片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫總庫容7.16億立公尺，死庫容0.44億立公尺可進行防洪、興利的調節庫容6.72億立公尺。
拒馬河發源於河北省淶源縣，流經淶源、易縣、淶水山峽地區，至北京房山縣張坊鎮流入平原，並分南北兩支。南拒馬河經淶水至北河店與易水匯流至新城白溝鎮，北拒馬河匯合胡良河、琉璃河後在涿州縣東茨村入白溝河，往南流至白溝鎮匯合南拒馬河後為大清河。
拒馬河位於太行山東麓，流域面積約10000km2。地形特點，西部為山區，流域面積約5000km2，東部為平原。山區多為石質山區，植被較少，坡度較陡。
僅上游淶源以上分水嶺處於黃土高原邊緣地區。平原河槽較窄，坡度很緩。本流域且為華北暴雨中心所在，因此洪水大，危害較為嚴重。
本工程可為東部平原房、淶、涿灌區的一百多萬畝農田灌溉、北京生活及工業用水提供水源。
樞紐建築物包括主壩、付壩、溢洪道、導流洩洪洞、灌溉發電洞及樞紐電站。
圖2-1 片上水庫河谷斷面圖
本區除第四系地層外，均為中震旦系，霧迷山組地層（z2w），分層、厚度及岩性見表2.1。此外尚有燕山期輝綠岩牆侵入體。
表2.1 地層厚度及岩性
輝綠岩和片岩透水性甚微，是本區相對隔水層。
本區構造，普遍發育有兩組構造裂隙，一組為走向北東70度左右，一組為走向北西300-340度，均為陡傾角裂隙。
本區**烈度為7度。
（1）河床覆蓋層
河床寬600餘公尺為第四系沖積砂卵石層所覆蓋，厚度為15-28m，靠左右岸邊各有一沖蝕槽，左側為古河床，以卵石層為主。地下水位約為105-106m。通過抽水試驗，滲透係數k最小為2.
74×10-4m/s，最大8.56×10-3m/s，一般為（2.31~5.
79）×10-3m/s，砂卵石層須防滲處理。
在砂卵石層中，有砂質黏土及細沙夾層。
砂質夾層分布在壩線下游02鑽孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，這些夾層順河方向延伸稍長，以窄條帶狀分布在古河床西側漫灘邊緣和古河床死窪處。
河床右岸發現有含碎石、卵石的砂質黏土層，在基岩面上部，屬岩石的風化殘積層，厚度約1-2m。
總觀，這些夾層分布範圍不大，厚度較薄，一般位置較深，因此對壩體穩定影響不大，但應摸清具體分布範圍，論證其對壩體穩定的影響和確定處理措施。
（2）岩溶、滲漏問題
從岩性看，本區灰岩均係矽質和白雲質灰岩（白雲岩），結晶程度較好，相對不易被溶蝕。據鑽孔分析，本區岩溶發育，一是在壩址區高程70-90m較多發育，二是在片岩層的上下層面處較多發育，但溶洞很少，也很小。深層岩溶問題是不存在的，主要表現為岩溶裂隙。
據壓水試驗，壩基岩石透水性較大，單位吸水量算術平均值為3.2公升/分，大值平均值為14.5公升/分，對壩基滲漏不利。
但在壩下基岩中第2層絹雲母片巖，在壩下普遍分布，厚度3-7m，沒有間斷現象，隔水性好，是防滲的有利條件。不存在順河斷層。
壩基防滲處理時，河床砂卵石層宜做防滲牆，其下第2層片巖出露部分風化較嚴重，宜進行帷幕灌漿，伸入基岩內3-5m，至新鮮岩層處。兩岸帷幕灌漿處理深度，左岸宜20-60m（伸入基岩），右岸岩石透水性較小，平均處理深度可為25m。
（3）地下水動態
據地下水位觀測，壩址區地下水位坡降較小，在右岸為地下水補給河水。但左岸地下水有一「凹陷帶」，從鑽孔資料看，主要是因為該段為古河床主流線部位，砂礫石層中孤石較多，因而透水性大，致使該段地下水位稍低。考慮兩岸地下水位較低，一般工程在106-110m左右，因此存在繞滲問題，建議適當向兩岸適當延長帷幕線，以減少繞滲量。
特別是右岸，為防止滲流改變工程地質條件，建議築壩帷幕與溢洪道帷幕相接，使其連成一體。
（4）左岸崩—坡積物的工程地質條件
左岸壩肩部分，分布有一崩—坡積物，順河方向長約1000餘公尺，寬約120餘公尺，表面以30°坡傾向河谷。在高程140m處厚度最大，約47m，以上逐漸變薄。坡積物下基岩地形呈階梯狀。
坡積物主要為土、碎石及大塊石，從表層坑井看，土的含量較多，約佔50%形成圖夾碎石和塊石，碎石、塊石不起骨架作用，只區域性地段塊石較多。經試驗分析知，屬中等失陷性，浸水下沉問題不嚴重，但厚度較大，總下沉量也是不小的。野外試驗變形模量值（算術平均值）為681kg/cm2，壓縮性不嚴重。
滲透係數為1×10-5m/s，下部透水嚴重。因此築壩時可以不挖除，但必須做好防滲處理以免蓄水後因滲漏惡化其工程地質條件。
（5） 其他建築物的工程地質條件
埡口——付壩
大壩右岸有一埡口，谷底高程141.0m，谷底寬60m，谷底覆蓋砂質黏土，厚度6-8m。在壩高192m高程處，谷寬230m。
谷底右側沿斷層有輝綠岩牆侵入體，走向為北西330-340°，傾向南西，傾角80°，寬52m。輝綠岩風化嚴重，全風化帶厚約10m，半風化帶厚約15m，單位吸水量約0.09-4.
3公升/分。
埡口右側岩層走向北西340°，傾向北東，傾角10°，在高程145-157公尺處分布有兩層片岩，下邊一層已滑石化，極軟弱，遇水崩解。
埡口左側岩層走向近南北，傾向東，傾角10°，在高程185.5-138公尺處，有兩層片岩分布。
據上述地質情況，埡口為一斷層，不利地質條件比較集中，承載力低，抗滑穩定性較低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付壩問題不大。但應進行防滲處理，建議處理深度：右側一般30m，左側一般15-20m，斷層與輝綠岩牆侵入體接觸帶處處理深度不小於50m。
本流域處於山區，夏季炎熱多雨。附近張坊站平均年降雨量740mm，年平均氣溫約為11.6℃，年內氣溫變化較大，最高溫度達43.5℃，最低溫度-26℃。
降雨主要集中在
七、八月份，多年平均降雨量470mm，佔全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在幾次暴雨上，特點是強度大，雨量集中。由於天氣系統及地形抬公升的相互影響，張坊上游的紫荊關一帶極易形成暴雨，如2023年8月上旬、2023年8月中旬、2023年、2023年8月上旬均出現日降雨量大於100mm的暴雨。暴雨過程一般為2-3天。
(1) 洪水
本流域洪水均為暴雨洪水，主要發生在
七、八月份，一次洪水歷時5天左右。較大洪水多是單峰型，陡漲陡落，雙峰或多封不多，且為小水年。據實測20年資料統計，洪峰流量最大為9920m3/s（2023年），最小洪水為45m3/s（2023年）相差220倍。
三天洪量最大為5.67億立公尺（2023年），最小洪量0.08億立公尺（2023年）相差77倍（實測洪水系表列從略）。
本流域調查到的最大洪水為2023年，經計算得洪峰流量為20000m3/s。考慮到下游為寬闊平原，並有京廣鐵路經過，大壩為土壩等情況，取19000m3/s作為校核大壩的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作為設計洪水流量，相應水位186.
8m，依次選定洩水建築物尺寸。
洪水實測資料中，以2023年最大，2023年次之，洪峰流量分別為9920m3/s和4200m3/s，以2023年、2023年的的平均概化過程線為典型，按洪峰流量比值放大計算得設計洪水、校核洪水過程線（見圖2.2）。
圖2.2 片上水庫設計、校核洪水過程線
(2) 年來水量
本水庫上游擬建紫荊關水電站，年徑流按紫荊關-張坊站區間的徑流量計算，紫-張區間年徑流量最大為14.55億立公尺（1956-2023年），最小為1.27億立公尺（1965-2023年），相差11倍，1951-2023年19年系列平均值為5.
74億立公尺。
(3)年輸沙量
本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量佔全年的99%。據實測資料計算，紫-張區間多年平均輸沙量為46萬噸，推移質佔總沙量的20%。經計算，紫荊關水電站建成後，本水庫多年平均來沙量為55萬噸。
（1）設計洪水
考慮到本水庫應有一定的防洪庫容以攔蓄洪水，若降低洪水位對防洪、興利效益大為不利，而若提高洪水位，可能降低京-原鐵路標準或進行區域性改建，協調二者，本水庫設計洪水位定位186.8m（p=1%），相應庫容為6.09億m3。
（2）校核洪水
京-原鐵路在拒馬河左側穿越，有十餘座橋涵通過庫區，橋梁高程最低者為190.44m，墩頂高程為190.26m。
考慮在校核洪水時不影響鐵路正常通車，校核洪水定位190.1m（p=0.1%），相應庫容為7.
16億m3。
（3）死水位
本庫為綜合利用水利樞紐，死水位確定應考慮工業、給水、灌溉、發電等用水要求，確定為130.0m。
（4）汛限水位
根據下游河道現有行洪能力，按2023年洪水限洩1300m3/s時，洪水不漫灘；遇2023年洪水限洩3000m3/s，不超過下游河道洩洪能力；遇校核洪水時，限洩最大流量7000m3/s；水位達到190m時，相應洩量為18000m3/s。根據上述分級標準和相應洪水過程線，調洪計算按分級控制確定防洪庫容，求得設計洪水位以下防洪庫容2.98億m3，設計洪水位至190m庫容0.
56億m3。故總防洪庫容為3.54億m3，相應汛限水位為167.
5m。1） 興利調節
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