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乌东德水电站是金沙江下游河段第一梯级水电站,总库容74.3亿m3,最大坝高265m,总装机容量10200MW,多年平均年发电量401.1亿kWh,为大(1)型Ⅰ等工程。电站位于扬子准地台川滇背斜构造内,具有基底和盖层双重构造特征,构造具多期性和继承性,坝址由下元古界浅变质碳酸盐岩及震旦系-二叠系碳酸盐岩地层组成,地质条件复杂。电站在施工中揭露了温度30度、稳定流量达200m3/h的KW3岩溶地下水,与上游热水塘温泉群、大坝下游水厂温泉、高线路1-2号隧道热水,构成沿金沙江左岸线状发育的热水系统。这种复杂地质、水文地质条件下水电站的建设,以厂房和隧洞施工、水库蓄水为典型,势必破坏地下水循环系统,对地下水环境产生影响。 论文以地下水系统思想为指导,结合乌东德水电站复杂地质条件下坝址左岸众多水文地质问题,运用地下水系统、地下水动态与均衡和水化学、同位素、水文地球化学模拟等理论和方法,构建坝址左岸特有的水文地质结构模型,以此划分左岸地下水系统,并对其特征进行研究。在地下水系研究基础上,深化坝址左岸地下热水发育特征及形成模式研究、KW3岩溶地下水形成机制研究,并结合水文地质学和环境科学学科理论,开展工程建设对地下水环境影响研究。论文研究主要成果有: (1)从区域地质背景、区域构造格架、构造演化历史、金沙江河谷演化历程、岩溶发育特征等方面深化乌东德水电站坝址区地质结构研究,建立了乌东德水电站复杂地质条件上下叠置、含隔水层相间的水文地质结构。 (2)通过全面整理及分析乌东德坝址水化学资料,运用系统聚类分析、诺瓦克系数等方法对坝址区水化学特征进行研究,认为金沙江两岸水体水化学具明显差异,显示出流域对水化学特征的控制。同时,SO42-和Mg2+、Na+和Cl-的相关性高,对判断左岸地下水中离子异常及地下水来源的识别,具理论和实践意义。坝址左岸不同流域、地层水均衡计算研究表明,左岸地表流域内水量存在严重的收支失衡,各流域含水系统具逾越地表分水岭之互补、互排关系,具远补、远排深层地下水特征,左岸具有复杂的地下水流动系统。 (3)在水文地质结构、水化学及水动态均衡研究基础上,依据地表分水岭边界、断层边界、岩层接触边界,将左岸地下水系统划分为倮佐断裂-分水岭区(Ⅰ)、震旦系-白垩系盖层区(Ⅱ)以及下元古界近坝区(Ⅲ);按地下水垂向流动特征将左岸地下水分为倮佐断裂北东浅循环带、坝址左岸深循环带、坝址近岸浅循环带、侏罗系-白垩系砂泥岩风化裂隙水带,即“三区四带”。并对左岸各地下水系统动态特征、水文地球化学特征,补给、径流、排泄模式进行研究。 (4)通过热水水化学、同位素、热储温度、循环深度研究,将金沙江左岸热水分为热水塘断层热水区、下元古界近坝热水区、二叠系峨眉山玄武岩热水区三个彼此独立的地下热水系统。研究表明,热水均为大气降雨补给,以正常的地温增温为热源,各热水系统具有不同的热储及盖层条件。 (5) KW3岩溶地下水具顺层发育特征,属于充水型岩溶地下水系统。水文地球化学模拟表明,KW3岩溶地下水“最可能”接受老黑山一带大气降雨及地下水的补给,并以倮佐断裂带网状发育断裂为通道,在近坝区褶皱与断裂的综合地质作用下,顺层径流,在老鹰嘴一带以小规模泉、裂隙浸水形式向金沙江排泄。 (6)电站建设中工程的揭露不会破坏热水塘天然温泉群,但水库蓄水后坝址上游的热水将会由于水库蓄水而消失,下游的水厂温泉仍具有作为旅游资源开发的价值。电站蓄水后地下水循环强度减弱,水岩作用程度减弱,左岸高SO42-的地下水腐蚀问题将有所改善。KW3会疏排左岸地下水年补给资源量的11%,现有水文地质条件下主要是对地下水静态储量的消耗,在左岸防渗帷幕的构建后地下水资源将会逐渐恢复,不会对倮佐断裂带水资源带来明显影响。