介休市石口子水庫工程壩址比選

常曉亮

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程建設(shè)必要性分析

介休市位于山西省中部，晉中盆地南端，是山西省重要煤焦化工基地，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快和城鄉(xiāng)工礦企業(yè)的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出。介休市的工農(nóng)業(yè)供水主要依靠開采地下水和洪山泉水。近年來，降水量普遍減少，水資源補(bǔ)給量減少，地下水位下降，由于過度開采地下水使全市水環(huán)境日趨惡化，地下水降落漏斗范圍已超過180 km2，水位下降達(dá)84.77 m，水問題成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。為阻止水資源動(dòng)態(tài)進(jìn)一步惡化，在調(diào)整用水結(jié)構(gòu)、實(shí)施節(jié)水措施、嚴(yán)格用水制度等手段短時(shí)間難以奏效的情況下，興建石口子水庫十分必要。

2 歷史水庫選址概述

石口子水庫是開發(fā)利用龍鳳河水資源的控制性水利樞紐工程，自1958年以來，省、地、縣等有關(guān)水利工作者多次對(duì)龍鳳河流域進(jìn)行查勘、設(shè)計(jì)，先后提出過窄扣子、大柵、東崖底、龍鳳姑姑塔等壩址方案。由于龍鳳河地質(zhì)條件的特殊性，導(dǎo)致歷次所選壩址都存在一定的局限性，以至于自1958年起就開始籌建的龍鳳水庫（石口子水庫）工程至今未能付諸實(shí)施。此次選址前對(duì)原選壩址進(jìn)行了如下分析：一是出龍鳳河峽谷后河道下游的姑姑塔和東崖底兩壩址，由于國(guó)防油庫輸油泵站和管路遷建到壩址處，無法再建大壩。二是峽谷上游的大柵壩址河道縱坡較緩，庫容相對(duì)較大，但大柵壩址的壩基、壩肩覆蓋層及以下風(fēng)化破碎巖層總厚度達(dá)40余m，壩基、壩肩滲漏問題處理難度較大，庫區(qū)淹沒損失大。交通道路工程的投資及建設(shè)難度很大，施工場(chǎng)地狹窄，施工場(chǎng)地布置以及材料運(yùn)輸問題難以解決。

3 水庫選址

3.1 建庫河段選擇

3.1.1 龍鳳河峽谷建庫地形條件

龍鳳河發(fā)源于沁源縣王鳳鄉(xiāng)境內(nèi)紅沙崖山，由東向西切割綿山進(jìn)入晉中盆地。龍鳳河自東向西流至大柵村，該段河谷較寬闊，從大柵村以下流入龍鳳河峽谷地段至介休市龍鳳村附近，河道出山口后兩岸逐漸開闊，從龍鳳村向西北流經(jīng)龍頭、下莊、南張家莊、東段屯，于洪相村西北匯入汾河。全長(zhǎng)52.1 km，平均縱坡15‰，流域面積556 km2。從南向北大致分為三段：上游段為分水嶺至大柵，高程在1890～1300 m之間；中游段為龍鳳河狹谷地段，高程在1300～1000 m之間，下游段為出山口至河口，高程在1000～750 m之間。工程選址擬定于介休市境內(nèi)龍鳳河峽谷。

龍鳳河峽谷在上游大柵入口處高程為1300 m，石口子下游出口高程約950 m，峽谷總長(zhǎng)15.5 km，總高差350 m，平均坡度22.5‰，其中上游8.0 km河道落差120 m，坡度15.0‰；下游龍鳳河出峽谷出口前長(zhǎng)5.3 km，落差80 m，坡度15.1‰；中間段長(zhǎng)度僅2.2 km，為多級(jí)跌水，總跌差150 m，平均坡度68.2‰。

從以上分析可以得出如下結(jié)論：龍鳳河峽谷上游約8 km河段和下游約5 km河段坡度較緩，有可能建庫蓄水。中間約2 km河段由于坡度太陡，不宜建庫蓄水；從上下游兩段河道縱向比降來看，在同樣的蓄水條件下，上下游兩段回水長(zhǎng)度基本一致，但上游段庫區(qū)一部分在沁源境內(nèi)，跨界施工有一定難度。

3.1.2 交通條件

從交通運(yùn)輸條件來看，上下游兩段均位于高深的峽谷內(nèi)，上壩均無公路，從介休到水庫公路現(xiàn)僅通至龍鳳峽谷出口。由于下游段離該出口比上游段近，交通道路工程的投資及建設(shè)難度相比較小，施工運(yùn)輸距離短，且離介休市較近，管理比較方便。

經(jīng)分析比較，選擇龍鳳河出峽谷出口前5 km的龍鳳河下游河段作為興建水庫樞紐工程的河段。

3.2 壩址選擇

根據(jù)對(duì)選定的龍鳳河下壩段河道沿線實(shí)地查勘，結(jié)合庫容條件、建壩的地形地質(zhì)條件等因素，在龍鳳河石口子處初擬了上壩址和下壩址兩個(gè)方案進(jìn)行比選。上壩址位于石口子上游河道，距龍鳳峽谷出口約2.6 km；下壩址位于石口子下游河道，距龍鳳峽谷出口約2.0 km。兩壩址相距約650 m。

3.2.1 地形地質(zhì)條件比選

上壩址河谷下部呈“V”型，底部寬約30 m，左右岸山體雄厚，岸坡自然坡度40°~80°。河床砂卵石覆蓋層平均厚約10 m，河床以上兩岸均為寒武系灰?guī)r，左壩肩基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度3.0～7.8 m，河床段基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度2.5～3.5 m，右壩肩基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度5.0～8.8 m。上壩址下游約200 m處發(fā)育F5斷層，上游約1.5 km處位于水庫庫尾發(fā)育F6斷層。上壩址左壩肩處發(fā)育L7裂隙，裂隙延伸較長(zhǎng)，隙寬0.2～0.5 cm，隙面平整光滑，無充填。

下壩址河谷下部呈“U”型，底部寬約80 m，左右岸山體直立，右岸頂部呈倒懸狀，岸坡自然坡度70°~80°。河床砂卵石覆蓋層平均厚約12 m，左岸岸坡河床以上均為寒武系灰?guī)r，右岸岸坡壩頂高程以下存在約8 m厚的砂卵石覆蓋層。壩址左壩肩基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度1.5～20.4m，河床段基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度1.0～5.4m，右壩肩基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度10.9～24.5m。下壩址下游620m，420 m，330 m 分別發(fā)育 F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3斷層，上游約 180 m處發(fā)育F4斷層，上游庫區(qū)右岸500 m范圍內(nèi)發(fā)育L1～L6六條大裂隙。

從以上地形條件分析，上壩址河谷下部呈“V”型，底部寬約30 m；下壩址河谷下部呈“U”型，底部寬約80 m，在壩型選擇和壩高相同的情況下，下壩址工程量要比上壩址大得多，施工建設(shè)場(chǎng)地條件相對(duì)比上壩址好。下壩址左右岸坡直立，壩頂高程以上左右岸坡開挖高度在50 m左右，開挖工程量很大，且右岸頂部呈倒懸狀，施工難度大；上壩址壩頂高程以上左右岸坡相對(duì)平緩，開挖工程量較小，施工相對(duì)容易。

從以上地質(zhì)條件分析，上下壩址河床砂卵石覆蓋層厚度相差不大，下壩址稍厚。下壩址右岸岸坡存在約8 m厚的砂卵石覆蓋層，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度10.9～24.5 m；上壩址右岸岸坡基巖裸露，強(qiáng)風(fēng)化層厚度5.0～8.8 m，在壩型選擇相同的情況下，下壩址右岸開挖工程量要比上壩址大。下壩址上游約180 m處存在F4斷層，斷層延伸到右壩肩，大壩存在安全隱患，且?guī)靺^(qū)右岸為單薄嶺，在大壩上游右岸500 m范圍內(nèi)發(fā)育L1～L6六條大裂隙，可能會(huì)增大右岸繞壩滲漏量；上壩址左壩肩處有L7發(fā)育，采取固結(jié)灌漿等工程措施處理后，對(duì)大壩安全基本沒有影響。

綜上所述，上壩址明顯優(yōu)于下壩址。

3.2.2 庫容及經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件比選

根據(jù)兩壩址水位—庫容曲線關(guān)系，在壩高基本相同時(shí)，下壩址庫容要比上壩址大一些。經(jīng)水文調(diào)算，在滿足水庫供水、灌溉任務(wù)的條件下，水庫所需總庫容約為250萬m3。上壩址設(shè)計(jì)壩高66 m時(shí)，對(duì)應(yīng)庫容為264萬m3；下壩址設(shè)計(jì)壩高61.5 m時(shí)，對(duì)應(yīng)庫容為266萬m3，上壩址所需壩高要比下壩址高4.5 m，但由于下壩址河谷較寬，約為上壩址的2倍。以采用重力壩為例，經(jīng)工程布置后，上壩址壩體底部設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為29 m，頂部設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為97 m；下壩址壩體底部設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為62 m，頂部設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為137 m。經(jīng)估算，上壩址壩體混凝土總方量約9.5萬m3，下壩址壩體工程量約16萬m3，是上壩址的1.7倍。經(jīng)分析，下壩址庫容條件雖然好于上壩址，但投資要比上壩址大得多，不經(jīng)濟(jì)。

3.2.3 交通條件

從交通條件來看，上下壩址均位于高深的龍鳳峽谷內(nèi)，上壩均無公路，從介休到水庫公路現(xiàn)僅通至龍鳳峽谷出口。上壩址距龍鳳峽谷出口約2.6 km；下壩址距出口約2.0 km，下壩址上壩公路要比上壩址短650 m。但從地形條件來看，下壩址兩岸岸坡為垂直的陡崖，壩頂距離左右岸陡崖頂部平臺(tái)約50余m，修建上壩公路開挖量很大，且從溝底到壩頂左右岸沒有布置上壩公路的地形條件，在此建壩上壩難度很大。從地形看，上壩址存在修建上壩公路的條件，公路可從下壩址左岸下游約200 m開始起坡上壩，施工難度相對(duì)較小。

綜上所述，推薦采用上壩址方案。

4 結(jié)語

通過對(duì)龍鳳河建壩河段的地理位置、地形、河床縱坡等條件進(jìn)行分析，選擇了龍鳳河出峽谷出口前5 km的龍鳳河下游河段作為興建水庫樞紐工程的河段；綜合比較該河段石口子處上下游壩址地形地質(zhì)、庫容及經(jīng)濟(jì)技術(shù)、交通條件，選定了石口子上壩址方案。