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），工程規模確定為?。?）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，根據工程等別確定的建筑物級別為4 級，大壩設計洪水標準重現期為30年，校核洪水標準重現期為200年。工程區地震基本烈度為7 度，建筑物地震設計烈度為7 度。古寨水庫按照合理開發、高效利用、全面節約和有效保護為目的進行建設布局，工程的主要任務是工業供水、泉域補水、農村居民生活供水及農業灌溉，工程建成后，工業及居民生活供水保證率達到95%，農業灌溉供水保證率達到50%。

壩址選擇是水庫建設的關鍵性問題之一，對后續施工建設有直接影響，并會持續而深遠地影響樞紐實際應用效果。因此在古寨水庫建設前期論證階段，應當充分考慮水庫大壩的作用和工程所在地的地形地質條件等特點，對壩址選擇進行科學系統地分析，以確保實現壩身較短、工程量小、蓄水區域廣，以及減少村鎮和農田淹沒、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，發源于沁源縣王鳳鄉境內的紅沙崖山，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，為山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦開采區；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，作為壩址區可節省壩體工程量；并且龍風河在峽谷進口處有一個“S”形彎曲，凸出的左岸便于導流、泄洪等建筑物的布置。

經過地形條件分析，壩址選在綿山峽谷進口處較為理想。

1.2 地質條件

龍鳳河大柵村以上河段位于砂頁巖區，由于砂頁巖區防滲條件好，在此建庫會切斷河流對洪山泉的補給，山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦開采區也位于該河段，在此建庫還存在壓礦的問題；綿山峽谷及以下河段處在灰巖區，巖溶發育，兩岸溶洞出露，此段建庫庫區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，無大斷裂構造，不會產生鄰谷滲漏問題。峽谷進口以上約280 m 以內為灰巖區，以上為砂巖區，該河段處于洪山泉域的灰巖裸露區與砂頁巖接觸區，屬于徑流補給區，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

大柵村上游兩側河岸分布有山西金暉隆泰煤業有限公司、山西新超煤業有限公司兩家煤礦企業，有南坪、古寨、大柵等村莊；峽谷進口段，經調查未發現有重要礦產及礦床開采，庫區內無村莊。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，施工導流條件好；庫區左岸通往壩址區有簡易公路，經拓寬改造后可作為對外交通道路，且工程區附近有省道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位于沁源縣王和鄉南坪村下游1.8～2.5 km 龍鳳河干流的灰巖山區峽谷進口地帶，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，沖溝下游轉東向。根據地形條件，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 工程地質條件

1）壩基工程地質條件

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，覆蓋層結構松散。壩基基巖為薄-中層豹皮狀白云質灰巖，溶隙、溶孔發育，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，覆蓋層結構松散。壩基基巖為厚層白云質泥灰巖、泥灰質白云巖，泥灰質白云巖溶隙、溶孔發育，完整性差，泥灰巖遇水易膨脹，不利壩基穩定。

從壩基工程地質條件看，上壩線河谷較窄，壩軸線短，壩體工程量小且上壩線地質條件有利于壩基穩定，上壩線優于下壩線。

2）壩肩工程地質條件

上壩線左壩肩岸坡較緩，基巖為薄-中層豹皮狀白云質灰巖，發育壓性褶皺，溶隙、溶孔發育，巖體完整性差，產狀較陡，壩肩穩定。適宜布置導流泄洪建筑物。

下壩線左壩肩岸坡較陡，基巖為白云質泥灰巖，泥灰質白云巖，溶隙、溶孔發育，完整性差，遇水易膨脹，壩肩穩定性差，不適宜布置導流泄洪建筑物。下壩線右壩肩工程地質條件與左壩肩相似，但由于右壩肩岸坡緊鄰河道沖溝，因此也不適宜布置導流洞。

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

2.2 庫區滲漏情況

由于庫區處于洪山泉巖溶地下水的補給徑流區，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、構造裂隙入滲補給庫區下伏巖溶地下水，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，無大斷裂構造，不會產生鄰谷滲漏問題。庫區處于洪山泉域的灰巖裸露區與砂頁巖接觸區，洪山泉水出露高程900 m，庫區巖溶水位高程943 m 左右，灰巖層間溶隙、溶孔發育，節理裂隙發育，巖體完整性差，為庫區滲漏通道，因此庫區存在永久性滲漏問題，應進行防滲處理?？紤]到洪山泉域的補給，重點對壩軸線上游200 m 范圍內的庫區灰巖出露區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。水庫上壩線灰巖區長約700 m，下壩線灰巖區長約1 000 m，上壩線灰巖區滲漏面積較小，下壩線灰巖區滲漏面積較大，上壩線防滲工程量少，上壩線優于下壩線。

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滲漏面積小，庫區防滲工程量少。上、下壩線河床覆蓋層均為第四系全新統洪沖積（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巖、泥質白云巖以及白云質灰巖，基巖面以下63 m 內無軟弱夾層，壩基條件好，導流、泄洪設施布置方便，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巖、角礫狀泥灰巖，不宜建重力壩。如建土石壩，導流、泄洪建筑物布置在右側凸岸山體中，由于凸岸山體比較渾厚，導流、泄洪建筑物進、出口距離較遠，工程量較大?？梢?，上壩線明顯優于下壩線，推薦采用上壩線。

3 結語

壩址的選擇對于水庫建設具有重要作用，是水利工程建設前期階段必須研究解決的核心問題，應該圍繞水庫建設目標進行全面比選。在對地形條件、地質條件、淹沒影響、施工條件等進行綜合分析的基礎上，結合工程地質條件、庫區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。