白洞穴地下河洞穴系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白洞穴地下河洞穴系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1背斜斷裂帶1q白洞和下河洞系統(tǒng)位于保靖背斜上（圖1）。保靖背斜位于酉水以南、白溪以西,為一走向N40°E的拱狀背斜,被走向N40°E的保靖斷裂帶破壞。背斜地貌為低山溶丘洼地峽谷,標(biāo)高390～650m,地勢南部高、北部低。背斜翼部為寒武系中上統(tǒng),核部由寒武系下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)組成。清虛洞組下部為深灰色厚至薄層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r,上部為灰白-灰黑色厚層白云巖及豹皮狀灰?guī)r,是區(qū)內(nèi)溶洞、地下河強(qiáng)烈發(fā)育的層位之一。白巖洞地下河洞穴系統(tǒng)沿保靖斷裂帶中的一條北東-南西走向的敖溪-麻栗場斷裂展布,發(fā)育在清虛洞組中(永順幅1/20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告,1977)。2白巖各段洞底段白巖洞洞穴系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)代地下河型洞穴系統(tǒng),人可進(jìn)入的長度(含支洞)為6390.4m;洞寬6～8m,最寬達(dá)30m;洞高3～20m,最高超過30m。白巖洞洞穴系統(tǒng)由主洞道和多條支洞組成(圖2)。主洞道長約5151m,高差104m,坡降約20‰,分為白巖洞-三岔河、三岔河-金塘灣洞冒水處、金塘灣洞冒水處-金塘灣洞3段。白巖洞-三岔河長3381.5m,入口處洞底高程467m,三岔河洞底高程397.58m,高差69.42m,坡降20.7‰。三岔河-金塘灣洞冒水處為人不可進(jìn)入的洞段,直線距離約1km,金塘灣洞冒水處高程371m,坡降26.6‰。金塘灣洞冒水處-金塘灣洞長769.3m,金塘灣洞高程363m,坡降10.3‰。主要支洞有4條,即吉庫、兩岔河、三岔河和鐵匠洞。吉庫支洞長約1km,方向SSW,源自吉庫洼地落水洞,高程515m。兩岔河支洞長約500m,方向近正西,發(fā)源于敖溪村SE約800m的巖山腳洼地,洼地底部高程495m,與白巖洞地下河入口高程相當(dāng)。三岔河支洞復(fù)雜,長約1.2km,方向NW,匯自大灣西一串洼地和落水洞,最低落水洞高程510m。鐵匠洞已測量長度532m,寬1～3m,高1～40m,方向SW;但鐵匠洞支洞的主要延伸方向可能是NW,長度約1km,即從洞灣洼地(高程510m)向SE經(jīng)地表諸多落水洞至鐵匠洞洼地(高程430m)。如圖2所示,白巖洞-三岔河包括了吉庫、兩岔河和三岔河3條主要支洞。三岔河-金塘灣洞冒水處為人無法進(jìn)入的洞段,洞道結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜程度無從確知。但根據(jù)三岔河至下層洞的洞道特征,在平面上主洞道已經(jīng)錯(cuò)位,在剖面上發(fā)育著中、下兩層洞道,表明洞穴系統(tǒng)在這一段具有最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。金塘灣洞冒水處-金塘灣洞只有一條支洞,金塘灣洞本身相當(dāng)于該地下河的一個(gè)天窗,因此該洞段結(jié)構(gòu)相對簡單。3白巖地下河特征3.1吉庫下游河流白巖洞地下河由主流和多條支流匯合而成,其中吉庫河、兩岔河、三岔河和鐵匠洞河等是4條主要支流。吉庫支流在吉庫洼地有一明顯入口,匯集了沿途約1km的地表、地下水。兩岔河支流發(fā)源于敖溪村SE約800m的巖山腳洼地,長約500m。三岔河支流長約1.2km,源頭為大灣西一串洼地和落水洞。鐵匠洞支流源于洞灣洼地,經(jīng)鐵匠洞洼地與主流匯于金塘灣洞堵體處,長約1.5km。3.2白巖地下河系統(tǒng)單次給藥,年白巖洞地下河系統(tǒng)的補(bǔ)給來源主要是大氣降水,次為地表水。地表水的補(bǔ)給主要發(fā)生在雨季,水源包括降水超滲產(chǎn)流形成的瞬時(shí)性或突發(fā)性的地表徑流和巖溶表層帶或包氣帶的泉水形成的地表徑流。這些泉水多數(shù)為常年性的,流量小,一般為0.1～1l/s,動(dòng)態(tài)變化不大。降水對地下河的補(bǔ)給取決于降水過程和降水強(qiáng)度,往往形成地下河的洪峰流量。降水的補(bǔ)給方式有面狀分散入滲補(bǔ)給和點(diǎn)狀集中注入補(bǔ)給兩種。面狀分散入滲補(bǔ)給通過構(gòu)造裂隙、溶蝕裂隙、溶孔等以面狀分散的方式垂直入滲補(bǔ)給地下河系統(tǒng),在白巖洞地下河系統(tǒng)普遍存在。點(diǎn)狀集中注入補(bǔ)給在裸露型巖溶區(qū)表面形成超滲產(chǎn)流或以其它形式形成地表徑流,通過地下河入口、消水洞、漏斗等巖溶發(fā)育部位,以注入或滲漏的形式補(bǔ)給地下河系統(tǒng),主要發(fā)生在系統(tǒng)西部地帶。白巖洞地下河是包氣帶中的地下河,其輸出實(shí)質(zhì)上是在地下河道中繼續(xù)向中下游徑流,最終排入作為當(dāng)?shù)嘏判够鶞?zhǔn)面的酉水河中。3.3地下河的地下水系統(tǒng)白巖洞地下河系統(tǒng)的流場仍是不受人工干擾的天然流場,巖溶水處于無壓的“自由流”狀態(tài),不具有統(tǒng)一的地下水動(dòng)力場。大氣降水面狀分散的垂直入滲和點(diǎn)狀集中注入的迅速補(bǔ)給,大型溶洞的集中徑流和排泄,使白巖洞地下河系統(tǒng)具有南方巖溶山區(qū)典型的管道水特征。系統(tǒng)的正地形標(biāo)高多在500～650m之間,負(fù)地形在390～500m之間。面狀入滲水主要垂直下滲30～300m或順層徑流,由分散的慢速水流匯入白巖洞地下河道及其支流中。這部分水往往滯后降水幾天至幾個(gè)月,是地下河的穩(wěn)定補(bǔ)給源。地下河的入口和封閉洼地的消水洞,標(biāo)高多在400～500m,高者可達(dá)550m以上。大氣降水形成的地表徑流集中注入消水洞中,通過50～100m的多級落差匯入地下河道中。這部分水隨降水量同步變化,滯后時(shí)間極短,往往形成地下河的快速流,通過巖溶管道集中快速地徑流和排泄。3.4干旱強(qiáng)降水期地下河流量特性降水量的大小對地下河流量的控制非常明顯(圖3)。地下河的動(dòng)態(tài)對降水反映靈敏,尤其場雨強(qiáng)度較大時(shí),滯后時(shí)間短,具有同步變化的特征。在雨季地下河流量變化頻繁,暴漲暴落,極不穩(wěn)定。在旱季,降水量少,巖溶水總體上呈衰減狀態(tài),在每年的2～3月達(dá)到最小值。在衰減期間,若遇降水,地下河流量即在當(dāng)日回升,回升的幅度取決于降水過程和降水強(qiáng)度。白巖洞地下河三岔河處的最枯流量為13.3l/s;金塘灣處的流量平均為97.0l/s,最大超過500.0l/s,最小為27.0l/s(1999年2月29日),最大與最小流量相差18倍以上。4白牙地下河開發(fā)方案4.1溶洼水庫平面布置水利水電部門曾于70年代在金塘灣洞進(jìn)行堵洞(圖2中堵體處)以抬高地下河水位,在鐵匠洞洼地修建溶洼水庫。但該溶洼水庫未能獲得成功。不成功的原因是蓄水后壩基被擊穿造成滲漏。4.2岔河洪水工程90年代,經(jīng)過幾次測量,反復(fù)對比,水利水電部門提出了3個(gè)隧洞引水方案(保靖縣塘口灣水庫灌區(qū)白巖洞引水工程擴(kuò)大設(shè)計(jì)書,保靖縣水利水電勘察設(shè)計(jì)室,1998年2月)。方案一是在兩岔河引水,設(shè)計(jì)隧洞長1480m,取水高程428.00m,出口高程427.20m,可引白巖洞地下河水入保靖縣供水水源地之一的格則湖水庫(表1中方案一及圖1中Ⅰ引水工程)。方案二是在三岔河引水,設(shè)計(jì)隧洞長2450m,取水高程397.00m,出口高程395.00m(表1中方案二及圖1中Ⅱ引水工程)。方案三也是在三岔河引水,隧洞長3580m,取水高程396.00m,出口高程392.9m(表1中方案三及圖1中Ⅲ引水工程)。這三個(gè)方案各有其優(yōu)缺點(diǎn),其中一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是未能充分利用地下河資源量,引水量小,滿足不了需水要求。4.3方案1:引水工程通過近兩年詳細(xì)的巖溶地質(zhì)與水文地質(zhì)調(diào)查、洞穴探測與實(shí)地測量以及對地下河進(jìn)行的一個(gè)水文年的長期觀測,作者建議也采用引水方案1(表1中方案四及圖1中Ⅳ引水工程)。引水點(diǎn)在白巖洞地下河金塘灣洞流量堰處,設(shè)計(jì)隧洞軸長3300m,取水高程363m,出口高程352m。這一個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是引水量大,既能解決城鎮(zhèn)供水和沿途鄉(xiāng)村人畜飲水困難,又能與塘口灣灌區(qū)最低的350m高程灌溉渠道進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),解決下游農(nóng)田灌溉用水,還能避免遇干旱年份灌溉用水與城鎮(zhèn)供水無法同時(shí)保證的突出矛盾,效益顯著。5巖相河斷塊系統(tǒng)的高度白巖洞地下河洞穴系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)代地下河型洞穴系統(tǒng)。因其復(fù)雜,從20世紀(jì)70年代至90年代以來,人們在開發(fā)利用白巖洞地下河時(shí)未能