介休市石口子水库工程坝址比选

常晓亮

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程建设必要性分析

介休市位于山西省中部，晋中盆地南端，是山西省重要煤焦化工基地，随着城镇化建设的加快和城乡工矿企业的发展，水资源供需矛盾日益突出。介休市的工农业供水主要依靠开采地下水和洪山泉水。近年来，降水量普遍减少，水资源补给量减少，地下水位下降，由于过度开采地下水使全市水环境日趋恶化，地下水降落漏斗范围已超过180 km2，水位下降达84.77 m，水问题成为制约当地经济发展的瓶颈。为阻止水资源动态进一步恶化，在调整用水结构、实施节水措施、严格用水制度等手段短时间难以奏效的情况下，兴建石口子水库十分必要。

2 历史水库选址概述

石口子水库是开发利用龙凤河水资源的控制性水利枢纽工程，自1958年以来，省、地、县等有关水利工作者多次对龙凤河流域进行查勘、设计，先后提出过窄扣子、大栅、东崖底、龙凤姑姑塔等坝址方案。由于龙凤河地质条件的特殊性，导致历次所选坝址都存在一定的局限性，以至于自1958年起就开始筹建的龙凤水库（石口子水库）工程至今未能付诸实施。此次选址前对原选坝址进行了如下分析：一是出龙凤河峡谷后河道下游的姑姑塔和东崖底两坝址，由于国防油库输油泵站和管路迁建到坝址处，无法再建大坝。二是峡谷上游的大栅坝址河道纵坡较缓，库容相对较大，但大栅坝址的坝基、坝肩覆盖层及以下风化破碎岩层总厚度达40余m，坝基、坝肩渗漏问题处理难度较大，库区淹没损失大。交通道路工程的投资及建设难度很大，施工场地狭窄，施工场地布置以及材料运输问题难以解决。

3 水库选址

3.1 建库河段选择

3.1.1 龙凤河峡谷建库地形条件

龙凤河发源于沁源县王凤乡境内红沙崖山，由东向西切割绵山进入晋中盆地。龙凤河自东向西流至大栅村，该段河谷较宽阔，从大栅村以下流入龙凤河峡谷地段至介休市龙凤村附近，河道出山口后两岸逐渐开阔，从龙凤村向西北流经龙头、下庄、南张家庄、东段屯，于洪相村西北汇入汾河。全长52.1 km，平均纵坡15‰，流域面积556 km2。从南向北大致分为三段：上游段为分水岭至大栅，高程在1890～1300 m之间；中游段为龙凤河狭谷地段，高程在1300～1000 m之间，下游段为出山口至河口，高程在1000～750 m之间。工程选址拟定于介休市境内龙凤河峡谷。

龙凤河峡谷在上游大栅入口处高程为1300 m，石口子下游出口高程约950 m，峡谷总长15.5 km，总高差350 m，平均坡度22.5‰，其中上游8.0 km河道落差120 m，坡度15.0‰；下游龙凤河出峡谷出口前长5.3 km，落差80 m，坡度15.1‰；中间段长度仅2.2 km，为多级跌水，总跌差150 m，平均坡度68.2‰。

从以上分析可以得出如下结论：龙凤河峡谷上游约8 km河段和下游约5 km河段坡度较缓，有可能建库蓄水。中间约2 km河段由于坡度太陡，不宜建库蓄水；从上下游两段河道纵向比降来看，在同样的蓄水条件下，上下游两段回水长度基本一致，但上游段库区一部分在沁源境内，跨界施工有一定难度。

3.1.2 交通条件

从交通运输条件来看，上下游两段均位于高深的峡谷内，上坝均无公路，从介休到水库公路现仅通至龙凤峡谷出口。由于下游段离该出口比上游段近，交通道路工程的投资及建设难度相比较小，施工运输距离短，且离介休市较近，管理比较方便。

经分析比较，选择龙凤河出峡谷出口前5 km的龙凤河下游河段作为兴建水库枢纽工程的河段。

3.2 坝址选择

根据对选定的龙凤河下坝段河道沿线实地查勘，结合库容条件、建坝的地形地质条件等因素，在龙凤河石口子处初拟了上坝址和下坝址两个方案进行比选。上坝址位于石口子上游河道，距龙凤峡谷出口约2.6 km；下坝址位于石口子下游河道，距龙凤峡谷出口约2.0 km。两坝址相距约650 m。

3.2.1 地形地质条件比选

上坝址河谷下部呈“V”型，底部宽约30 m，左右岸山体雄厚，岸坡自然坡度40°~80°。河床砂卵石覆盖层平均厚约10 m，河床以上两岸均为寒武系灰岩，左坝肩基岩强风化层厚度3.0～7.8 m，河床段基岩强风化层厚度2.5～3.5 m，右坝肩基岩强风化层厚度5.0～8.8 m。上坝址下游约200 m处发育F5断层，上游约1.5 km处位于水库库尾发育F6断层。上坝址左坝肩处发育L7裂隙，裂隙延伸较长，隙宽0.2～0.5 cm，隙面平整光滑，无充填。

下坝址河谷下部呈“U”型，底部宽约80 m，左右岸山体直立，右岸顶部呈倒悬状，岸坡自然坡度70°~80°。河床砂卵石覆盖层平均厚约12 m，左岸岸坡河床以上均为寒武系灰岩，右岸岸坡坝顶高程以下存在约8 m厚的砂卵石覆盖层。坝址左坝肩基岩强风化层厚度1.5～20.4m，河床段基岩强风化层厚度1.0～5.4m，右坝肩基岩强风化层厚度10.9～24.5m。下坝址下游620m，420 m，330 m 分别发育 F1，F2，F3断层，上游约 180 m处发育F4断层，上游库区右岸500 m范围内发育L1～L6六条大裂隙。

从以上地形条件分析，上坝址河谷下部呈“V”型，底部宽约30 m；下坝址河谷下部呈“U”型，底部宽约80 m，在坝型选择和坝高相同的情况下，下坝址工程量要比上坝址大得多，施工建设场地条件相对比上坝址好。下坝址左右岸坡直立，坝顶高程以上左右岸坡开挖高度在50 m左右，开挖工程量很大，且右岸顶部呈倒悬状，施工难度大；上坝址坝顶高程以上左右岸坡相对平缓，开挖工程量较小，施工相对容易。

从以上地质条件分析，上下坝址河床砂卵石覆盖层厚度相差不大，下坝址稍厚。下坝址右岸岸坡存在约8 m厚的砂卵石覆盖层，基岩强风化层厚度10.9～24.5 m；上坝址右岸岸坡基岩裸露，强风化层厚度5.0～8.8 m，在坝型选择相同的情况下，下坝址右岸开挖工程量要比上坝址大。下坝址上游约180 m处存在F4断层，断层延伸到右坝肩，大坝存在安全隐患，且库区右岸为单薄岭，在大坝上游右岸500 m范围内发育L1～L6六条大裂隙，可能会增大右岸绕坝渗漏量；上坝址左坝肩处有L7发育，采取固结灌浆等工程措施处理后，对大坝安全基本没有影响。

综上所述，上坝址明显优于下坝址。

3.2.2 库容及经济技术条件比选

根据两坝址水位—库容曲线关系，在坝高基本相同时，下坝址库容要比上坝址大一些。经水文调算，在满足水库供水、灌溉任务的条件下，水库所需总库容约为250万m3。上坝址设计坝高66 m时，对应库容为264万m3；下坝址设计坝高61.5 m时，对应库容为266万m3，上坝址所需坝高要比下坝址高4.5 m，但由于下坝址河谷较宽，约为上坝址的2倍。以采用重力坝为例，经工程布置后，上坝址坝体底部设计长度为29 m，顶部设计长度为97 m；下坝址坝体底部设计长度为62 m，顶部设计长度为137 m。经估算，上坝址坝体混凝土总方量约9.5万m3，下坝址坝体工程量约16万m3，是上坝址的1.7倍。经分析，下坝址库容条件虽然好于上坝址，但投资要比上坝址大得多，不经济。

3.2.3 交通条件

从交通条件来看，上下坝址均位于高深的龙凤峡谷内，上坝均无公路，从介休到水库公路现仅通至龙凤峡谷出口。上坝址距龙凤峡谷出口约2.6 km；下坝址距出口约2.0 km，下坝址上坝公路要比上坝址短650 m。但从地形条件来看，下坝址两岸岸坡为垂直的陡崖，坝顶距离左右岸陡崖顶部平台约50余m，修建上坝公路开挖量很大，且从沟底到坝顶左右岸没有布置上坝公路的地形条件，在此建坝上坝难度很大。从地形看，上坝址存在修建上坝公路的条件，公路可从下坝址左岸下游约200 m开始起坡上坝，施工难度相对较小。

综上所述，推荐采用上坝址方案。

4 结语

通过对龙凤河建坝河段的地理位置、地形、河床纵坡等条件进行分析，选择了龙凤河出峡谷出口前5 km的龙凤河下游河段作为兴建水库枢纽工程的河段；综合比较该河段石口子处上下游坝址地形地质、库容及经济技术、交通条件，选定了石口子上坝址方案。