邱北六郎洞暗河地下水库工程
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发布时间：2022-04-21 08:51
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时间：2023-09-22 05:47
4.2.1.1 工程概况及效益
六郎洞暗河地下水库位于文山邱北新店乡，是采用混凝土和钢筋混凝土封堵地下溶洞，并同时在堵体下作地下帷幕灌浆对岩溶地层防渗处理，将洞内水位抬高后取得水头，利用地下溶洞空间，形成的暗河调节水库。其堵体长度194m，堵体下作地下帷幕灌浆，帷幕线穿过溶洞左右两侧断层破碎带与砂页岩隔水层紧密相连。堵洞后形成的地下水库，由5条暗河通道相互贯通组成，在正常蓄水位1086.0m高程以下库容约27.1×104m3，有效库容23.74×104m3，死水位1073m，正常蓄水位以上溶洞还有更大的空间。堵洞后洞内水位抬高14.5～18m，溶洞顶壁未出现异常现象。经过45年蓄水，在水库水位升降变动的情况下，溶洞仍然保持稳定，说明地下水库工程整体运营正常。为配合下游电站发电，利用原溶洞出口及下洞口修建溢洪道及冲沙闸。溢洪道布置在六郎洞下洞口石灰岩岩基上，为一重力式溢流堰，堰顶高程1083m，坝(闸)高11.6m，下游采用堰顶设弧形闸门，设计孔口尺寸(宽×高)为6m×3m；冲沙闸布置于溢洪道右侧，六郎洞出口石灰岩基上。下游电站进水口布置在上洞内跌坎上游，底板高程1068m。进水口利用隧洞直接自洞内引水，地下压力引水隧道长3368.33m，直径4m，并建有调压井和两条地面钢管引水到南盘江边建地面厂房发电。
六郎洞地下暗河水库发电站于1958年2月施工，于1960年2月投产发电，同年3月竣工，装机容量2.5×104kW，总投资2499万元，年发电量(1.16～1.82)×108kW，自1960年2月到2001年底累计发电量67.15×108kW，目前该电站主要供应文山地区用电。电站在电力系统中长期担任基荷运行，机组年利用小时数平均为6500 h，最高达7200 h，还有长时间弃水。1997年6月，在2号机组上采用优化的A553不锈钢转轮，改进导叶和尾水管，使2号机组出力由1.25×104kW提高到1.5×104kW，增加了电站出力。六郎洞暗河发电站，是我国第二个五年计划期间投资兴建的16个水电站之一，也是中国第一座暗河水库水电站，是在洞口筑坝，以堵洞截流方式形成的利用暗河成库蓄水的典型工程，享誉国内外。
4.2.1.2 水源地地质环境
六郎洞暗河流域分布于地形陡峻的南盘江深切山间河谷区，总体地势东高西低，向河谷倾斜。暗河主要由大气降水量补给，其次为地表水体(莲花塘水库，中和营河)的渗漏补给，旱季渗漏补给量约1063.83L/s。补给区地貌类型为峰丛洼(谷)地、溶丘洼(谷)地、残丘坡地等，地形起伏不大，海拔在1400～1500m之间，年均降水量900～1300mm，年均气温16～20℃。入渗系数0.4，径流模数8.732L/s·km2。
流域内含水层主要为个旧组、永宁镇组、石炭系下统(C1)、中统(C2)上统(C3)、泥盆系中统东岗岭组(D2d)、上统(D3)灰岩、生物灰岩、泥质灰岩、白云岩，以纯碳酸盐岩含水层为主，呈片状分布。构造以断层为主，主干断层NW向展布，规模相对较大，次级断层为NE方向，规模小，数量多。暗河流域北部为鸟格组、火把冲组、法郎组碎屑岩组成阻水边界，东部边界为树皮至大梁子一带的泥盆系中统坡脚组(D2p)、法郎组碎屑岩构成，西部为大片的鸟格组碎屑岩及开远大黑山至马吊陡坡压性断层组成隔水边界，南部由近东西向展布的梁山组、飞仙关组、法郎组碎屑岩构成隔水边界(图4-2)，整个流域边界封闭性较完好。区内岩溶发育极不均一，地下岩溶形态以溶洞管道为主，地表落水洞、漏斗、天窗、竖井发育。
4.2.1.3 岩溶水资源特征及开发技术条件
六郎洞暗河出口位于南盘江东岸陡壁上，地理坐标东经24°00′，北纬103°39′，高程1066m，出口高于南盘江河床121m。暗河出流后沿支流汇入南盘江。暗河流域面积20km2，平均流量23.8m3/s，最大流量92.0m3/s，最小流量10.5m3/s，流量不稳定系数8.76，动态类型为波态型，年径流量最大7.981×108m3，最小6.584×108m3，多年平均7.47×108m3，属我国南方流域面积大于1000km2和年最枯水资源量大于1×108m3的四个超大型地下河系统之一。
图4-2 六郎洞暗河流域水文地质图
1—纯碳酸盐岩；2—不纯碳酸盐岩；3—碎屑岩；4—松散土层；5—下降泉，流量(L/s)；6—暗河及出口，分子为最小-最大流量(L/s)，分母为平均流量(L/s)；7—竖井、落水洞；8—岩组类型界线；9—断层
目前查明的暗河管道总长约110km，由1条主干管道和4条支管道组成，平面上沿径流方向呈树枝状由北东—南东方向向出口处集中，平均坡降约14‰，其中主干管道长约40km，沿NW向断层发育，按高程分为上洞和下洞，有很多支洞沟通，在高程为1080m附近的近出口段发育成地下湖，规模巨大。支管道有4条，分别长10～20km，总长约70km，沿NE至近EW向断层发育，延伸至主干管道。岩溶水以集中溶洞管道流为主，水位埋深沿管道集中径流方向加大，上游普遍小于100m，一般7～30m，下游一般100～700m，系统储存调节能力较弱，水位和流量随季节变化较剧烈。
六郎洞暗河受断层控制明显，主流沿腻革龙NW70°断裂带发育，支流则沿SW20°和近东西向构造线发育。两组断层互相交错，断层交叉线内部为石灰岩，外侧为砂页岩，砂页岩透水性弱，为相对隔水层，对地下水库周边起着封闭作用，可以充分利用。出口处为碎屑岩，成库条件好，适宜在洞口处筑坝形成地下水库。地下水分水岭高出六郎洞地下水库正常蓄水位，水源可靠，堵洞蓄水后，不会向库外产生侧向渗漏。但出口附近尚有一段长134m的个旧组灰岩分布低于正常蓄水位1086.0m，成为渗漏的缺口，除对可见的溶洞通道直接封堵外，洞口至洞口以下灰岩中的岩溶管道、裂隙、断层破碎带，是产生渗漏的途径，对缺口地段1055m高程以上渗漏段岩体，在建坝时，须进行防渗处理，以防坝基渗漏。
4.2.1.4 岩溶水勘查及开发技术
勘查及开发工程建设程序为：①水文地质测绘：暗河系统内开展1：5万水文地质测绘，并同时进行洞穴调查测量、暗河流量观测；②可行性论证；③工程地质勘查：进行钻探、取样分析测试、压水试验；④工程、施工设计；⑤勘探平硐；⑥高压帷幕灌浆；⑦作灌浆检查；⑧建混凝土截流坝，蓄水成库。
通过水文地质测绘、洞穴调查、工程地质勘查，查明岩溶发育规律、特征，岩溶水资源特征，地下水的补给、径流、排泄条件，地下溶洞管道的形态、规模和分布状况，坝址的工程地质条件、渗漏情况等。采用帷幕灌浆防渗处理、封堵地下溶洞、岩塞爆破等多种工程技术手段建设水库，关键是防渗处理和排沙。
4.2.1.4.1 帷幕灌浆防渗
暗河出口处于碳酸盐岩中，岩溶发育不均匀，蓄水后高程1086m，高于洞口下碳酸盐岩，防渗是建库成功与否的关键。根据岩层的渗漏性，在坝址处采用灌浆进行防渗处理，将水泥浆灌入细小的孔隙、裂隙中，对空隙形成充填、固结，从而提高岩体抗渗透能力，形成防渗帷幕。为防止蓄水后产生绕坝渗漏，在坝址延长线上亦进行帷幕灌浆，使帷幕线穿过溶洞左右两侧断层破碎带与砂页岩紧密相连，充分利用了砂页岩作隔水层。
4.2.1.4.2 封堵地下溶洞
目的是通过封堵地下溶洞，将洞内水位抬高取得水头，形成库容。堵体位于出口下层溶洞，封堵截流材料采用干砌块石、混凝土和钢筋混凝土。堵水处理长度194m，坝高11.6m。
4.2.1.4.3 排沙
为防止泥沙堵塞进水口，形成水库淤积，采用冲沙闸排砂，冲沙闸布置于溢洪道右侧，为一钢筋混凝土闸，闸体高度10.5m，采用底孔泄流，底孔巧妙地设计成弧形工作闸门，孔口尺寸(宽×高)为1.8m×1.8m，有利于泄流。
4.2.1.4.4 岩塞爆破
采用岩塞爆破的方法扩大引水进水口横断面，提高单位时间进水量，进一步增大库水下泄的势能。
