古寨水庫大壩壩址方案的確定

孫冬艷

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 山西太原 030024）

0 引言

擬建古寨水庫工程位于山西省沁源縣西北部龍鳳河上游，大壩設(shè)計采用堆石混凝土重力壩，最大壩高40 m，水庫的總庫容為505 萬m3，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017），工程規(guī)模確定為小（1）型，工程等別確定為Ⅳ等。水庫主要建筑物包括大壩、泄洪洞、溢洪道等，根據(jù)工程等別確定的建筑物級別為4 級，大壩設(shè)計洪水標準重現(xiàn)期為30年，校核洪水標準重現(xiàn)期為200年。工程區(qū)地震基本烈度為7 度，建筑物地震設(shè)計烈度為7 度。古寨水庫按照合理開發(fā)、高效利用、全面節(jié)約和有效保護為目的進行建設(shè)布局，工程的主要任務(wù)是工業(yè)供水、泉域補水、農(nóng)村居民生活供水及農(nóng)業(yè)灌溉，工程建成后，工業(yè)及居民生活供水保證率達到95%，農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率達到50%。

壩址選擇是水庫建設(shè)的關(guān)鍵性問題之一，對后續(xù)施工建設(shè)有直接影響，并會持續(xù)而深遠地影響樞紐實際應(yīng)用效果。因此在古寨水庫建設(shè)前期論證階段，應(yīng)當充分考慮水庫大壩的作用和工程所在地的地形地質(zhì)條件等特點，對壩址選擇進行科學系統(tǒng)地分析，以確保實現(xiàn)壩身較短、工程量小、蓄水區(qū)域廣，以及減少村鎮(zhèn)和農(nóng)田淹沒、避免大量征地移民等目的。

1 壩址選擇

擬建古寨水庫工程位于山西省沁源縣西北部龍鳳河上游河道上，龍鳳河屬汾河水系，發(fā)源于沁源縣王鳳鄉(xiāng)境內(nèi)的紅沙崖山，由東而西切割綿山進入晉中盆地，在古寨村匯入支流王和河，在南坪村匯入支流王陶河。龍鳳河在大柵村以上河谷較寬闊，從大柵村以下流入長達15 km 的綿山峽谷地段，至介休市龍鳳村附近出山口，兩岸逐漸開闊，平均縱坡15‰，流域面積556 km2，全長52.1 km，最后在介休市洪相村西北匯入汾河。

1.1 地形條件

龍鳳河在南坪村上游東約1.2 km 以外的上游河段，河谷比較寬闊，為山西汾西礦業(yè)集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦開采區(qū)；綿山峽谷段河谷狹窄，建壩地形條件好，但庫容條件差；綿山峽谷以下的下游河段已進入介休市，河谷逐漸開闊；王和河、王陶河兩支流基流及流域面積均較小，不能滿足供水需求。

龍鳳河在南坪村下游至綿山峽谷進口河段，河道長約2 km，河床高程約1 310～1 345 m，該段河谷由寬闊至狹窄的“U”字形峽谷組成，上部至中部為寬緩的河谷，最寬處約400 m，在近峽谷進口區(qū)兩岸多為陡坡，最窄處約60 m。從上述地形條件來看，中上部河谷較寬，庫容條件較好，尾部峽谷進口處河谷較窄，作為壩址區(qū)可節(jié)省壩體工程量；并且龍風河在峽谷進口處有一個“S”形彎曲，凸出的左岸便于導(dǎo)流、泄洪等建筑物的布置。

經(jīng)過地形條件分析，壩址選在綿山峽谷進口處較為理想。

1.2 地質(zhì)條件

龍鳳河大柵村以上河段位于砂頁巖區(qū)，由于砂頁巖區(qū)防滲條件好，在此建庫會切斷河流對洪山泉的補給，山西汾西礦業(yè)集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦開采區(qū)也位于該河段，在此建庫還存在壓礦的問題；綿山峽谷及以下河段處在灰?guī)r區(qū)，巖溶發(fā)育，兩岸溶洞出露，此段建庫庫區(qū)滲漏問題會比較嚴重，處理難度大且費用高，因此不宜建庫。而綿山峽谷進口處河谷段絕大部分基巖裸露，兩岸山體渾厚，無低鄰谷存在，無大斷裂構(gòu)造，不會產(chǎn)生鄰谷滲漏問題。峽谷進口以上約280 m 以內(nèi)為灰?guī)r區(qū)，以上為砂巖區(qū)，該河段處于洪山泉域的灰?guī)r裸露區(qū)與砂頁巖接觸區(qū)，屬于徑流補給區(qū)，水庫建成后通過工程措施可兼顧供水和泉域補水。

因此，壩址應(yīng)在大柵村至綿山峽谷進口段之間選擇。

1.3 淹沒影響

大柵村上游兩側(cè)河岸分布有山西金暉隆泰煤業(yè)有限公司、山西新超煤業(yè)有限公司兩家煤礦企業(yè)，有南坪、古寨、大柵等村莊；峽谷進口段，經(jīng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)有重要礦產(chǎn)及礦床開采，庫區(qū)內(nèi)無村莊。水庫庫容不變的情況下，壩址越往上游對庫周的淹沒和浸沒影響越大，淹沒處理費用越大。壩址選在大柵村上游，存在壓礦問題且會淹沒村莊和耕地，存在移民搬遷安置，淹沒處理費用大，不宜建庫。壩址選在綿山峽谷進口段，不涉及人口和房屋搬遷問題，淹沒處理費用小。

從淹沒影響看，壩址選在綿山峽谷進口段較為理想。

1.4 施工條件

從施工方面來看，綿山峽谷進口上游河谷寬闊，下游相對較狹窄，寬闊處有利于施工場地布置，但大柵村至峽谷進口段河谷順直，施工導(dǎo)流及泄洪建筑物布置困難；峽谷進口段位于龍風河“S”形彎曲段的上游段，左岸為凸岸，施工導(dǎo)流洞和泄洪建筑物可布置在凸出的山體中，洞線較短，施工導(dǎo)流條件好；庫區(qū)左岸通往壩址區(qū)有簡易公路，經(jīng)拓寬改造后可作為對外交通道路，且工程區(qū)附近有省道S222 通過，交通條件較為便利對外交通較為方便。

因此，從施工導(dǎo)流布置以及施工交通條件來看，壩址宜選在綿山峽谷進口段。

通過以上幾個方面綜合分析，壩址宜選在王和鄉(xiāng)南坪村下游約2.0 km 的綿山峽谷進口段。

2 壩線選擇

古寨水庫工程壩址區(qū)位于沁源縣王和鄉(xiāng)南坪村下游1.8～2.5 km 龍鳳河干流的灰?guī)r山區(qū)峽谷進口地帶，兩岸岸坡山頂高程1 407.5～1 484.5 m，河谷地面高程1 308.5～1 316.4 m，相對高差91～168 m，河谷谷底寬70～165 m，河谷兩岸不對稱，左緩右陡，在距離峽谷進口約250 m 的河谷右岸發(fā)育有一條沖溝。河床主流位置偏右岸，流向為右岸沖溝上游近東西向，沖溝下游轉(zhuǎn)東向。根據(jù)地形條件，初擬兩條壩線，上壩線位于沖溝上游約190 m，下壩線位于沖溝下游約110 m，兩壩線相距約300 m。

2.1 工程地質(zhì)條件

1）壩基工程地質(zhì)條件

上壩線河谷不對稱，左岸較緩，右岸較陡，河谷底寬70～110 m，壩基覆蓋層厚0～14.5 m，覆蓋層結(jié)構(gòu)松散。壩基基巖為薄-中層豹皮狀白云質(zhì)灰?guī)r，溶隙、溶孔發(fā)育，巖體完整性差，巖層傾向上游并且不存在軟弱夾層，有利于壩基穩(wěn)定。

下壩線河谷不對稱，左岸較緩，右岸較陡，河谷底寬110～165 m，壩基覆蓋層厚0～14.5 m，覆蓋層結(jié)構(gòu)松散。壩基基巖為厚層白云質(zhì)泥灰?guī)r、泥灰質(zhì)白云巖，泥灰質(zhì)白云巖溶隙、溶孔發(fā)育，完整性差，泥灰?guī)r遇水易膨脹，不利壩基穩(wěn)定。

從壩基工程地質(zhì)條件看，上壩線河谷較窄，壩軸線短，壩體工程量小且上壩線地質(zhì)條件有利于壩基穩(wěn)定，上壩線優(yōu)于下壩線。

2）壩肩工程地質(zhì)條件

上壩線左壩肩岸坡較緩，基巖為薄-中層豹皮狀白云質(zhì)灰?guī)r，發(fā)育壓性褶皺，溶隙、溶孔發(fā)育，巖體完整性差，產(chǎn)狀較陡，壩肩穩(wěn)定。適宜布置導(dǎo)流泄洪建筑物。

下壩線左壩肩岸坡較陡，基巖為白云質(zhì)泥灰?guī)r，泥灰質(zhì)白云巖，溶隙、溶孔發(fā)育，完整性差，遇水易膨脹，壩肩穩(wěn)定性差，不適宜布置導(dǎo)流泄洪建筑物。下壩線右壩肩工程地質(zhì)條件與左壩肩相似，但由于右壩肩岸坡緊鄰河道沖溝，因此也不適宜布置導(dǎo)流洞。

從壩肩工程地質(zhì)條件看，上壩線地質(zhì)條件有利于布置導(dǎo)流泄洪建筑物，下壩線左右壩肩均不利于布置導(dǎo)流泄洪建筑物，上壩線優(yōu)于下壩線。

2.2 庫區(qū)滲漏情況

由于庫區(qū)處于洪山泉巖溶地下水的補給徑流區(qū)，水庫蓄水后庫水、松散巖類孔隙水及碎屑巖類裂隙水將通過層間裂隙、構(gòu)造裂隙入滲補給庫區(qū)下伏巖溶地下水，然后沿巖溶地下水徑流通道補給洪山泉。庫區(qū)為一寬闊的山間河谷，兩岸均為龍鳳河支流，右岸為大柵河，左岸為王陶河，均無低鄰谷存在，無大斷裂構(gòu)造，不會產(chǎn)生鄰谷滲漏問題。庫區(qū)處于洪山泉域的灰?guī)r裸露區(qū)與砂頁巖接觸區(qū)，洪山泉水出露高程900 m，庫區(qū)巖溶水位高程943 m 左右，灰?guī)r層間溶隙、溶孔發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，為庫區(qū)滲漏通道，因此庫區(qū)存在永久性滲漏問題，應(yīng)進行防滲處理?？紤]到洪山泉域的補給，重點對壩軸線上游200 m 范圍內(nèi)的庫區(qū)灰?guī)r出露區(qū)采取水平鋪蓋等防滲措施，防滲材料采用黏土、土工膜等材料。水庫上壩線灰?guī)r區(qū)長約700 m，下壩線灰?guī)r區(qū)長約1 000 m，上壩線灰?guī)r區(qū)滲漏面積較小，下壩線灰?guī)r區(qū)滲漏面積較大，上壩線防滲工程量少，上壩線優(yōu)于下壩線。

綜合分析，上壩線河谷較窄，壩軸線短，壩體工程量小。上壩線比下壩線庫區(qū)滲漏面積小，庫區(qū)防滲工程量少。上、下壩線河床覆蓋層均為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）卵石混合土及級配不良砂層透鏡體，厚度相當，上壩線壩基下伏基巖為灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖以及白云質(zhì)灰?guī)r，基巖面以下63 m 內(nèi)無軟弱夾層，壩基條件好，導(dǎo)流、泄洪設(shè)施布置方便，適合修建土石壩或重力壩；下壩線壩基與壩肩基巖均為泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r，不宜建重力壩。如建土石壩，導(dǎo)流、泄洪建筑物布置在右側(cè)凸岸山體中，由于凸岸山體比較渾厚，導(dǎo)流、泄洪建筑物進、出口距離較遠，工程量較大?？梢姡蠅尉€明顯優(yōu)于下壩線，推薦采用上壩線。

3 結(jié)語

壩址的選擇對于水庫建設(shè)具有重要作用，是水利工程建設(shè)前期階段必須研究解決的核心問題，應(yīng)該圍繞水庫建設(shè)目標進行全面比選。在對地形條件、地質(zhì)條件、淹沒影響、施工條件等進行綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程地質(zhì)條件、庫區(qū)滲漏情況進行壩線比較，古寨水庫最終壩址選在綿山峽谷進口段，推薦采用上壩線，比選方法可為類似工程壩址選擇提供參考。