)山体宽度亦超过2km。坝址区以外的库区，除新安县庙头以北一段分水岭外，其余地段均更加宽厚。组成库岸的地层岩性主要为砂页岩和变质岩，而这类地层呈弱透水，可作为相对隔水边界，使水库不会发生永久性渗漏。

4 右岸坝肩绕坝渗漏

    小浪底水利工程，于1999年10月25日下闸蓄水，10月底发现右岸1^#排水洞内排水孔出现渗水；并且随着库水位的上升，右岸基岩的渗水区域及渗水流量也随之增大。
4.1 渗漏水量
    根据电厂监测中心的监测，水库蓄水初期，当库水位为206.0m时，1^#排水洞日渗水量为5345m³(62l/s)；当库水位为234.55m时,渗水量为7242m³/d(84l/s),当库水位上升到240m时，渗水量为8294m³/d。
4.2 渗漏特征
    (1) 渗漏水量与库水位呈正相关。经帷幕补强与坝前淤积，在2001年8月份以后，库水位240m高程以下，库水位与渗水量近似一直线关系。库水位每上升1m，渗漏水量增大0.9～1.0l/s，这是典型的承压水流态。
    (2) 1^#排水洞共打排水底孔257个，顶孔226个。其中出水孔共222个，占46﹪；不出水的(流量小于0.01l/s)干孔261个,占54﹪。渗漏水量，约有75﹪～80﹪，是从底孔中排泄出来的。随着库水位的涨落，出水孔流量随之变化。如66^#孔，当库水位升到235m时 ，单孔出水量达10l/s。但各个干孔，基本不受库水位的影响，仍然不流水。这一现象反映了脉状基岩裂隙水的渗流特征
    (3) 洞内主要出水孔呈带状分布，其位置与贯穿上下游的断层带及影响带展布的位置相对应。如3^#～15^#孔，在 F1影响带上；35^#～66^#孔，在F231与F233组成的地堑上；100^#～121^#孔及249^#～258^#孔，在F230影响带上。
    (4) 1^#排水洞渗流量虽然较大，但各溢出点渗透压力值却很小，底孔一般渗压值为0.007～0.079Mpa。
    (5) 帷幕补强灌浆施工时，在上游37^#，41^#孔内曾投放高锰酸钾作示踪试验，经19小时，1^#排水洞66^#孔出现红色水流，两者直线距离185m，渗流速度234m/d。这说明贯穿上下游的断层带，是水库外渗的主要通道。
    (6) 渗出水全部为清水，无色透明，不受黄河浑水的影响。水温变化在17°～18°C。经水质分析：总矿化度为0.67g/l，与库水接近。洞内部分渗水溢出点附近，有少量白色或黑色盐类析出物沉积，经取样分析，其成分为：CaCO₃占30%；SiO₂占25%；MnO₂占25%；水云母占12%；Fe₂O₃占8%。
4.3 渗水原因分析
    (1) P₂²砂岩，属透水含水层，倾向下游，分布在坝前小清河右岸，大面积裸露，顶面高程200m～205m，水库蓄水前，为一承压含水层，水位142.1m～186.9m，库内有泉水出露。蓄水后，当库水位超过承压水位时，便会产生顺层向坝下渗流。
    (2) F₁、F₂₃₀、F₂₃₁、F₂₃₃为陡倾角断层，走向呈近东西向展布，纵贯水库上下游，库水沿断层带及其影响带向库外渗流，便形成了1^#排水洞内的带状渗流溢出点，因此，断层带与P₂²砂岩叠加的部位，是右岸库水集中渗流的通道。
    (3) 帷幕呈悬挂式，帷底未深入P₂¹相对隔水岩层；除断层带外，帷幕为单排孔，帷体单薄，库水可以绕过帷幕向坝下渗漏。
4.4 工程处理措施
    (1) 由于缺少灌浆洞，无法在已成幕体上补强，因此根据现场条件及对渗漏通道的分析，在上游坝角处的215m高程平台上，对F₂₃₁～F₂₃₃宽120m的地堑强渗漏带，实施堵截灌浆，减少渗水量。幕体方向与坝轴线平行，单排孔，孔距2m，孔深达到90m高程，幕底深入到相对不透水层P₂¹中。但补强帷幕在坝前呈孤立存在，两端无法与已成幕体相接而形成防渗整体。
    (2) 在2^#灌浆洞内，对F₁断层以右的透水岩层P₂²，进行补强灌浆，孔深与原幕底相同。
4.5 补强灌浆效果
    根据电厂监测中心和设计院对1^#排水洞渗水量观测，补强灌浆后，在相同库水位条件下，渗水量减少20%～30%。坝前淤积的防渗效果2000年11月上旬，由于坝前淤积，河床部位的渗压计渗压值陡降约15m～20m；其它部位的渗压计渗压水头值降低5m～10m。

5 水库浸没

    黄河上游干流上，Ⅱ级阶地的阶面高程均低于275m，275m库水位时被淹没。此外，Ⅱ级阶地在畛河下游及亳清河、氵允 河的古城附近及下游，275m库水位时亦被淹没。因此，Ⅱ级阶地仅在五福涧以上部分及亳清河，下游几个不长的地段可能存在农田浸没问题。Ⅲ级阶地直接临库的仅有八里胡同下口左岸，逢石河下游右岸及陵上村南等三处，亦有可能引起农田浸没。但各处阶面宽仅几百米，最宽亦不超过1km；而阶地后方地下水均由基岩裂隙水补给，补给量小，阶地第四系堆积物下部均由强透水的粗砂砾石层作排水层，排水畅通，所以，农田浸没的范围小，影响程度轻。
    库区淹没范围内，有上古生界的煤田。其中山西组及太原组的煤层，具有工业开采价值。库区内压煤储量为3.41m⁸t，除新安矿井外,其它煤矿都做了移民赔偿处理安置处理，水库蓄水后不在进行开采。在新安煤田内，新安矿井及“五？一”煤矿等地煤矿的井口，除“五？一”煤矿主井口低于275m外，其余均在275m以上，且就该煤田东翼五道庙—北冶一带而言，煤层顶板高程为+150m(黄海高程)处的最小埋深达90m以上，煤层顶板高程+50m(黄海高程)处的最小埋深则达185m。扣除强渗透的冲积层，煤层顶板以上仍有70m以上的砂页岩隔水层存在。且煤层顶板为+50m(黄海高程)以上部分，目前正由“五？一”煤矿、黄沙坪煤矿、寺河煤矿等地方煤矿进行开采，到水库建成时将所剩无几。所剩部分及顶板在+50m(黄海高程)以下者，因埋藏较深，采取一些措施仍可进行水下开采。因此，可以认为小浪底水库对新安煤田的影响不大。

6 结论

6.1 水库蓄水后，具备发生水库诱发地震的条件。地震台网观测资料表明地震震中具有沿断层分布的规律。但地震频度与强度均较低。 
6.2 组成库区岸坡的岩性复杂,岸坡变形现象普遍。水库中段还将发生一定规模的黄土塌岸。应注意库区岸坡的变形失稳的调查及对库区移民的影响。以及可能出现的其它环境地质问题。
6.3 右坝坝基绕坝渗漏量在库水位240 m时为8294m³/d。随着后期补强灌浆与坝淤积层的抬高，渗流量会大幅减少。且渗出水全部为清水，不会发生管涌现象。不足以对大坝安全造成威胁。
6.4 随着库水位的升高，环境工程地质问题的出现。应结合地质工程条件进行综合防治。

返回