汾西县北掌水库坝址比选

2016-02-05周新红

山西水利 2016年8期

关键词：液限沟谷坝址

周新红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

汾西县北掌水库坝址比选

周新红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

北掌水库为中部引黄工程汾西县的调蓄水库，水库位于汾西县南掌村南对竹河的一级支沟上。依据工程地形、地貌、地质、淹没占地等方面对三个坝址进行了详细阐述，结合各坝址优缺点，从坝址现状、实施可行性和技术可行性等方面进行比较，最终选择1号坝址作为推荐坝址。

坝址比选；黄土湿陷性；煤矿采空区；北掌水库

1 工程概况

北掌水库为中部引黄工程汾西县的调蓄水库，水库位于汾西县南掌村南对竹河的一级支沟上，距离汾西县城约15 km；坝址以上控制流域面积6.66 km2，总库容465.5万m3，为小（一）型水库，30年一遇设计，300年一遇校核；大坝为均质土坝，坝高42.2m，坝长266.6m。

2 拟选坝址地质情况

库区位于霍西盆地中北部中低山区，由于构造侵蚀和剥蚀作用，沟谷十分发育，且切割深度大，一般高差100～400m，沟谷内松散沉积层厚度较小，或基岩裸露，且沟谷内存在两岸土质边坡坍塌及因小煤矿采空形成的空洞或塌陷等隐患，不具备修建调蓄水库的条件，选址难度较大。

经过对周边沟谷及对竹河进行详细察勘，结合中部引黄来水及供水点实际情况分析，初步拟定以下三个坝址。

2.1 1号坝址

1号坝址位于对竹河一级支沟南掌村南的南掌沟谷内上游16号淤地坝附近。坝址区沟谷宽80～150m，地面高程936～942m，坝址处因修建淤积坝造地，地形较宽阔平坦。该处地形起伏较大，河谷呈“U”型，沟谷两岸岸坡较陡，谷底较平缓。两岸垂直于主沟的冲沟较发育，多呈梁状，梁宽100～500m，两岸自然坡度40°～70°，山梁高程一般为990～1 050m，相对高差50～100m，属典型梁峁状黄土地貌。发育地层谷底表层为人工堆积低液限粉土，其下为第四系全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾及低液限粉土，下伏基岩为石炭系上统太原组中段灰岩、炭质页岩局部夹煤层。谷底及两岸底部局部基岩裸露。两岸为第四系中、上更新统低液限黏土。

2.2 2号坝址

2号坝址位于对竹河一级支沟南掌村南部的沟谷内1号淤地坝处，离对竹河干流约200m。坝址处谷底宽约80m，地面高程约895m，受人工淤地坝造地改造影响，谷底地势平坦。两岸自然边坡为30°～50°，坡顶高程960～975m。发育地层谷底表层为人工堆积低液限粉土，其下为第四系全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾及低液限粉土，下伏基岩为石炭系上统太原组中段灰岩、炭质页岩局部夹煤层。两岸为第四系中、上更新统低液限黏土。

2.3 3号坝址

3号坝址位于汾西县对竹镇野村南约100m的对竹河干流上。沿对竹河左岸有县道涧对线通过，交通便利。坝址处河谷谷底宽约100m，地势较宽阔，地面高程880～885m。左岸山体较雄厚，自然边坡30°～50°，坡顶高程约1 000m。右岸为一山梁，上下游发育冲沟，近河段梁宽约400m，自然边坡20°～40°。河床及两岸底部基岩裸露，为石炭系上统太原组中段灰岩、炭质页岩局部夹煤层，两岸上部为第四系中、上更新统低液限粉土、低液限黏土。

3 各坝址存在问题

3.1 1号坝址

3.1.1 两岸土质岸坡坍岸问题

在水库回水范围内，两岸多为土质岸坡，仅在库尾基岩裸露。库区左岸坝址至鸡场（三岔口）段自然边坡15°～20°，鸡场至库尾段自然边坡30°～60°，高差50～100m。库区右岸坝址至三叉口上游约300m内，受造地开挖影响，自然边坡50°～70°。岸坡上部为上更新统淡黄色低液限粉（黏）土，厚3～10m，下部为中更新统淡红色低液限黏土夹钙质结核层构成，水库蓄水后将会产生一定的坍岸。

3.1.2 坝址区存在采空区

采空区主要是小煤窑采空形成的空洞或塌陷。据调查，现状库区范围内存在两处塌陷坑，均为采煤开挖巷道塌陷所致。

3.1.3 左右坝肩黄土湿陷性问题

左右岸坡上部为第四系上更新统低液限黏土，淡黄色，结构松散，具大孔隙，厚10～20m。下部为第四系中更新统低液限黏土，浅红、鲜红色，厚10～30m。上更新统低液限黏土及中更新统上部低液限黏土具湿陷性，存在黄土湿陷性问题，为自重湿陷性场地，湿陷等级Ⅱ（中等）～Ⅳ（很严重）。

3.2 2号坝址

3.2.1 库区两岸土质岸坡坍岸

2号坝址与1号坝址位于同一条支沟，处于1号坝址下游约1 km处，地质及地貌条件相似，水库蓄水后同样会产生一定的坍岸。

3.2.2 库区淹没

坝址处于支沟入对竹河出口处，两岸岸坡较缓，谷底平缓，左岸与对竹河分叉处地势相对较低，此处沟谷内建坝，受地形条件限制，库容无法满足调蓄库容的规模要求。若对左岸利用增设副坝措施抬高坝高，将会造成南掌村260人的整体搬迁和国家电网高压线塔基淹没，且绕坝和坝基渗漏会导致下游野村部分房屋浸没，淹没占地约26 hm2。

3.2.3 采空区问题

坝址处沟底两岸各有一处小煤窑，左岸小煤窑洞口现已塌崩掩埋，右岸洞口保存完好。据调查，两个小煤窑主要向两岸及下游方向开采，与下游多个小煤窑贯通。河谷处开采煤层埋深10～20m，煤层厚约1.0m，均为私挖乱采所成，现均被破坏关停，开采时间不详。在此选址易出现采空区塌陷变形以及由采空区引起的渗漏问题。

3.2.4 左右坝肩黄土湿陷性问题

左右坝肩黄土湿陷性问题同1号坝址，左右坝肩为自重湿陷性场地，湿陷等级Ⅱ（中等）～Ⅳ（很严重）。

3.3 3号坝址

3.3.1 库区两岸土质岸坡坍岸

库区左岸山体较雄厚，自然边坡30°～50°，右岸为一山梁，上下游发育冲沟，近河段梁宽约400m，自然边坡20°～40°。两岸上部为第四系中、上更新统低液限粉土、低液限黏土，水库蓄水后将会产生一定的坍岸。

3.3.2 坝基基岩渗漏

坝址处河床及两岸底部基岩裸露，为石炭系上统太原组中段灰岩、炭质页岩局部夹煤层，水库蓄水后，会沿灰岩透水层向下游侧渗漏。

3.3.3 左右坝肩黄土湿陷性问题

左右坝肩地质情况与1号和2号坝址相似，为自重湿陷性场地，湿陷等级Ⅱ（中等）～Ⅳ（很严重）。

3.3.4 淤积库容过大

坝址位于对竹河干流上，控制流域面积114.76km2，其中流域汇流地类为黄土丘陵100.6 km2，灌丛山地14.16 km2。通过水文计算，拟建水库多年平均天然来沙量为38.8万t，年淤积库容29.8万m3。

3.3.5 库区淹没及占地过大

水库淹没及浸没影响涉及北掌村和南掌村570人的整体拆迁及公路淹没问题，淹没占地约79.27 hm2。通过水文调算，设计需总库容990万m3，但兴利库容仅370万m3，而此水库的主要功能为调蓄，投资效率较低。

2号、3号坝址建库可从中部引黄汾西县分水口利用渠道或管道直接自流取水入库，但末端申家庄调蓄水库取水需从此水库加压输水，后续依据用水户的位置基本采用加压供水，长期运行将损失一定的水能；1号坝址建库需要从引黄分水口利用地形扬程约50m的提水泵站加压入库，但末端申家庄调蓄水库取水可从此水库自流输水，后续仍采用泵站加压供水至各用水户。