大藤峡水利枢纽工程防护区岩溶塌陷灾害防治综合研究

发布时间：2016-03-23 08:41

1 前 言

水利岩溶工程问题主要为岩溶库区及坝基渗漏、岩溶塌陷、岩溶坝基稳定性、隧洞与厂房等其它建筑物基础稳定性、库岸边坡稳定性、坝基的基坑岩溶水的防治与疏干、隧洞的岩溶突水与排水、库水与岩溶地下水的水质变异及影响、岩溶与水库诱发地震等（卢耀如 1982）。但当前水库岩溶工程问题研究主要集中在水库诱发地震（常廷改 2006，韩晓光 2004，罗启祥 2011）和水库渗漏（钱海涛2008，涂水源 1992，陈健 1986，杨华荟 1995）问题上。而岩溶区水利工程中专门针对岩溶塌陷的问题研究较少，且多从塌陷地质条件方面定性分析（陈健 1986，张敬东2013，刘杰 2003），并未考虑水利工程岩溶塌陷水动力条件的特殊性。水动力条件是岩溶塌陷的主要动力因素。水利工程抬升了地下水位，改变了区域水动力条件、地层应力分布，，改变了排补给关系，并引起土层潜蚀、侵蚀、冲蚀作用等。这些因素打破了原有岩溶塌陷发育平衡条件，造成已有土洞失稳，新土洞形成，引起岩溶塌陷灾害环境效应。受水库频繁的排蓄水影响，防护区（即水库浸没区边缘）地下水的动态变化较强烈，岩溶塌陷灾害风险性较高。因此，研究防护区岩溶塌陷意义较大。

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2 区域地质概况

2.1 自然地理及经济概况

武宣县地处北回归线上，属南亚热带季风区。年平均日照时数为 1849.9 小时，年日照率为 39%，年平均气温 21.2℃，年平均降雨量 1291.7 毫米。气候温和、光照充足、土地肥沃、资源丰富、环境宜人。2013 年，全县实现地区生产总值 87.29 亿元，增长 5.1%；工业总产值 101 亿元，增长 0.8%；财政收入完成 6.75 亿元，增长 8.42%；全社会固定资产投资完成 57.89 亿元，增长 28%；社会消费品零售总额完成 16.38 亿元，增长 9.8%；城镇居民人均可支配收入22898 元，增长 9.5%；农民人均纯收入 6996 元，增长 13.3%。全县经济社会呈现平稳发展的良好态势。

2.2 交通位置
区域总体地势是东、西部高，中部、北部低。受一级构造线控制，山势走向多为南北向及北东向。由于区内可溶岩分布较广，所以构成了本区以岩溶地貌为主要特征的地貌景观，根据成因类型和组合型态可划分为五种地貌类型（图 2-2）：构造溶蚀，包括峰丛洼（谷）地及峰林谷地两种类型；溶蚀构造，组合形态为岩溶垄岗；溶蚀堆积，组合形态为残峰、残丘平原；构造侵蚀，包括中低山及丘陵两种组合型态；侵蚀堆积，包括河流一、二级阶地。红水河流域地貌主要为构造溶蚀和构造堆积为主，主要发育峰丛洼地、峰丛谷地。柳江、黔江流域地貌主要为溶蚀构造和构造堆积为主，主要发育残峰残丘、河流阶地。

3 岩溶塌陷发育地质环境条件 ........... 41

3.1 基础地质条件 ...................... 41
3.2 水文地质条件 ......... 49
3.3 塌陷发育影响因素................. 56
3.4 本章小结 .................... 90
4 岩溶塌陷发育特征..................... 91
4.1 基本特征............. 91
4.2 发育规律 ................. 101
4.3 形成因素 ........ 104
4.4 成因机理 ............... 106
4.5 本章小结 .................... 110
5 土洞发育模式及水动力判据............ 112
5.1 潜蚀作用模式 ......112
5.2 崩解模式 ........... 125
5.3 水力裂隙模式 ............. 131
5.4 本章小结 ........ 138

6 岩溶塌陷危险性评价及安全防控

6.1 危险性分区评价

以一元多项式为评价模型，采用 GIS 技术将岩溶塌陷的影响因素图加权叠加分析和计算，实现对整个研究区潜在岩溶塌陷危险性的定量评价。评价软件采用 ArcGIS地理信息系统，以光栅格式进行分析计算。为了在相同的基础上反映各触发因素和空间分析的需要，统一数据格式为光栅格式，每个像元代表 100m2的工作区面积。以 1～10 来表征相应因子的影响程度，值越大，对塌陷的影响就越大。各影响因素权重采用层次分析法确定。层次分析法（简称 AHP）是由美国著名运筹学家 T.L.Saaty 于上世纪七十年代中期提出的。它将复杂的问题分解为各个组成因素，并以这些因素的支配关系形成递阶层次结构，通过两两比较确定相对重要性，然后对评价因素重要性的排序。层次分析法是一种有效的评价方法，具有实用性、简洁性、适用性、系统性等诸多优点，并在许多领域（如企业管理、资源评价）有广泛的应用。应用层次分析法解决问题一般分以下几个步骤.

6.2 水动力条件定量评价

在研究区内进行了 9 处每隔 20 分钟的地下水动力监测，得出每隔 20 分钟的地下水水位高程，相邻水位高程值差与时间间隔之比，得出地下水波动速度，并与潜蚀作用临界速度比较（图 6-5～6-13），可以直观判断潜蚀作用的危险性。进一步，通过统计地下水波动速度在 0-0.3N、0.3N-0.7N 和大于 0.7N 的概率。根据表 6-3 划分，评价各个监测点的危险性，划分危险性级别，见表 6-4。表 6-4 表明，目前情况下，土荫塘（TYT）和钻孔 42（ZK42）两处潜蚀作用危险性高，其余 7 处钻孔危险性低。若地下水位低于基岩面时，不会发生潜蚀作用，即无潜蚀作用危险性，但研究区土层的厚度变化较大。在临近土层较厚区域，基岩面位置较低，水位可能仍在基岩面之上。由于研究区地层属性基本一直，无复杂性变化，局部范围水动力条件同步变化，仍可能引起潜蚀作用高危险性。因此，潜蚀作用危险性评价仍计算基岩面以下的水动力条件。

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7 结 论

本文通过大藤峡水利枢纽工程武宣县城、马王和六沙三个防护区岩溶塌陷的地质环境条件、发育特征、土洞发育地质模式及其水动力判据和危险性评价 4 个方面的研究，初步建立了水利工程防护区岩溶塌陷研究方法体系，为大藤峡水利枢纽工程塌陷灾害防控提供科学依据，并对类似工程提供借鉴，具有重大的科学及实践意义。通过本次研究，得出以下结论：1、岩溶塌陷发育地质环境条件通过现场调查，划分研究区基础地质地条件分区图，结果表明：研究区地貌以残峰残丘平原为主；地层主要为大埔组、黄龙组及第四系；岩组主要为纯碳酸盐岩为主；发育三条小断层。通过研究区水位地质条件调查，结果表明：研究区降雨集中在 3-8 月份；黔江水位年变幅 20m 左右，且水位涨落随季节性降雨变化而变化；地下水类型主要为孔隙水、构造裂隙水和裂隙溶洞水；地下水含水岩组为松散类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水 2 组；降雨和区域侧向补给是研究区的补给条件，孔隙水、构造裂隙水和裂隙溶洞水构成地下水循环径流场，黔江为地下水最终排泄区。

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参考文献（略）

本文编号：37103