古寨水库大坝坝址方案的确定

孙冬艳

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原 030024）

0 引言

拟建古寨水库工程位于山西省沁源县西北部龙凤河上游，大坝设计采用堆石混凝土重力坝，最大坝高40 m，水库的总库容为505 万m3，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017），工程规模确定为小（1）型，工程等别确定为Ⅳ等。水库主要建筑物包括大坝、泄洪洞、溢洪道等，根据工程等别确定的建筑物级别为4 级，大坝设计洪水标准重现期为30年，校核洪水标准重现期为200年。工程区地震基本烈度为7 度，建筑物地震设计烈度为7 度。古寨水库按照合理开发、高效利用、全面节约和有效保护为目的进行建设布局，工程的主要任务是工业供水、泉域补水、农村居民生活供水及农业灌溉，工程建成后，工业及居民生活供水保证率达到95%，农业灌溉供水保证率达到50%。

坝址选择是水库建设的关键性问题之一，对后续施工建设有直接影响，并会持续而深远地影响枢纽实际应用效果。因此在古寨水库建设前期论证阶段，应当充分考虑水库大坝的作用和工程所在地的地形地质条件等特点，对坝址选择进行科学系统地分析，以确保实现坝身较短、工程量小、蓄水区域广，以及减少村镇和农田淹没、避免大量征地移民等目的。

1 坝址选择

拟建古寨水库工程位于山西省沁源县西北部龙凤河上游河道上，龙凤河属汾河水系，发源于沁源县王凤乡境内的红沙崖山，由东而西切割绵山进入晋中盆地，在古寨村汇入支流王和河，在南坪村汇入支流王陶河。龙凤河在大栅村以上河谷较宽阔，从大栅村以下流入长达15 km 的绵山峡谷地段，至介休市龙凤村附近出山口，两岸逐渐开阔，平均纵坡15‰，流域面积556 km2，全长52.1 km，最后在介休市洪相村西北汇入汾河。

1.1 地形条件

龙凤河在南坪村上游东约1.2 km 以外的上游河段，河谷比较宽阔，为山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司贾郭煤矿开采区；绵山峡谷段河谷狭窄，建坝地形条件好，但库容条件差；绵山峡谷以下的下游河段已进入介休市，河谷逐渐开阔；王和河、王陶河两支流基流及流域面积均较小，不能满足供水需求。

龙凤河在南坪村下游至绵山峡谷进口河段，河道长约2 km，河床高程约1 310～1 345 m，该段河谷由宽阔至狭窄的“U”字形峡谷组成，上部至中部为宽缓的河谷，最宽处约400 m，在近峡谷进口区两岸多为陡坡，最窄处约60 m。从上述地形条件来看，中上部河谷较宽，库容条件较好，尾部峡谷进口处河谷较窄，作为坝址区可节省坝体工程量；并且龙风河在峡谷进口处有一个“S”形弯曲，凸出的左岸便于导流、泄洪等建筑物的布置。

经过地形条件分析，坝址选在绵山峡谷进口处较为理想。

1.2 地质条件

龙凤河大栅村以上河段位于砂页岩区，由于砂页岩区防渗条件好，在此建库会切断河流对洪山泉的补给，山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司贾郭煤矿开采区也位于该河段，在此建库还存在压矿的问题；绵山峡谷及以下河段处在灰岩区，岩溶发育，两岸溶洞出露，此段建库库区渗漏问题会比较严重，处理难度大且费用高，因此不宜建库。而绵山峡谷进口处河谷段绝大部分基岩裸露，两岸山体浑厚，无低邻谷存在，无大断裂构造，不会产生邻谷渗漏问题。峡谷进口以上约280 m 以内为灰岩区，以上为砂岩区，该河段处于洪山泉域的灰岩裸露区与砂页岩接触区，属于径流补给区，水库建成后通过工程措施可兼顾供水和泉域补水。

因此，坝址应在大栅村至绵山峡谷进口段之间选择。

1.3 淹没影响

大栅村上游两侧河岸分布有山西金晖隆泰煤业有限公司、山西新超煤业有限公司两家煤矿企业，有南坪、古寨、大栅等村庄；峡谷进口段，经调查未发现有重要矿产及矿床开采，库区内无村庄。水库库容不变的情况下，坝址越往上游对库周的淹没和浸没影响越大，淹没处理费用越大。坝址选在大栅村上游，存在压矿问题且会淹没村庄和耕地，存在移民搬迁安置，淹没处理费用大，不宜建库。坝址选在绵山峡谷进口段，不涉及人口和房屋搬迁问题，淹没处理费用小。

从淹没影响看，坝址选在绵山峡谷进口段较为理想。

1.4 施工条件

从施工方面来看，绵山峡谷进口上游河谷宽阔，下游相对较狭窄，宽阔处有利于施工场地布置，但大栅村至峡谷进口段河谷顺直，施工导流及泄洪建筑物布置困难；峡谷进口段位于龙风河“S”形弯曲段的上游段，左岸为凸岸，施工导流洞和泄洪建筑物可布置在凸出的山体中，洞线较短，施工导流条件好；库区左岸通往坝址区有简易公路，经拓宽改造后可作为对外交通道路，且工程区附近有省道S222 通过，交通条件较为便利对外交通较为方便。

因此，从施工导流布置以及施工交通条件来看，坝址宜选在绵山峡谷进口段。

通过以上几个方面综合分析，坝址宜选在王和乡南坪村下游约2.0 km 的绵山峡谷进口段。

2 坝线选择

古寨水库工程坝址区位于沁源县王和乡南坪村下游1.8～2.5 km 龙凤河干流的灰岩山区峡谷进口地带，两岸岸坡山顶高程1 407.5～1 484.5 m，河谷地面高程1 308.5～1 316.4 m，相对高差91～168 m，河谷谷底宽70～165 m，河谷两岸不对称，左缓右陡，在距离峡谷进口约250 m 的河谷右岸发育有一条冲沟。河床主流位置偏右岸，流向为右岸冲沟上游近东西向，冲沟下游转东向。根据地形条件，初拟两条坝线，上坝线位于冲沟上游约190 m，下坝线位于冲沟下游约110 m，两坝线相距约300 m。

2.1 工程地质条件

1）坝基工程地质条件

上坝线河谷不对称，左岸较缓，右岸较陡，河谷底宽70～110 m，坝基覆盖层厚0～14.5 m，覆盖层结构松散。坝基基岩为薄-中层豹皮状白云质灰岩，溶隙、溶孔发育，岩体完整性差，岩层倾向上游并且不存在软弱夹层，有利于坝基稳定。

下坝线河谷不对称，左岸较缓，右岸较陡，河谷底宽110～165 m，坝基覆盖层厚0～14.5 m，覆盖层结构松散。坝基基岩为厚层白云质泥灰岩、泥灰质白云岩，泥灰质白云岩溶隙、溶孔发育，完整性差，泥灰岩遇水易膨胀，不利坝基稳定。

从坝基工程地质条件看，上坝线河谷较窄，坝轴线短，坝体工程量小且上坝线地质条件有利于坝基稳定，上坝线优于下坝线。

2）坝肩工程地质条件

上坝线左坝肩岸坡较缓，基岩为薄-中层豹皮状白云质灰岩，发育压性褶皱，溶隙、溶孔发育，岩体完整性差，产状较陡，坝肩稳定。适宜布置导流泄洪建筑物。

下坝线左坝肩岸坡较陡，基岩为白云质泥灰岩，泥灰质白云岩，溶隙、溶孔发育，完整性差，遇水易膨胀，坝肩稳定性差，不适宜布置导流泄洪建筑物。下坝线右坝肩工程地质条件与左坝肩相似，但由于右坝肩岸坡紧邻河道冲沟，因此也不适宜布置导流洞。

从坝肩工程地质条件看，上坝线地质条件有利于布置导流泄洪建筑物，下坝线左右坝肩均不利于布置导流泄洪建筑物，上坝线优于下坝线。

2.2 库区渗漏情况

由于库区处于洪山泉岩溶地下水的补给径流区，水库蓄水后库水、松散岩类孔隙水及碎屑岩类裂隙水将通过层间裂隙、构造裂隙入渗补给库区下伏岩溶地下水，然后沿岩溶地下水径流通道补给洪山泉。库区为一宽阔的山间河谷，两岸均为龙凤河支流，右岸为大栅河，左岸为王陶河，均无低邻谷存在，无大断裂构造，不会产生邻谷渗漏问题。库区处于洪山泉域的灰岩裸露区与砂页岩接触区，洪山泉水出露高程900 m，库区岩溶水位高程943 m 左右，灰岩层间溶隙、溶孔发育，节理裂隙发育，岩体完整性差，为库区渗漏通道，因此库区存在永久性渗漏问题，应进行防渗处理。考虑到洪山泉域的补给，重点对坝轴线上游200 m 范围内的库区灰岩出露区采取水平铺盖等防渗措施，防渗材料采用黏土、土工膜等材料。水库上坝线灰岩区长约700 m，下坝线灰岩区长约1 000 m，上坝线灰岩区渗漏面积较小，下坝线灰岩区渗漏面积较大，上坝线防渗工程量少，上坝线优于下坝线。

综合分析，上坝线河谷较窄，坝轴线短，坝体工程量小。上坝线比下坝线库区渗漏面积小，库区防渗工程量少。上、下坝线河床覆盖层均为第四系全新统洪冲积（Q4pal）卵石混合土及级配不良砂层透镜体，厚度相当，上坝线坝基下伏基岩为灰岩、泥质白云岩以及白云质灰岩，基岩面以下63 m 内无软弱夹层，坝基条件好，导流、泄洪设施布置方便，适合修建土石坝或重力坝；下坝线坝基与坝肩基岩均为泥灰岩、角砾状泥灰岩，不宜建重力坝。如建土石坝，导流、泄洪建筑物布置在右侧凸岸山体中，由于凸岸山体比较浑厚，导流、泄洪建筑物进、出口距离较远，工程量较大。可见，上坝线明显优于下坝线，推荐采用上坝线。

3 结语

坝址的选择对于水库建设具有重要作用，是水利工程建设前期阶段必须研究解决的核心问题，应该围绕水库建设目标进行全面比选。在对地形条件、地质条件、淹没影响、施工条件等进行综合分析的基础上，结合工程地质条件、库区渗漏情况进行坝线比较，古寨水库最终坝址选在绵山峡谷进口段，推荐采用上坝线，比选方法可为类似工程坝址选择提供参考。