吴家庄水库坝址选择研究

南江江

（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

吴家庄水库是浊漳河干流上山西省境内的最后一个控制性工程，控制流域面积9 410 km2，占山西省浊漳河流域面积的80.15%，可以调蓄浊漳河上游南源的漳泽水库、西源的后湾水库及北源的关河水库三座大型水库的弃水及区间径流。水库总库容3.64 亿m3，属于大（2）型水利枢纽工程，是一座以防洪、供水、生态为主，兼顾灌溉、发电的综合利用水库。

水库枢纽坝址的选择受库容条件、库区渗漏，地形地质条件、工程布置、淹没指标及施工条件等因素的制约，还需尽量满足水库与供水区的相对位置及高程要求，使工程供水规模及经济效益尽可能得到充分发挥，故水库坝址所选河段和坝址位置对工程的建设、安全运行和效益影响较大，在水库枢纽前期论证工作中至关重要，需充分研究论证。河段划分及水库坝址位置见图1。

图1 河段划分及水库坝址位置示意图

1 河段选择

按照库容条件、库区渗漏情况、建坝的地形地质条件、与供水区的相对位置等因素，将浊漳河干流山西境内从上游到下游分为四个不同条件的河段，进行比较、分析、论证以确定适合建库的河段。

1）第一河段：为襄垣县合河口村至黎城县前庄沟约10 km 长的河段，该河段上具有代表性的坝址为吴家庄坝址。吴家庄坝址处河槽宽380 m 左右，该段河道平均纵坡1/320，从地形和地质条件上，属于适合建坝的河道。在该河段建坝的主要制约因素是库尾的岩溶渗漏问题，由于该河段河床高程789～758 m，河床较高，若满足建设大型水库的条件，水库正常蓄水位以下的大部分库容将处于库尾的强渗漏区内，会对水库的蓄水、供水能力产生较大的影响，从而无法发挥其应有的效益。因此，该河段不具备兴建大型蓄水工程的条件。

2）第二河段：为黎城县前庄沟至黎城县上遥乡约7 km 长的河段，该河段上具有代表性的坝址为前庄沟坝址、大寺坝址。该河段的河槽略宽于第一河段，最大宽度约410 m，最小宽度约290 m，河床高程约743～758 m，河道平均纵坡1/470。从该河段建坝的库容条件来看，在库尾强渗漏带以下（即825 m 高程以下）的库容基本能够满足要求；从该河段的地形、地质条件来看，大多数河道内均有厚度不等的覆盖层，但没有影响建坝的决定性因素。同时，该河段与水库规划供水区的距离、高差在各河段中是比较适中的，利于布置供水工程和降低供水成本。

3）第三河段：为黎城县上遥乡至潞城市辛安村约25 km 长的河段，该河段的河床宽度基本上都超过了1 km，明显大于其它河段，最大宽度近2 km，河床高程约615～750 m，河道平均纵坡1/190，河道内的河床和两岸大都被厚度较大的黄土和砂卵石所覆盖。由于河道宽度较大、覆盖层较厚，使得建坝的工程量明显大于其它河段。同时，随着坝址的下移，水库与供水区的距离和高差也较上游河段明显增加。此外，还有长（治）邯（郸）铁路、长邯高速公路等重要交通设施从该河段穿过，对水库坝址的选择也有明显影响。

4）第四河段：为潞城市辛安村至省界的平顺县马塔村约43 km 的河段。该河段已进入了太行山峡谷之中，河道平均纵坡1/135，从该河段的地形、地质条件来看属于适合建坝的河道，但由于河道窄、坡度大，建库的库容条件较差，也存在压辛安泉问题。同时，随着坝址的下移，水库与供水区的距离和高差较上游河段明显增加，供水距离增加20～70 km，地形高差较第二河段增加150～300 m，总扬程达420～610 m。

综合以上分析，第二河段从坝址地形地质条件、库区渗漏影响、与供水区的相对位置等因素综合分析，较其它河段有着较明显的优势，因此，选择第二河段作为兴建吴家庄水库枢纽工程的河段。

2 坝址比较

吴家庄水库的坝址一方面受库区渗漏，地质、地形条件等因素的制约，另一方面还要满足水库规划对工程供水规模的要求。在第二河段内，根据地形、地质条件，选择了前庄沟、大寺两个坝址作为比选坝址进行了比较、分析、论证。两坝址相距约2.6 km。

2.1 库容条件

分析库容条件的前提是：供水区缺水比较严重，要求吴家庄水库提供尽量多的供水；从两坝址建坝的经济合理性分析，在坝高基本相同的情况下，两坝址的库容相差不大。但由于前庄沟坝址蓄水位较高，受库区渗漏的影响也大于大寺坝址，因此，为满足供水规模的要求，需要前庄沟坝址的坝高、库容都要大于大寺坝址。

根据以上条件对两个坝址进行调节计算，在供水规模相近的情况下，前庄沟坝址的坝高为108.8 m，总库容为4.48 亿m3；大寺坝址的坝高为84 m，总库容为3.64 亿m3。

2.2 库区渗漏情况

库区可溶岩广泛分布于浊漳河干流大河南村上游至库尾，特别是由于库尾浊漳河西南源、北源均属悬托型河床，地下水位低于河水位8～175 m 左右，而且825 m 高程以上河道分布岩层均为奥陶系中统O2地层，从而在该高程以上形成了库区岩溶渗漏的强渗漏区。因此，库区渗漏的程度将直接影响到水库建设的规模，是库区最主要的工程地质问题。

通过两坝址的兴利调节计算确定水库多年平均规划入库径流量为3.04 亿m3，根据水库规划运行方案，通过对不同蓄水位库区渗漏量的初步分析计算，当库水位在825 m 及以下时，水库年总渗漏量约占规划入库年平均径流量的10%左右，属于少量渗漏或微弱渗漏。当库水位大于825 m 时，水库年总渗漏量约占规划入库年平均径流量的30%以上，库区为中等至极严重渗漏。

从图2 可以看出，当库水位低于825 m 时曲线较缓，高于825 m 时曲线急剧变陡，即渗漏量增加较快，渗漏量很大，处理难度较大，建库条件较差。

图2 水库水位-渗漏量关系曲线图

由于两坝址的河床高程相差约10 m 左右，在供水规模、库容条件相近的情况下，前庄沟坝址的正常蓄水位高于大寺坝址，其受库尾强渗漏区的影响程度也明显大于大寺坝址。

2.3 地形地质条件

大寺坝址河床高程744.5 m，两岸地形较陡，坡度一般为35°～45°，河床纵向水力坡降3‰，河水位高程748 m，河谷底宽540 m，靠左侧宽150 m 段全新统覆盖层厚度2～4 m，右侧发育古深槽，深槽内基岩面以上上更新统厚度54～59.67 m。河谷左岸基岩裸露，右岸库水位以下发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，两岸河流阶地呈不对称分布。

前庄沟坝址位于前庄沟口下游约300 m 处，河床高程753.7 m，河谷底宽260 m，靠左岸发育古深槽，深槽宽150 m，最深达60 m，深槽底部基岩面高程724.23 m，槽内岩性为砂卵石夹黏性土层，砂卵石为级配不良砾。河谷右岸出露石英砂岩、石英岩状砂岩，左岸发育Ⅱ、Ⅲ级河流阶地，构成左岸坝肩台地，台地上松散堆积物厚44～46 m，岩性上部为黏性土层，下部为砂卵石层。

两坝址地层岩性均为石英砂岩，冲沟和阶地河床分布第四系松散层。

两坝址相距2.6 km，地层岩性及工程地质条件相近，从地质角度看，修建土石坝或土石坝与混凝土重力坝相结合的混合坝型均可行，但从古深槽的分布宽度、溢流坝段基岩出露情况、坝基抗滑稳定和边坡稳定看，前庄沟坝址略优于大寺坝址。

2.4 工程布置及施工条件

两个坝址场地条件比较开阔，均易于布置工程建筑物。但大寺坝址由于发育河漫滩，其大坝长度比前庄沟坝址长200 m，坝基开挖工程量及坝体工程量均明显大于前庄沟坝址。

大寺坝址处河床宽约540 m，采用混凝土面板砂砾石坝，需在岸边布置导流泄洪洞和溢洪道。导流泄洪洞布置在大坝左岸，溢洪道布置在大坝右岸，其石方开挖量很大。其开挖料中一部分可利用为筑坝材料，经开挖量和大坝填筑量的平衡分析，总体上还是经济的。

前庄沟坝址处河床宽约400 m，由于坝址两岸布置岸边溢洪道和导流泄洪洞的地形地质条件较差，采用混凝土重力坝与混凝土面板砂砾石坝结合的混合坝型，并利用重力坝段布置泄洪底洞和溢流坝。根据所选坝型，大寺坝址采用全断面围堰进行施工导流，前庄沟坝址采用原河床和泄洪底洞进行分期导流。两种方式各有特点，从施工条件看两差异不大。但由于前庄沟坝址包括了混凝土坝段，其枢纽施工工期明显比大寺坝址长。

根据供水区的位置，供水线路前庄沟坝址较大寺坝址增加了约2.6 km。

2.5 淹没指标比较

两坝址方案蓄水位进行的淹没调查结果，大寺坝址淹没范围涉及黎城、襄垣的11 个村，淹没人口2 976 人，淹没耕地308.33 hm2；前庄沟坝址淹没范围涉及黎城、襄垣的11 个村，淹没人口2 927 人，淹没耕地321.80 hm2。两个坝址淹没指标相差不大。

2.6 投资比较

大寺和前庄沟两坝址经济指标对比见表1。

表1 两坝址技术经济指标对比表

3 坝址选择

从表1 中可以看出，由于受库区渗漏的影响，前庄沟坝址尽管将正常蓄水位增加至840 m，总库容也明显大于大寺坝址，但其供水能力却小于大寺坝址。前庄沟坝址坝高比大寺坝址高20 余m，工程量较大且在北源和西南源库尾各设1 座混凝土截渗隔离坝，其工程总投资比大寺坝址投资高7 亿多元，单方供水量投资大38%。两个坝址水库淹没指标相差不大。经技术经济综合比较分析，以大寺坝址作为吴家庄水库的推荐坝址。

4 结语

水库坝址的选择对工程的建设和安全运行影响较大，是水库枢纽设计的重中之重，坝址方案对节约工程投资、提高经济效益、缩短建设工期起到主导作用。水库选址一般都受到坝址区的库容条件、库区渗漏情况、地形地质条件、与供水区的相对位置、工程布置、施工条件、淹没指标及工程投资等诸多因素的影响，不能单纯以工程投资作为确定坝址的唯一条件，应当综合考虑上述多方面的影响因素，进行全面的分析论证，经技术经济综合比较后确定坝址方案。