辽宁省白石水库环境工程地质问题综述_杨殿臣

综述与专论

辽宁省白石水库环境工程地质问题综述

杨殿臣　狄旭东　李　浩

(辽宁省水利水电勘测设计研究院　沈阳　110006)

摘　要　白石水库位于辽宁省北票市上园乡附近的大凌河干流上,是大凌河流域第一期开发的控制性骨干工程,水库建成后,将产生许多环境工程地质问题。从库坝区的地质背景出发,对水库渗漏、库岸再造与泥沙淤积、淹没与浸没、水库诱发地震、坝下冲刷坑稳定性等主要环境工程地质问题进行了综合评述。

关键词　环境工程地质　水库渗漏　淹没与浸没　水库诱发地震　坝下冲刷坑稳定性

Abstract　Baishi Reservior,located on upstream of Daling River close to Sshangyuanxi Village in Beipiao,Liaoning,has been built as a key p roject in Phase I Development Plan in Dal ing drainage.Its completion,however,is bound to create many environmental geology troubles,as a result of local geological background conditions.These troubles include leakage in reservoir area,neces sary rebuilding of reservoir bank,sedimen t accumulation,submersed consequence,earthquake induction,potential inability of scour hole at foot of reservoir dam.

Keywords　environmental engineering geology reservoir leak age s ubmersed reservoir area stability of scour hole at foot of reservoir dam

1　前言

白石水库是辽宁省大凌河流域第一期开发的控制性骨干工程,地处辽西低山丘陵区,山势开阔平缓,高程一般在200m～300m之间,河谷高程一般为100m左右,河谷弯曲,多呈北东与北西相间出现,宽则达10km,窄的仅1km左右。坝址位于辽宁省北票市上园镇境内的大凌河干流上,距北票市46km,距义县45km,坝址处河床宽380m,河床平均高程94m。左岸山势较缓,平均坡角为30°,右岸山势陡于左岸,平均坡角为40°。白石水库总库容为16.45亿m3,工程规模为大(Ⅰ)型,大坝为RCD碾压混凝土重力坝,坝顶长513m,最大坝高49.3m。

白石水库建成后,会使库坝区原有的环境地质平衡状态发生改变,从而产生一系列的环境工程地质问题,而这些问题的发生、发展将直接影响到水库的正常运用及附近人民的生活和工农业生产。从环境地质背景出发,对建库后可能产生的主要工程地质问题综述如下。

2　库区环境地质概况

白石水库地处辽西地区,在大地构造上处于中朝准地台的西北部辽西台陷内,构造线方向以北东向为主。白石水库正处在北北东向朝阳—北票断裂和医巫闾山西侧断裂之间,库区所在的大凌河段流经金岭寺—羊山盆地和阜新—义县盆地,构成了库区基本的地质构造格局。库区内由库尾向南东至坝址连续发育有西山向斜、下府向斜、孤家子向斜三个大型平行展布、平缓开阔的褶皱,轴向NNE～SSW。三条褶皱构造成生于中侏罗世～晚侏罗世初,属于燕山运动第二期,在NWW～SEE主压应力和NNE ～SSW主张应力作用下并受后期构造影响而形成。库区内规模较大的断裂有5条,按走向大体分为NE(NNE)和NW向两组。NE(NNE)向有北票断裂、乌速皋断裂和三巨星断裂;NW向有常河营子断裂和下喇嘛洞断裂。另外,在坝址附近还发育有一系列平行展布的NW向断裂。库区构造形迹的展布特点决定了本区的构造体系是以NNE向褶皱、压性、压扭性断裂为主体和与之垂直的张性、张扭性断裂共同构成NNE向的新华夏构造体系。

新构造运动本区主要表现为小幅度升降运动和地震活动,同时局部伴随小规模NW、NNW向压性、压扭性结构面和老断裂的复活。通过地震危险性分析,坝址区50年超越概率为10%的基岩峰值加速度为102.89cm/s2,地震基本烈度为Ⅶ度。

3　水库主要环境地质问题

—

1

—

辽宁省白石水库环境工程地质问题综述

3.1　水库渗漏问题

白石水库库区出露的地层主要以侏罗系土城子组湖相沉积的砂岩、砾岩和页岩为主,透水性微弱,且库区周边无低矮单薄分水岭、无透水性强的断裂构造通向库外,水库一般不可能发生大面积渗漏。但在近坝址上游左岸有长皋河,河谷高程为114m,低于库水位,当正常高水位127.0m时分水岭厚度为2800m,分水岭岩性为玄武质安山岩、砂页岩、砾岩,均属微弱透水性岩层,且分水岭的地下水流向库内,水位高于130.47m,故也不存在渗漏问题。在库区西北角北票断裂一带有可溶性的白云质灰岩存在,水库蓄水后可能出现渗漏。坝址区节理裂隙较发育,且主要结构面多平行于河谷,可以构成地下水的渗流通道,其玄武质安山岩和安山玢岩风化程度较高,局部存在风化囊,深度可达60m,中等透水,因此浅层存在库水向库外的渗漏问题。

3.2　库岸再造与泥沙淤积问题

白石水库组成岸坡地层主要为砂砾岩与页岩,在正常高水位127.0m以上,多为岩质边坡,边坡一般不高,总体稳定性较好。在敖宝营子、杨家沟、馒头沟等地分布约3m～15m的黄土状粉质粘土,遇水后必然要改变其坡度,存在岸坡再造问题,但由于水库蓄水后大部分将被淹没于水下,运动速度不大,涌浪不高,对岸坡稳定无大影响。由于白石水库两岸植被不发育,在库水位的消落过程中,与库水直接接触的松软土如风化砂、黄土状土等均有失稳的可能,虽然该类岸坡范围与数量有限,塌岸方量不大,但仍将有一定的泥砂被带入库内,从而形成泥砂淤积问题,对水库运行将有一定影响。

3.3　淹没与浸没问题

惠宁寺位于北票下府境内,是北票市主要文物古迹之一,在水库淹没范围内。下府煤田位于库尾,经对该地区的岩相研究认为其深部可能存在有价值的煤层,目前尚未肯定。金岭寺铁路桥及部分铁路,当遇1%洪水131.33m时将被淹没,需要改线。

水库蓄水改变了库区地下水的排泄基准面,造成库岸地区地下水位壅高。当库岸比较低平、地面高程与水库正常高水位相差不大时,地下水位可能接近甚至超出地面,从而引起周边土的沼泽化,导致农田减产、房屋地基变形或倒塌、道路翻浆等现象。白石水库正常高水位以上存在第四系松散的黄土状土,现多为耕地并有少数居民住房,水库蓄水后,区内水文地质条件将发生巨大变化,且该类土毛细性较强,地下水位壅高普遍,因此,将存在浸没问题。3.4　水库诱发地震问题

在世界上已有的110例水库诱发地震中,库容不足16亿m3的约占一半,有35座坝高不足50m。白石水库属大型水库,以其坝高和库容规模,不能排除发生诱发地震的可能性。从库区岩性来看,库区大面积出露沉积岩,这类岩性诱发地震的实例并不多见,但库区西北角沿朝阳—北票断裂有白云质灰岩出露,属于易诱发地震的库段,况且在北票台吉煤矿,沿北票断裂曾发生过矿山诱发地震,说明北票断裂活动比较多,蓄水后可能会出现库水向下渗透的通道,因此,发生水库诱发地震的可能性是存在的。在110个水库诱发地震震例中,仅有10例发生在火山岩区,而且多集中在印度德干高原上;国内300多座大型水库中,近20座有玄武岩出露,但仅有1例发生过诱发地震。通过对这些位于玄武岩体上水库的研究发现,这些水库玄武岩厚度不大,最厚的只有30m,与库水接触范围不大,节理裂隙不发育。因此,一些有玄武岩分布的水库未诱发地震是可以理解的。白石水库坝址区的玄安岩渗透性中等,与国内外岩性条件类似的水库对比,玄安岩厚度较大,最薄处也有30多m,具备诱发地震所必需的某些条件。

综合起来看,白石水库诱发地震的可能性不能排除,当然,库区绝大部分地段为沉积岩,而且水库地形平缓,无峡谷段,无永久性渗漏,这些因素不易产生诱发地震。据有关资料,水库诱发地震震级与水库面积、库深和库容有关,参考有关资料按白石水库的有关参数估计,白石水库出现的最大震级可能只有4.0级,诱发地震后,即使有破坏,也不会超过本区的地震基本烈度(Ⅶ度)。退一步讲,即使沿北票断裂诱发地震,从北票台吉矿区的诱震来看,最大震级只有M L4.3级,已有的震例,可以作为预测诱发地震最大震级的参考。

3.5　坝下冲刷坑稳定性问题

冲刷坑在坝轴线下游60m～200m范围内,顺水流方向宽约130m,垂直水流方向长约160m。覆盖层厚约4m,下伏基岩分上下两层,上部为玄安岩,属中硬岩,抗冲刷能力较强,下部为砂(下转第34页)

—

2

—