5.4.2.1　降水问题产生背景

我国西南地区部分河流深厚覆盖层广泛分布，对水电开发过程中所揭露的各地段覆盖层厚度进行统计，结果见表5.13。由表5.13可见深厚覆盖层在大渡河、金沙江、岷江、雅砻江等河流中普遍发育。目前收集到的大渡河全流域36个水电站中，有34个水电站的河谷覆盖层厚度达到或超过30m，深厚覆盖层所占比例达到95%。可以说，深厚覆盖层在西南河流中普遍发育。

据杨天俊（1998）研究成果，大多数河段覆盖层纵向上可分为三层：底部为晚更新世冲积、冰水漂卵砾石层；中部为晚更新世以冰水、崩积、坡积、堰塞堆积与冲积混合为主的加积层，厚度相对较大；上部为全新世正常河流相堆积。一般而言，受第四纪地壳运动的影响，河床的正常覆盖层厚度一般小于30m，堆积物年龄一般小于2000年。而根据表5.14所列，西南地区许多河流覆盖层厚度都大于30m。同时，多个水电站大量的测年资料表明，上述几大江河河床覆盖层下伏的基岩河槽一般形成于距今2万年前左右，中部多成因覆盖层形成年龄一般为15万～20万年，其堆积时代早于二级阶地且往往构成二级阶地的基座。该异常堆积序列既不同于典型的上叠阶地，也不同于典型的内叠阶地，表明现今河床基岩河槽在20万年前就已形成，全新世河水并未切穿晚更新世覆盖层。而按传统的观点，现今的谷底应该形成于现今的某个时间，河床堆积物形成的年代通常情况下应晚于一级阶地。

表5.14　我国西南地区主要河流深厚覆盖层情况一览表（据金辉，2008）

近年来钻孔资料显示上述河流深厚覆盖层以下的谷底基伏面大多呈典型的V字形，部分为U形谷，谷底岩体其表层存在一个明显的厚度一般为15～40m的风化卸荷松弛带，而风化与卸荷需要一个长期过程。因此，这些特点表明，具有深厚覆盖层的河床，其谷底形成时发生过强烈的侵（下）蚀事件，而且这些侵蚀事件应该发生在距今相当长的一段时间以前，并非发生于现今。也就是说，地质历史时期曾经发生过一期甚至多期次的侵（下）蚀事件，使河流深切到比现今河床高程低数十米甚至上百米的位置，然后经历一个长时期的堆积过程形成河床深厚覆盖层，现代河流大多数地段是在原堆积的深厚覆盖层的基础上发育演化的。

5.4.2.2　深厚覆盖层基本特征——以大渡河为例

大渡河干流在不同的河段上，河谷堆积层的结构、组成各不相同（图5.24）。例如，位于上游高山峡谷中大金（川）河段，不仅河谷堆积层厚度达130m，而且层次繁多，可分10余个层，且结构复杂（图5.25），是典型的“结构型”多层性加积层，冲击砂砾石与粉砂层多次重复出现，有规律的叠加，蚀积相卵石层的最大单层厚度约20m，年代较新。河床下30m深处乌木14C的绝对年龄为3000年左右，60m深处为1万年左右。

图5.24　大渡河深厚覆盖层空间分布

中游泸定、石棉、汉源一带，峡谷与带状盆地相间，河谷堆积层也比较深厚，达80～90m，结构也比较复杂。该河段的大岗山为新构造上升区，深切河曲里的河床冲积漂卵石层结构单一，厚度仅10～20m，打枝麻河床覆盖层如图5.26所示。而且该地堆积年代新，在高程40.00m的阶地堆积物中乌木14C绝对年龄为2110年左右。

图5.25　马奈河床覆盖层剖面（据石金良，1986）

图5.26　打支麻河谷覆盖层剖面（据石金良，1986）

下游河段，根据龚嘴和铜街子水电站勘探和施工开挖证明，深切谷横断面与谷底基岩形态复杂，纵向上也起伏不平，河床的覆盖层最厚达70m（图5.27）。(www.daowen.com)

图5.27　铜街子河谷剖面（据石金良，1986）

在瀑布沟水电站坝址区，大渡河由北向南急转东流，形成向右岸凸出的河湾，河谷深切，岸坡陡峻，山体雄厚，为典型V形峡谷地貌。坝址右岸岸坡主要为浅变质玄武岩，小断层及构造裂隙发育，有不同程度的蚀变，岩体完整性较差；坝址左岸山体为花岗岩，岩体坚硬、完整。坝址区河床覆盖层多为架空结构，孔隙比一般为0.19～0.37，平均为0.28。其地层分布由下向上分别为：漂卵石层、卵砾石层、含漂卵石层夹砂层透镜体和漂（块）卵石层。

瀑布沟电站覆盖层厚63m，其成分较为复杂，由老到新分为四层漂卵石层，一般厚10～15m，该土层较密实卵砾石层，分布于河床底部，残留厚度22～32m，结构密实，含漂卵石层夹砂层透镜体，分布于左岸I级阶地及河床堆积层中部，上叠于卵砾石层之上；漂块卵石层，为现代河床上部及漫滩堆积物，厚10～25，表层有透镜状砂层分布。

5.4.2.3　深厚覆盖层水文地质问题

水电建设的坝基建设过程中，需要在预建坝基位置处开挖建设基坑。同时，在基坑上下游位置处还要建设堵水围堰和临时泄洪道。在建设基坑时，往往会对深厚覆盖层进行适当的开挖以满足建坝稳定性要求。以大峡水电站二期基坑开挖为例——大峡水电站覆盖层最大厚度为37.5m，而基坑开挖深度最大达到了37m，这种建设基坑无论是从深度上还是体积上都是很可观的（刘晓黎，1997）。本节对深厚覆盖成工程地质特性的研究不在于讨论其建坝适宜性的问题，而是从水文地质的角度，考虑与基坑涌水有关的问题。

（1）坝基变形。河床覆盖层层次结构复杂，夹有多层砂层透镜体，各层厚度不一，物理力学性质差异大，对坝体、心墙及防渗墙的应力分布及变形带来不利影响。

（2）渗漏和渗透稳定。河床覆盖层颗粒粗、孤石多、局部架空明显、渗透性强、抗渗透破坏能力低、存在接触冲刷和管涌破坏。

（3）砂层液化。河床覆盖层所夹砂层透镜体多顺河流方向分布于近岸部位，厚度一般小于2m，最厚可达13m左右。砂层透镜体主要分布于第③层底部，坝轴线上下游均有分布，同时在左岸近岸部位的漂卵石层中也分布有砂层透镜体，遇地震时可能会产生砂层液化问题。

5.4.2.4　深厚覆盖层涌水控制要素

河谷深厚覆盖层主要由漂块石、卵砾石、碎石土、粉细砂等组成，颗粒组成偏粗大，颗粒级配曲线均呈由粗粒为主体的陡峻型结构到平缓型的细粒结构，通常情况下缺乏中间粒径。统计表明，其组成物质中，漂卵砾石干密度最大（＞2.20g/cm3），块碎石次之，粉细砂的干密度最小（＜1.60g/cm3）；相应漂卵砾石的孔隙比最小，一般小于0.30，粉细砂的孔隙比最大，一般大于0.70。粉细砂不均匀系数低，一般小于5，属均匀土；块碎石以粒径20～60mm的碎石含量为主，不均匀系数大（＞250）；漂卵砾石不均匀系数在31.6～149.1。粒径分布不均，级配范围较块碎石窄。

大量试验资料表明，河谷深厚覆盖层均有较强的透水性。不论是含泥块碎石、砂性土，还是漂卵砾石，其渗透破坏类型均与其密实度及颗粒级配组成密切相关，主要有流土和管涌两种类型。含泥块碎石一般情况下，渗透系数为10-3～10-5cm/s数量级，临界坡降为0.1～0.8，多属流土型破坏。松散砂卵砾石通常为10-2～10-3cm/s数量级，临界坡降为0.1～0.4，呈管涌型破坏。砂性土多10-2～10-3cm/s数量级，临界坡降为0.1～0.3，呈流土型破坏（陈海军，等，1996）。坝基含水介质分两类：一类为覆盖层第四系坡积、洪积及崩积物，其与河水联系密切；另一类为覆盖层下伏岩体中的裂隙网络介质。

如大渡河瀑布沟电站覆盖层内地下水类型可归结为第四系松散堆积层孔隙潜水，受大气降水补给，河床部位地下水与河水位基本一致，通过现场试验测得河床含漂砂卵碎砾石层透水性强，且地下水与河水存在较强的水力联系，覆盖层渗透试验成果见表5.15。由表5.15可知，各层渗透系数值差异不大，一般K值在2.3×10-2～1.04×10-1cm/s范围内，均属强透水层。勘探和试验表明，各层中均有局部架空层分布，架空层K值为1.16×10-1～5.8×10-1cm/s而砂层透镜体透水性能良好，渗透系数最大可达353.12m/d。

表5.15　河床覆盖层渗透试验成果统计

坝基覆盖层颗粒粗大，除上、下游透镜状砂层为弱透水外，粗粒层各层次具强透水性，局部架空部位透水性极不均一。坝基下覆盖层无相对隔水层分布，建坝蓄水后将形成坝基渗漏的主要途径。再者，由河床深厚覆盖层的物质组成可以看出，覆盖层各单层之间的物质组成、颗粒大小及颗粒排列方式均存在着一定的差异，因此覆盖层具明显的非均质性，各单层渗透系数各异同时，注意到，在每一个单层中，介质不同位置由于该层中漂卵砾石的排列方式不同，会造成每一个单层中介质渗透系数随空间位置的变化，即介质的各向异性。