不同水库增容方案工程地质问题分析

王明霄，伏祥龙

（山东省水利勘测设计院有限公司，济南 250013）

1 工程概况

周村水库位于枣庄市中区孟庄镇周村南， 淮河流域运河水系西泇河上游，控制流域面积121 km2，总库容8 404 万m3，水库正常蓄水位（兴利水位）127.881 m，兴利库容4 442 万m3；死水位116.081 m，死库容658 万m3，是一座以防洪为主、兼顾农业灌溉和城市供水等综合利用的中型水库。

水库于1960 年基本建成，枢纽工程由大坝、溢洪闸、溢洪道、电站和放水洞等部分组成[1]。 大坝为均质土坝，坝顶长1 070 m，坝顶高程为134.0 m，顶宽6.5 m，最大坝高29 m。

水库在保证防洪安全的前提下，适当扩大兴利库容，加强水库调蓄能力，可以有效利用当地雨洪资源，达到丰补枯用，提高水库的供水能力，缓解市中区城市与生活用水紧缺局面。水库增容后任务不变，仍是一座以防洪、城市供水为主的综合利用的中型水库。

2 水库增容技术方案

2.1 增容方案拟订原则

1）尽量减少占地原则。为保证18 亿亩（1 亩≈666.67 m2）土地红线，减少项目立项审批难度，水库增容时，尽可能采取工程措施以减少占地。

2）主体工程基本维持原则。 周村水库2010 年完成除险加固，本次增容方案拟订尽量不影响大坝等主体工程，避免对水库主体工程进行大规模改造，以避免重复工程，减少浪费。

3）效益费用比最优原则。 水库增容时综合考虑增容工程投资、效益及对上下游、第三者的影响，尽量选择效益费用比最优的方案。

2.2 增容方案拟订

根据水库来水条件、用水需求，并结合周村水库增容潜力分析成果，拟订两个水库增容方案进行比选。

1）库区开挖方案。现状兴利水位127.88 m 保持不变，开挖120.90～127.88 m 高程之间库区。通过库区开挖增加兴利库容。

2）现状兴利水位抬高0.7 m 方案。在现状兴利水位127.88 m的基础上抬高0.7 m，库周淹没占地采用抬田措施。

3 水库增容所产生的主要影响

3.1 库区开挖方案

库区开挖会影响库岸周边的部分岩质边坡或土质边坡稳定，形成岸坡坍塌。

3.2 现状兴利水位抬高0.7 m方案

3.2.1 影响大坝主体工程

周村水库除险加固工程设计时， 按照原设计兴利水位127.88 m 作为起调水位进行特征水位计算，设计大坝、溢洪闸等主体工程加固措施[2]。 本方案提高水库兴利水位后，会对水库主体工程如大坝、溢洪闸等产生影响。

3.2.2 影响淹没占地

水位抬高后， 势必会增加现状设计兴利水位以上淹没占地及其他迁占问题。

3.2.3 产生库区浸没

水位抬高后，库区浸没范围有所增加。 水库周边岩质岸坡由页岩、页岩夹灰岩、灰岩等组成，一般不存在浸没问题。土质岸坡主要有黏土和壤土组成，水位抬高后，部分段容易产生浸没。

3.2.4 对房屋、树木等地面附着物影响

周村水库现状127.88 m 等高线附近有部分居民点， 水库水位抬高后， 必然会对兴利水位附近居民点和重要设施产生不利影响[3]。

3.2.5 影响回水段堤防和建筑物

水库抬高水位后，上游回水范围会增加，影响回水段堤防和建筑物。

3.2.6 影响库岸稳定

抬高兴利水位后， 影响库岸周边的部分岩质边坡或土质边坡稳定，形成岸坡坍塌。

4 不同增容方案存在的工程地质问题

4.1 大坝主体工程

在坝址区采用高密度电法进行勘探（见图1），从整体上分析，大坝分为3 个部分。 第一部分为坝体顶部的松散层，厚度1.5～2.0 m，这一部分的特征是坝体结构松散，壤土含量低，电性上则表现为较高的电阻率值(一般大于70 Ω·m)，渗透系数较大。 第二部分为大坝的主体层，由黏土组成，该层渗透性小，隔水能力强，在电性上则表现为较低的电阻率值(一般小于50 Ω·m)，局部电阻率较低，说明含水量较大。第三部分为坝基薄层灰岩夹页岩，在电性上表现为较高的电阻率，综合电阻率表现为100 Ω·m 以上，强风化厚度较大，基岩面由左向右逐渐降低，没有发现断层表现异常。

图1 坝址区高密度电阻率成像剖面图

通过对高密度电阻率法探测资料的处理和分析， 可知坝顶存在一层厚1.5～3.5 m 左右的碎石土，壤土含量较少，透水性较好，电性上表现为电阻率值较高。 采取库区开挖方案大坝主体工程满足增容需求； 采取抬高兴利水位方案需清除坝体顶部碎石土，并对坝体及防渗体进行接高。

4.2 库区渗漏问题

水库周边山坡地带分布岩性主要为张夏组厚层鲕状灰岩及页岩与灰岩互层， 库岸及库盆分布岩性主要为寒武系馒头组页岩，岩层产状为165°∠7°，产状平缓，透水性较差，为主要隔水层。 水库地处低山丘陵区，两岸山体宽厚，分水岭均高出设计洪水位， 且与邻谷距离较远， 无大的构造带形成渗漏通道，水库封闭条件较好[4]。 库区典型地质剖面如图2 所示。

图2 库区典型地质剖面图

采取库区开挖方案及抬高兴利水位方案均不会引起新的库区渗漏问题。

4.3 库岸稳定问题

水库周边构成库岸岸坡的岩性包括基岩和第四系松散堆积物。 根据岩性不同可分为岩质岸坡、岩土混合岸坡及土质岸坡，在目前运行水位条件下，库岸是稳定的。

采取库区开挖方案，水库兴利水位不变，增容后不会对库岸稳定产生影响；采取抬高兴利水位方案，土质岸坡及岩土混合岸坡受波浪冲刷，易产生淘蚀破坏，存在库岸再造现象。

4.4 库区淤积问题

库区周边山体岩性以灰岩和页岩为主， 由于长期的风化剥蚀作用，页岩表层风化呈碎片状，受雨水冲刷大量风化物被冲入河流随河水入库，造成库区淤积，对大坝安全构成威胁[5]。

采取库区开挖方案， 可有效清除库底腐殖质等会对水质产生不利影响的沉积物，有效降低了库区内的腐殖质含量，对于净化水质、修复水生态环境有着积极的作用。

4.5 库区浸没问题

构成岩质岸坡、岩土混合边坡的主要岩性为页岩、页岩夹灰岩、灰岩等，多具有微弱透水性，属相对不透水层，同时地形地貌上属于丘陵区，地势由库区向库岸山体逐渐陡峻，不存在浸没问题。 土质岸坡段主要由黏土和少量壤土组成， 直接临水，土层毛细性较强，地下水埋藏较浅，水库周边土质岸坡段易形成浸没。

采取库区开挖方案及抬高兴利水位方案土质岸坡均存在浸没现象，但库区开挖方案不新增浸没面积，抬高兴利水位方案会增加淹没及浸没占地面积。 工程地质问题定性综合分析对比见表1。

表1 水库增容方案工程地质问题定性综合分析对比表

5 结语

周村水库是枣庄市市中区较大的水库，在经济社会发展中起着极为重要的作用，水库增容工程的实施，可进一步提高对当地雨洪资源利用及上游来水的调蓄能力。 在水库增容设计过程中，需对不同增容方案对大坝主体工程的影响，存在的库区渗漏、库岸稳定库区淤积、库区浸没等工程地质问题进行对比分析，根据增容方案拟订原则，选择占地较少、对主体工程影响较小、效益费用比最优的方案，供设计人员重点参考。