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孟莊鎮周村南， 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，可以有效利用當地雨洪資源，達到豐補枯用，提高水庫的供水能力，緩解市中區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模改造，以避免重復工程，減少浪費。

3）效益費用比最優原則。 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）庫區開挖方案。現狀興利水位127.88 m 保持不變，開挖120.90～127.88 m 高程之間庫區。通過庫區開挖增加興利庫容。

2）現狀興利水位抬高0.7 m 方案。在現狀興利水位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 庫區開挖方案

庫區開挖會影響庫岸周邊的部分巖質邊坡或土質邊坡穩定，形成岸坡坍塌。

3.2 現狀興利水位抬高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 產生庫區浸沒

水位抬高后，庫區浸沒范圍有所增加。 水庫周邊巖質岸坡由頁巖、頁巖夾灰巖、灰巖等組成，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，電性上則表現為較高的電阻率值(一般大于70 Ω·m)，滲透系數較大。 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巖夾頁巖，在電性上表現為較高的電阻率，綜合電阻率表現為100 Ω·m 以上，強風化厚度較大，基巖面由左向右逐漸降低，沒有發現斷層表現異常。

圖1 壩址區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，電性上表現為電阻率值較高。 采取庫區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巖及頁巖與灰巖互層， 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，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]。 庫區典型地質剖面如圖2 所示。

圖2 庫區典型地質剖面圖

采取庫區開挖方案及抬高興利水位方案均不會引起新的庫區滲漏問題。

4.3 庫岸穩定問題

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，庫岸是穩定的。

采取庫區開挖方案，水庫興利水位不變，增容后不會對庫岸穩定產生影響；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，存在庫岸再造現象。

4.4 庫區淤積問題

庫區周邊山體巖性以灰巖和頁巖為主， 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，造成庫區淤積，對大壩安全構成威脅[5]。

采取庫區開挖方案， 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，有效降低了庫區內的腐殖質含量，對于凈化水質、修復水生態環境有著積極的作用。

4.5 庫區浸沒問題

構成巖質岸坡、巖土混合邊坡的主要巖性為頁巖、頁巖夾灰巖、灰巖等，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，地勢由庫區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。

采取庫區開挖方案及抬高興利水位方案土質岸坡均存在浸沒現象，但庫區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較大的水庫，在經濟社會發展中起著極為重要的作用，水庫增容工程的實施，可進一步提高對當地雨洪資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，存在的庫區滲漏、庫岸穩定庫區淤積、庫區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、效益費用比最優的方案，供設計人員重點參考。