計 慶 寶

(1.太原理工大學，山西 太原 030024;2.山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024)

1 工程概況

山西省安澤縣西里水電站工程位于安澤縣城南35 km處馬壁鄉(xiāng)郎寨村東的沁河干流上。壩址區(qū)與安澤縣城有國道G307和縣級公路相通，交通方便。

沁河是黃河三門峽—花園口區(qū)間三大支流之一，發(fā)源于山西省長治市沁源縣二郎神溝，流經(jīng)安澤縣、沁水縣、晉城市、陽城縣、澤州縣，由河南省武陟縣匯入黃河，干流全長485 km，其中，山西省境內(nèi)干流長363 km。沁河自羅鄉(xiāng)義亭村北入安澤縣境，至馬壁村南出境，縣境內(nèi)干流長95 km。

本流域地處我國東部季風區(qū)暖溫帶半濕潤地區(qū)的西緣，大陸性季風顯著，四季分明。根據(jù)安澤縣1971年～2000年氣象資料，流域多年平均降水量為552.1 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 516.5 mm，多年平均氣溫為9.3℃ ～10.3℃，平均無霜期為194 d，最大凍土深 81 cm，平均風速 1.5 m/s，多年平均最大風速 18.3 m/s。

西里水電站是沁河干流上一座以發(fā)電為主的小型“以電代燃”水電站，壩址以上流域面積3 936 km2，總庫容996萬m3，正常蓄水位791.1 m。樞紐工程建筑包括重力式非溢流壩、重力式溢流壩、水電站廠房和沖沙泄洪洞4部分。大壩全長159.5 m，其中左岸非溢流壩段長10 m，溢流壩段長90 m，右岸非溢流段長48.5 m，底孔段長11 m。非溢流壩段采用重力壩，壩頂高程796.00 m，壩頂寬度4.0 m，最大壩高30 m。壩體采用漿砌塊石砌筑，上游防滲采用1 m厚現(xiàn)澆混凝土防滲層，壩基設(shè)排水系統(tǒng)。壩底上、下游設(shè)排水廊道，廊道內(nèi)設(shè)置排水孔。右岸非溢流壩段布置有6 m×6 m泄洪排沙孔1孔，以及3個電站壓力引水管道。溢流壩堰頂高程787.6 m，堰面采用折線形實用堰，下游采用圓弧曲線過渡與下游壩坡連接。消能采用挑流消能方式，溢流壩面采用混凝土澆筑，溢流壩最大壩高21.6 m。溢流壩壩頂設(shè)3.5 m高橡膠壩，壩長90 m，采用充水雙錨枕式壩袋，橡膠壩形成110萬m3的電站調(diào)節(jié)池。水電站位于大壩右端漿砌石壩下游，緊接大壩右端漿砌石壩布置三條平行的鋼筋混凝土壓力引水管道，為壩后式，廠房位于大壩右側(cè)的山坡腳下，其軸線平行于壩軸線。廠房下游布置尾水渠和對外交通道路。主廠房建在巖基上，為地面式磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)3臺軸流立式水輪發(fā)電機組。主廠房的右側(cè)為安裝間，其高程和寬度與機組段相同。在安裝間上游側(cè)設(shè)一大門，通往開關(guān)站。副廠房在裝配場的右端，設(shè)2層小樓，1層主要設(shè)中央控制室、直流電設(shè)備室和修理試驗室等房間;2層主要設(shè)會議室、資料室及辦公用房等，總面積200 m2。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

庫區(qū)地貌特征為山間河流寬谷地貌，河谷寬200 m～350 m，近似“U”字形，主要由河床、河漫灘及局部河岸堆積Ⅰ，Ⅱ級階地組成，Ⅰ級階地階面寬一般為70 m，高出河床1 m～3 m，Ⅱ級階地階面寬15 m～200 m，高出河床5 m～12 m。河床縱坡11‰，兩岸為剝蝕低山丘陵，左岸高程775.0 m～937.0 m，在康家山、柘榴園、神灣、南平上村周邊發(fā)育第四系黃土臺地，其余地段基巖出露;右岸高程776.0 m～896.0 m，在衛(wèi)寨一帶及社地溝兩側(cè)為第四系黃土臺地，其他地帶為基巖岸坡。兩岸沖溝發(fā)育，左岸較大沖溝有蘭河溝，右岸較大沖溝有高峪溝和衛(wèi)寨村南沖溝。

2.2 地層巖性

庫區(qū)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)劉家溝組，其次為第四系地層，其由老至新分述如下:

1)三疊系(T)。劉家溝組(T1l):巖性主要為磚紅色、紫紅色、灰白色中厚層細粒長石砂巖、粉砂巖夾數(shù)薄層泥頁巖以及礫巖透鏡體。砂巖大多為泥質(zhì)膠結(jié)，少數(shù)為鈣質(zhì)膠結(jié)，可見少量云母，發(fā)育交錯層理、水平層理。泥頁巖一般較軟弱。礫巖發(fā)育不連續(xù)，多呈透鏡狀出現(xiàn)，在庫區(qū)兩岸大面積出露，厚度400 m～480 m。本次勘察最大深度80 m，未揭穿本層。2)第四系(Q)。a.中更新統(tǒng)洪積(Qpl2):主要為棕紅色低液限粘土，底部往往有0.20 m～4 m厚的砂卵礫石。厚0 m～30 m，零星分布于河谷兩岸黃土臺地上。b.上更新統(tǒng)沖積(Qal3):主要為灰黃色低液限粉土夾砂卵礫石透鏡體，厚0 m～20 m，分布在河谷兩岸山前、山坡地帶。c.全新統(tǒng)洪沖積(Qpal4):主要為砂、卵礫石層;表層為粉細砂或粉土，分布于現(xiàn)代河流的河床、河漫灘，厚0 m～10 m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)地層呈緩波狀褶皺，在壩址單薄山梁右側(cè)發(fā)育短軸向斜，軸向NW，庫壩區(qū)位于向斜北東翼，巖層呈單斜，巖層產(chǎn)狀N30°W/SW∠5°～10°，兩岸巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有 3組:1)N77°～82°E/SE∠73°～87°;2)N30°～38°E/SE∠77°～86°;3)N15°W/NE∠79°～86°。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層。

2.4 水文地質(zhì)條件

庫區(qū)地下水類型有兩類:松散巖類孔隙水及碎屑巖類裂隙水。

1)松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水賦存于第四系松散堆積物中，分布于河谷和河流階地及山間黃土堆積區(qū)，主要含水層為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)中更新統(tǒng)砂卵礫石及粉土。河谷中含水層滲透性較強，水量較大，水位埋深一般為1 m～4 m。

2)碎屑巖類裂隙水。碎屑巖類裂隙水賦存于三疊系下統(tǒng)碎屑巖類裂隙中，砂巖為含水層，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為相對隔水層。區(qū)域侵蝕基準面以上碎屑巖分布區(qū)富水性較貧，河谷地帶相對富水性較好。不論是松散巖類孔隙水還是碎屑巖類裂隙水，其補給來源均以接受大氣降水入滲補給為主，水位均隨季節(jié)性變化，均屬潛水型。據(jù)庫區(qū)兩岸井泉調(diào)查，兩岸地下水位均高于河床水位，上游水位高于下游水位，地下水流向總體由兩岸向河床，由上游向下游流動。

3 水庫浸沒區(qū)影響范圍計算

水庫為山區(qū)水庫，庫尾河床平坦，寬度為1 km左右，地下水位埋深為0 m～6.9 m，需考慮浸沒影響。

浸沒評價引用GB 50287-99水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范附錄C，浸沒地下水臨界埋深按照下式計算:

其中，HCR為浸沒地下水臨界埋深，m;HK為土壤毛細水最大上升高度，m;ΔH為安全超高值，農(nóng)業(yè)區(qū)(農(nóng)作物根系深度)取0.5 m，居民區(qū)(建筑物基礎(chǔ)埋置深度)取1.5 m。

據(jù)豎井資料，可能浸沒區(qū)地下水位以上巖性部分為卵石混合土層，部分為低液限粘土層，根據(jù)剖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)，毛細水最大上升高度一般取1.0 m，地下水位之上卵石混合土層較厚時取0.5 m，浸沒地下水臨界埋深一般按下列標準控制:農(nóng)業(yè)區(qū)為1.5 m，居民區(qū)為2.5 m。

表1 地質(zhì)剖面參數(shù)選取及浸沒預測計算結(jié)果表 m

水庫蓄水后，庫尾由于淤積會產(chǎn)生“翹尾”現(xiàn)象，據(jù)經(jīng)驗淤積末端上延系數(shù)ε取1.04。據(jù)此系數(shù)，尾部上延高度Δh=H(ε－1)=0.6 m，其中，H為蓄水前后的水位差，故末端上延高程為791.7 m。

根據(jù)地質(zhì)條件，浸沒預測時采用含水層均一，隔水層傾斜的壅高計算公式:

其中，d為開始斷面與設(shè)計斷面隔水層高差，m;h1，h均為水庫蓄水前在各斷面處的地下水含水層厚度，m;y1，y均為地下水壅高后在各斷面處的地下水含水層厚度，m。下伏三疊系T1l基巖視為相對隔水層，隔水層頂板高程由庫區(qū)周圍基巖出露情況推測得到。浸沒臨界高程按以下原則確定:農(nóng)業(yè)區(qū):剖面中預測的地下水壅高水位加上1.5 m后與地形線交點處的地面高程就是農(nóng)業(yè)區(qū)的浸沒臨界高程;居民區(qū):剖面中預測的地下水壅高水位加上2.5 m后與地形線交點處的地面高程就是居民區(qū)的浸沒臨界高程。地質(zhì)剖面參數(shù)選取及浸沒預測計算結(jié)果見表1。

4 水庫浸沒區(qū)影響范圍分析

受地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水位等因素的影響，庫尾浸沒區(qū)各處的浸沒臨界高程有一定的差異。通過計算并在剖面中查得:居民區(qū)地下水浸沒臨界高程為794.63 m～795.41 m，農(nóng)業(yè)區(qū)地下水浸沒臨界高程為793.10 m～793.45 m。當?shù)孛娓叱痰陀?93.45 m～795.41 m時，村莊及農(nóng)田會遭受浸沒影響。以居民區(qū)臨界高程圈定浸沒范圍，浸沒范圍約0.27 km2。目前浸沒區(qū)內(nèi)主要為農(nóng)田，主要分布于庫尾。

［1］GB 50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］山西省水利水電勘測設(shè)計研究院.安澤縣西里水電站可行性研究階段工程地質(zhì)勘察報告［R］.