不同水庫增容方案工程地質問題分析

王明霄，伏祥龍

（山東省水利勘測設計院有限公司，濟南 250013）

1 工程概況

周村水庫位于棗莊市中區(qū)孟莊鎮(zhèn)周村南， 淮河流域運河水系西泇河上游，控制流域面積121 km2，總庫容8 404 萬m3，水庫正常蓄水位（興利水位）127.881 m，興利庫容4 442 萬m3；死水位116.081 m，死庫容658 萬m3，是一座以防洪為主、兼顧農業(yè)灌溉和城市供水等綜合利用的中型水庫。

水庫于1960 年基本建成，樞紐工程由大壩、溢洪閘、溢洪道、電站和放水洞等部分組成[1]。 大壩為均質土壩，壩頂長1 070 m，壩頂高程為134.0 m，頂寬6.5 m，最大壩高29 m。

水庫在保證防洪安全的前提下，適當擴大興利庫容，加強水庫調蓄能力，可以有效利用當?shù)赜旰橘Y源，達到豐補枯用，提高水庫的供水能力，緩解市中區(qū)城市與生活用水緊缺局面。水庫增容后任務不變，仍是一座以防洪、城市供水為主的綜合利用的中型水庫。

2 水庫增容技術方案

2.1 增容方案擬訂原則

1）盡量減少占地原則。為保證18 億畝（1 畝≈666.67 m2）土地紅線，減少項目立項審批難度，水庫增容時，盡可能采取工程措施以減少占地。

2）主體工程基本維持原則。 周村水庫2010 年完成除險加固，本次增容方案擬訂盡量不影響大壩等主體工程，避免對水庫主體工程進行大規(guī)模改造，以避免重復工程，減少浪費。

3）效益費用比最優(yōu)原則。 水庫增容時綜合考慮增容工程投資、效益及對上下游、第三者的影響，盡量選擇效益費用比最優(yōu)的方案。

2.2 增容方案擬訂

根據水庫來水條件、用水需求，并結合周村水庫增容潛力分析成果，擬訂兩個水庫增容方案進行比選。

1）庫區(qū)開挖方案。現(xiàn)狀興利水位127.88 m 保持不變，開挖120.90～127.88 m 高程之間庫區(qū)。通過庫區(qū)開挖增加興利庫容。

2）現(xiàn)狀興利水位抬高0.7 m 方案。在現(xiàn)狀興利水位127.88 m的基礎上抬高0.7 m，庫周淹沒占地采用抬田措施。

3 水庫增容所產生的主要影響

3.1 庫區(qū)開挖方案

庫區(qū)開挖會影響庫岸周邊的部分巖質邊坡或土質邊坡穩(wěn)定，形成岸坡坍塌。

3.2 現(xiàn)狀興利水位抬高0.7 m方案

3.2.1 影響大壩主體工程

周村水庫除險加固工程設計時， 按照原設計興利水位127.88 m 作為起調水位進行特征水位計算，設計大壩、溢洪閘等主體工程加固措施[2]。 本方案提高水庫興利水位后，會對水庫主體工程如大壩、溢洪閘等產生影響。

3.2.2 影響淹沒占地

水位抬高后， 勢必會增加現(xiàn)狀設計興利水位以上淹沒占地及其他遷占問題。

3.2.3 產生庫區(qū)浸沒

水位抬高后，庫區(qū)浸沒范圍有所增加。 水庫周邊巖質岸坡由頁巖、頁巖夾灰?guī)r、灰?guī)r等組成，一般不存在浸沒問題。土質岸坡主要有黏土和壤土組成，水位抬高后，部分段容易產生浸沒。

3.2.4 對房屋、樹木等地面附著物影響

周村水庫現(xiàn)狀127.88 m 等高線附近有部分居民點， 水庫水位抬高后， 必然會對興利水位附近居民點和重要設施產生不利影響[3]。

3.2.5 影響回水段堤防和建筑物

水庫抬高水位后，上游回水范圍會增加，影響回水段堤防和建筑物。

3.2.6 影響庫岸穩(wěn)定

抬高興利水位后， 影響庫岸周邊的部分巖質邊坡或土質邊坡穩(wěn)定，形成岸坡坍塌。

4 不同增容方案存在的工程地質問題

4.1 大壩主體工程

在壩址區(qū)采用高密度電法進行勘探（見圖1），從整體上分析，大壩分為3 個部分。 第一部分為壩體頂部的松散層，厚度1.5～2.0 m，這一部分的特征是壩體結構松散，壤土含量低，電性上則表現(xiàn)為較高的電阻率值(一般大于70 Ω·m)，滲透系數(shù)較大。 第二部分為大壩的主體層，由黏土組成，該層滲透性小，隔水能力強，在電性上則表現(xiàn)為較低的電阻率值(一般小于50 Ω·m)，局部電阻率較低，說明含水量較大。第三部分為壩基薄層灰?guī)r夾頁巖，在電性上表現(xiàn)為較高的電阻率，綜合電阻率表現(xiàn)為100 Ω·m 以上，強風化厚度較大，基巖面由左向右逐漸降低，沒有發(fā)現(xiàn)斷層表現(xiàn)異常。

圖1 壩址區(qū)高密度電阻率成像剖面圖

通過對高密度電阻率法探測資料的處理和分析， 可知壩頂存在一層厚1.5～3.5 m 左右的碎石土，壤土含量較少，透水性較好，電性上表現(xiàn)為電阻率值較高。 采取庫區(qū)開挖方案大壩主體工程滿足增容需求； 采取抬高興利水位方案需清除壩體頂部碎石土，并對壩體及防滲體進行接高。

4.2 庫區(qū)滲漏問題

水庫周邊山坡地帶分布巖性主要為張夏組厚層鮞狀灰?guī)r及頁巖與灰?guī)r互層， 庫岸及庫盆分布巖性主要為寒武系饅頭組頁巖，巖層產狀為165°∠7°，產狀平緩，透水性較差，為主要隔水層。 水庫地處低山丘陵區(qū)，兩岸山體寬厚，分水嶺均高出設計洪水位， 且與鄰谷距離較遠， 無大的構造帶形成滲漏通道，水庫封閉條件較好[4]。 庫區(qū)典型地質剖面如圖2 所示。

圖2 庫區(qū)典型地質剖面圖

采取庫區(qū)開挖方案及抬高興利水位方案均不會引起新的庫區(qū)滲漏問題。

4.3 庫岸穩(wěn)定問題

水庫周邊構成庫岸岸坡的巖性包括基巖和第四系松散堆積物。 根據巖性不同可分為巖質岸坡、巖土混合岸坡及土質岸坡，在目前運行水位條件下，庫岸是穩(wěn)定的。

采取庫區(qū)開挖方案，水庫興利水位不變，增容后不會對庫岸穩(wěn)定產生影響；采取抬高興利水位方案，土質岸坡及巖土混合岸坡受波浪沖刷，易產生淘蝕破壞，存在庫岸再造現(xiàn)象。

4.4 庫區(qū)淤積問題

庫區(qū)周邊山體巖性以灰?guī)r和頁巖為主， 由于長期的風化剝蝕作用，頁巖表層風化呈碎片狀，受雨水沖刷大量風化物被沖入河流隨河水入庫，造成庫區(qū)淤積，對大壩安全構成威脅[5]。

采取庫區(qū)開挖方案， 可有效清除庫底腐殖質等會對水質產生不利影響的沉積物，有效降低了庫區(qū)內的腐殖質含量，對于凈化水質、修復水生態(tài)環(huán)境有著積極的作用。

4.5 庫區(qū)浸沒問題

構成巖質岸坡、巖土混合邊坡的主要巖性為頁巖、頁巖夾灰?guī)r、灰?guī)r等，多具有微弱透水性，屬相對不透水層，同時地形地貌上屬于丘陵區(qū)，地勢由庫區(qū)向庫岸山體逐漸陡峻，不存在浸沒問題。 土質岸坡段主要由黏土和少量壤土組成， 直接臨水，土層毛細性較強，地下水埋藏較淺，水庫周邊土質岸坡段易形成浸沒。

采取庫區(qū)開挖方案及抬高興利水位方案土質岸坡均存在浸沒現(xiàn)象，但庫區(qū)開挖方案不新增浸沒面積，抬高興利水位方案會增加淹沒及浸沒占地面積。 工程地質問題定性綜合分析對比見表1。

表1 水庫增容方案工程地質問題定性綜合分析對比表

5 結語

周村水庫是棗莊市市中區(qū)較大的水庫，在經濟社會發(fā)展中起著極為重要的作用，水庫增容工程的實施，可進一步提高對當?shù)赜旰橘Y源利用及上游來水的調蓄能力。 在水庫增容設計過程中，需對不同增容方案對大壩主體工程的影響，存在的庫區(qū)滲漏、庫岸穩(wěn)定庫區(qū)淤積、庫區(qū)浸沒等工程地質問題進行對比分析，根據增容方案擬訂原則，選擇占地較少、對主體工程影響較小、效益費用比最優(yōu)的方案，供設計人員重點參考。