安泽县西里水电站库区浸没区影响范围分析

计 庆 宝

(1.太原理工大学，山西 太原 030024;2.山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024)

1 工程概况

山西省安泽县西里水电站工程位于安泽县城南35 km处马壁乡郎寨村东的沁河干流上。坝址区与安泽县城有国道G307和县级公路相通，交通方便。

沁河是黄河三门峡—花园口区间三大支流之一，发源于山西省长治市沁源县二郎神沟，流经安泽县、沁水县、晋城市、阳城县、泽州县，由河南省武陟县汇入黄河，干流全长485 km，其中，山西省境内干流长363 km。沁河自罗乡义亭村北入安泽县境，至马壁村南出境，县境内干流长95 km。

本流域地处我国东部季风区暖温带半湿润地区的西缘，大陆性季风显著，四季分明。根据安泽县1971年～2000年气象资料，流域多年平均降水量为552.1 mm，多年平均水面蒸发量1 516.5 mm，多年平均气温为9.3℃ ～10.3℃，平均无霜期为194 d，最大冻土深 81 cm，平均风速 1.5 m/s，多年平均最大风速 18.3 m/s。

西里水电站是沁河干流上一座以发电为主的小型“以电代燃”水电站，坝址以上流域面积3 936 km2，总库容996万m3，正常蓄水位791.1 m。枢纽工程建筑包括重力式非溢流坝、重力式溢流坝、水电站厂房和冲沙泄洪洞4部分。大坝全长159.5 m，其中左岸非溢流坝段长10 m，溢流坝段长90 m，右岸非溢流段长48.5 m，底孔段长11 m。非溢流坝段采用重力坝，坝顶高程796.00 m，坝顶宽度4.0 m，最大坝高30 m。坝体采用浆砌块石砌筑，上游防渗采用1 m厚现浇混凝土防渗层，坝基设排水系统。坝底上、下游设排水廊道，廊道内设置排水孔。右岸非溢流坝段布置有6 m×6 m泄洪排沙孔1孔，以及3个电站压力引水管道。溢流坝堰顶高程787.6 m，堰面采用折线形实用堰，下游采用圆弧曲线过渡与下游坝坡连接。消能采用挑流消能方式，溢流坝面采用混凝土浇筑，溢流坝最大坝高21.6 m。溢流坝坝顶设3.5 m高橡胶坝，坝长90 m，采用充水双锚枕式坝袋，橡胶坝形成110万m3的电站调节池。水电站位于大坝右端浆砌石坝下游，紧接大坝右端浆砌石坝布置三条平行的钢筋混凝土压力引水管道，为坝后式，厂房位于大坝右侧的山坡脚下，其轴线平行于坝轴线。厂房下游布置尾水渠和对外交通道路。主厂房建在岩基上，为地面式砖混结构，内设3台轴流立式水轮发电机组。主厂房的右侧为安装间，其高程和宽度与机组段相同。在安装间上游侧设一大门，通往开关站。副厂房在装配场的右端，设2层小楼，1层主要设中央控制室、直流电设备室和修理试验室等房间;2层主要设会议室、资料室及办公用房等，总面积200 m2。

2 地质概况

2.1 地形地貌

库区地貌特征为山间河流宽谷地貌，河谷宽200 m～350 m，近似“U”字形，主要由河床、河漫滩及局部河岸堆积Ⅰ，Ⅱ级阶地组成，Ⅰ级阶地阶面宽一般为70 m，高出河床1 m～3 m，Ⅱ级阶地阶面宽15 m～200 m，高出河床5 m～12 m。河床纵坡11‰，两岸为剥蚀低山丘陵，左岸高程775.0 m～937.0 m，在康家山、柘榴园、神湾、南平上村周边发育第四系黄土台地，其余地段基岩出露;右岸高程776.0 m～896.0 m，在卫寨一带及社地沟两侧为第四系黄土台地，其他地带为基岩岸坡。两岸冲沟发育，左岸较大冲沟有兰河沟，右岸较大冲沟有高峪沟和卫寨村南冲沟。

2.2 地层岩性

库区出露地层主要为三叠系下统刘家沟组，其次为第四系地层，其由老至新分述如下:

1)三叠系(T)。刘家沟组(T1l):岩性主要为砖红色、紫红色、灰白色中厚层细粒长石砂岩、粉砂岩夹数薄层泥页岩以及砾岩透镜体。砂岩大多为泥质胶结，少数为钙质胶结，可见少量云母，发育交错层理、水平层理。泥页岩一般较软弱。砾岩发育不连续，多呈透镜状出现，在库区两岸大面积出露，厚度400 m～480 m。本次勘察最大深度80 m，未揭穿本层。2)第四系(Q)。a.中更新统洪积(Qpl2):主要为棕红色低液限粘土，底部往往有0.20 m～4 m厚的砂卵砾石。厚0 m～30 m，零星分布于河谷两岸黄土台地上。b.上更新统冲积(Qal3):主要为灰黄色低液限粉土夹砂卵砾石透镜体，厚0 m～20 m，分布在河谷两岸山前、山坡地带。c.全新统洪冲积(Qpal4):主要为砂、卵砾石层;表层为粉细砂或粉土，分布于现代河流的河床、河漫滩，厚0 m～10 m。

2.3 地质构造

库区地层呈缓波状褶皱，在坝址单薄山梁右侧发育短轴向斜，轴向NW，库坝区位于向斜北东翼，岩层呈单斜，岩层产状N30°W/SW∠5°～10°，两岸岩体节理裂隙发育，主要有 3组:1)N77°～82°E/SE∠73°～87°;2)N30°～38°E/SE∠77°～86°;3)N15°W/NE∠79°～86°。区内未发现断层。

2.4 水文地质条件

库区地下水类型有两类:松散岩类孔隙水及碎屑岩类裂隙水。

1)松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水赋存于第四系松散堆积物中，分布于河谷和河流阶地及山间黄土堆积区，主要含水层为全新统、上更新统中更新统砂卵砾石及粉土。河谷中含水层渗透性较强，水量较大，水位埋深一般为1 m～4 m。

2)碎屑岩类裂隙水。碎屑岩类裂隙水赋存于三叠系下统碎屑岩类裂隙中，砂岩为含水层，泥岩、粉砂质泥岩为相对隔水层。区域侵蚀基准面以上碎屑岩分布区富水性较贫，河谷地带相对富水性较好。不论是松散岩类孔隙水还是碎屑岩类裂隙水，其补给来源均以接受大气降水入渗补给为主，水位均随季节性变化，均属潜水型。据库区两岸井泉调查，两岸地下水位均高于河床水位，上游水位高于下游水位，地下水流向总体由两岸向河床，由上游向下游流动。

3 水库浸没区影响范围计算

水库为山区水库，库尾河床平坦，宽度为1 km左右，地下水位埋深为0 m～6.9 m，需考虑浸没影响。

浸没评价引用GB 50287-99水利水电工程地质勘察规范附录C，浸没地下水临界埋深按照下式计算:

其中，HCR为浸没地下水临界埋深，m;HK为土壤毛细水最大上升高度，m;ΔH为安全超高值，农业区(农作物根系深度)取0.5 m，居民区(建筑物基础埋置深度)取1.5 m。

据竖井资料，可能浸没区地下水位以上岩性部分为卵石混合土层，部分为低液限粘土层，根据剖面地质结构，毛细水最大上升高度一般取1.0 m，地下水位之上卵石混合土层较厚时取0.5 m，浸没地下水临界埋深一般按下列标准控制:农业区为1.5 m，居民区为2.5 m。

表1 地质剖面参数选取及浸没预测计算结果表 m

水库蓄水后，库尾由于淤积会产生“翘尾”现象，据经验淤积末端上延系数ε取1.04。据此系数，尾部上延高度Δh=H(ε－1)=0.6 m，其中，H为蓄水前后的水位差，故末端上延高程为791.7 m。

根据地质条件，浸没预测时采用含水层均一，隔水层倾斜的壅高计算公式:

其中，d为开始断面与设计断面隔水层高差，m;h1，h均为水库蓄水前在各断面处的地下水含水层厚度，m;y1，y均为地下水壅高后在各断面处的地下水含水层厚度，m。下伏三叠系T1l基岩视为相对隔水层，隔水层顶板高程由库区周围基岩出露情况推测得到。浸没临界高程按以下原则确定:农业区:剖面中预测的地下水壅高水位加上1.5 m后与地形线交点处的地面高程就是农业区的浸没临界高程;居民区:剖面中预测的地下水壅高水位加上2.5 m后与地形线交点处的地面高程就是居民区的浸没临界高程。地质剖面参数选取及浸没预测计算结果见表1。

4 水库浸没区影响范围分析

受地形、地质结构、地下水位等因素的影响，库尾浸没区各处的浸没临界高程有一定的差异。通过计算并在剖面中查得:居民区地下水浸没临界高程为794.63 m～795.41 m，农业区地下水浸没临界高程为793.10 m～793.45 m。当地面高程低于793.45 m～795.41 m时，村庄及农田会遭受浸没影响。以居民区临界高程圈定浸没范围，浸没范围约0.27 km2。目前浸没区内主要为农田，主要分布于库尾。

［1］GB 50487-2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［2］山西省水利水电勘测设计研究院.安泽县西里水电站可行性研究阶段工程地质勘察报告［R］.