汾河三期蓄水工程布局及設(shè)計要點

任敏康

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

汾河三期蓄水工程布局及設(shè)計要點

任敏康

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

汾河太原段三期工程是汾河生態(tài)修復(fù)中的重要一環(huán)，被列為山西省重點工程。工程設(shè)計中通過防洪與景觀蓄水的有機(jī)結(jié)合和生態(tài)岸墻的布置及生態(tài)材料的采用，合理解決了防洪與生態(tài)、景觀的關(guān)系，對改善太原段汾河的生態(tài)環(huán)境起到了不可忽視的作用。

蓄水池；生態(tài)岸墻；行洪沖砂槽；蓄水行洪槽；格網(wǎng)石籠

汾河為是山西省境內(nèi)黃河最大的一級支流，發(fā)源于寧武縣管涔山南麓，于婁煩縣靜游鎮(zhèn)流入汾河水庫，出汾河水庫經(jīng)古交峽谷和汾河二庫，由蘭村出山口流經(jīng)太原市城區(qū)，至萬榮縣匯入黃河，全長約716km，其中太原市城區(qū)段長約50km。從20世紀(jì)末開始，省水利廳和太原市先后對城區(qū)段的汾河進(jìn)行了多次治理，包括汾河一、二期工程和2008年啟動的汾河生態(tài)修復(fù)工程。

自2012年開始，為進(jìn)一步加強(qiáng)汾河生態(tài)環(huán)境建設(shè)，山西省委、省政府啟動實施汾河流域生態(tài)修復(fù)重大戰(zhàn)略工程。汾河太原城區(qū)段三期工程作為汾河流域生態(tài)修復(fù)的重要組成部分，通過蓄水建設(shè)和岸邊景觀綠化建設(shè)，恢復(fù)汾河的自我修復(fù)能力，使汾河生態(tài)環(huán)境得到根本好轉(zhuǎn)。

1 工程概況

汾河三期工程治理范圍自汾河太原城區(qū)段二期工程末端繼續(xù)向南延伸12km，貫穿太原市南部新區(qū)，建設(shè)主要目的是滿足太原市城市防洪和推進(jìn)城市發(fā)展的要求，修復(fù)汾河生態(tài)環(huán)境和周邊人居環(huán)境、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的要求。

本治理段河道寬度現(xiàn)狀僅300～330m，不滿足太原市100年一遇防洪要求，需進(jìn)行拓寬治理。為妥善解決防洪、蓄水和綠化景觀矛盾，根據(jù)現(xiàn)狀河道地形條件及工程布置，治理后的河道為復(fù)式斷面，總寬度450m，由中間320～330m寬的行洪、蓄水主槽和兩側(cè)寬80～110m二級臺地組成。

2 蓄水工程布置

本治理段河道全部設(shè)計為蓄水景觀，蓄水長度11.8km。為妥善解決防洪、蓄水、排沙和美化的矛盾，三期工程蓄水布置上采用行洪排沙槽和蓄水行洪槽分開的分槽蓄水方案。為達(dá)到大水面蓄水的景觀效果，通過抬高水位把排沙槽與蓄水槽之間的中隔堤淹沒在水下，可形成全槽蓄水的效果。

根據(jù)《太原市水上運(yùn)動中心規(guī)劃設(shè)計條件》，水上運(yùn)動比賽航道寬230m、直線段長度2.3km、水深3m。從汾河三期工程的總體布置及河道走勢看，經(jīng)1號池小店橋—擬建的10號線橋段滿足2019年全國青運(yùn)會水上運(yùn)動比賽場地的要求，由此綜合確定分為2個蓄水池。1號蓄水池位于祥云橋下游500m—10號線橋下游300m處，長7.4km，寬300～338m，設(shè)計蓄水位775.7m，水深1.9～6.7m。2號蓄水池位于10號線橋下游300m處—治理段末端，長4.4km，寬328～338m，蓄水位772.0m，蓄水深3.0～5.6m。

3 蓄水池設(shè)計要點

3.1 蓄水池水位確定

汾河三期蓄水的主要目的是改善水環(huán)境、營造水景觀及滿足水上比賽場地，因此蓄水池水位的高低主要由景觀和使用功能控制。

3.1.1 補(bǔ)水周期的制約

山西屬嚴(yán)重缺水地區(qū)，蓄水池的水面景觀完全依賴補(bǔ)水維持，根據(jù)一、二期工程多年運(yùn)行經(jīng)驗，近期主要利用灌溉期汾河二庫放水進(jìn)行補(bǔ)水，一般一年補(bǔ)水2～3次。遠(yuǎn)期，根據(jù)《汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃》，2020年太原市生態(tài)補(bǔ)水量為7411萬m3，2030年生態(tài)補(bǔ)水量為7943萬m3，可作為汾河三期工程的長期補(bǔ)水水源。

近期為避免蓄水池因補(bǔ)水不及時而出現(xiàn)露底現(xiàn)象，影響景觀效果，根據(jù)工程運(yùn)行經(jīng)驗，經(jīng)研究論證，蓄水池最小水深（位于壩后）按不小于1.2m控制。

3.1.2 太原市水上運(yùn)動中心航道制約

本工程采用分槽蓄水方案，為滿足景觀要求，避免已建主槽護(hù)岸露出水面而將其分隔成兩個小水面，蓄水池水位確定原則為：已建主槽護(hù)岸頂?shù)淖钚⊙蜎]水深不小于0.5m，同時滿足2019年全國青運(yùn)會水上運(yùn)動比賽場地的要求。水上運(yùn)動場地宜布置在樁號4+ 750（小店橋下游）—樁號7+050（規(guī)劃的10號線橋上游）之間的1號蓄水池內(nèi)。

綜合考慮以上因素，汾河1號蓄水池蓄水位775.7m，現(xiàn)有主槽蓄水深1.9～6.7m，東側(cè)灘地（南環(huán)高速至小店橋）水深2.4～6.7m，西側(cè)灘地（南環(huán)高速至小店橋）水深1.5～4.3m，池長7.4km；2號蓄水池蓄水位772.0m，現(xiàn)有主槽蓄水深3.0～5.6m，東側(cè)灘地蓄水深3.0～5.6m，西側(cè)灘地蓄水深0.5～3.1m，池長4.4km。

3.2 蓄水池生態(tài)岸墻設(shè)計

為滿足生態(tài)性要求，岸墻以生態(tài)土堤為主。

生態(tài)土堤設(shè)計為復(fù)式斷面：上部邊坡1∶5，下部邊坡1∶2，中間設(shè)5m寬的安全平臺銜接，平臺位于正常蓄水位以下0.8m，為安全水深。

岸墻上部坡高1.6m，其中設(shè)計水位以上超高0.8m，坡面采用格網(wǎng)石籠覆土防護(hù)，結(jié)構(gòu)層自上而下依次為0.3m厚種植土、0.3m厚格網(wǎng)石籠、0.2m厚碎石墊層和反濾土工布。

岸墻下部臺階式護(hù)岸高（自河底算起）0～5.9m，采用5m×2m×0.5m格網(wǎng)石籠砌筑，為岸面臺階式，即臨水側(cè)為高0.5m、寬1m的臺階，基礎(chǔ)埋深1.0～1.5m。

寬度5m、水深0.8m的銜接平臺，既是親水、近水的安全水域，也可減少在蓄水池補(bǔ)水不及時、水位降落后，直墻露頂對景觀形成不利影響的幾率。平臺采用0.3m厚格網(wǎng)石籠防護(hù)，下層依次設(shè)0.2m厚碎石墊層和反濾土工布。

采用此復(fù)式斷面具有以下優(yōu)點：一是上部采用1∶5緩坡視覺景觀效果好，利于堤坡綠化和人們在坡上活動、親水等，利于水、陸交錯帶生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育，利于陸生、水生動植物的生活遷移，將平臺和蓄水池連成一個有機(jī)整體。二是下部1∶2邊坡采用臺階式護(hù)岸并淹沒于設(shè)計蓄水位以下，型式為格網(wǎng)石籠重力墻，柔性孔洞結(jié)構(gòu)，利于動物棲息、產(chǎn)卵和避難，利于微生物種群的繁殖。三是冬季采用低水位運(yùn)行時，下部設(shè)置柔性臺階式結(jié)構(gòu)較易適應(yīng)冰脹壓力，可避免在斜坡上形成凍脹切向上推力破壞表面護(hù)砌，適應(yīng)冬季運(yùn)行要求。四是設(shè)置中間平臺既可形成5m寬的淺水域濕地景觀，豐富景觀多樣性和層次感，又可保證近岸親水的安全。

3.3 生態(tài)護(hù)坡材料選用

根據(jù)地勘報告，汾河內(nèi)水質(zhì)具有一定的腐蝕性，通過汾河二期工程多年的運(yùn)行經(jīng)驗可知，鍍鋅網(wǎng)材的抗腐蝕性較差，已多處生銹，故三期格網(wǎng)石籠網(wǎng)材采用抗腐蝕性較好的鋅－5%鋁鍍層鋼絲。

格網(wǎng)石籠護(hù)坡優(yōu)點：格網(wǎng)石籠為柔性結(jié)構(gòu)，對地基的適應(yīng)性強(qiáng)，地基處理費(fèi)用低；格網(wǎng)石籠的網(wǎng)材為專業(yè)生產(chǎn)廠家成品供應(yīng)，質(zhì)量有保證；不需要膠結(jié)材料，施工不受雨雪天及氣溫的限制，且施工工藝簡單，施工速度快；有空洞結(jié)構(gòu)，對魚、蛙等水生動物產(chǎn)卵、越冬、微生物的繁殖以及水生植物的生長均有利，屬生態(tài)型結(jié)構(gòu)；孔隙較大，排水條件好，適應(yīng)抗冰凍和凍脹性能好，且有消浪作用，可減小波浪爬高。

缺點是：工程造價相對較高，0.3m厚格網(wǎng)石籠護(hù)坡單價約90～110元/m2；所用石料尚需通過開山供應(yīng)，對生態(tài)保護(hù)有一定的副作用；坡上草種植初期或生長不好區(qū)域，坡面覆土易被雨水侵蝕和風(fēng)浪淘刷。

3.4 防滲體系設(shè)計

三期工程地處汾河主河道，以不良砂透水地層為主，中間夾有相對穩(wěn)定的隔水層，需進(jìn)行封閉防滲處理。經(jīng)水平黏土防滲和垂直防滲比較，采用水泥土地連墻垂直防滲方案。

蓄水池防滲體系采用垂直防滲墻和暗涵組合的型式，在平面上防滲墻與暗涵錯開布置，設(shè)置在暗涵的內(nèi)側(cè)（臨水側(cè)），并在暗涵內(nèi)側(cè)齒墻上鋪設(shè)寬9.2m、厚1m的黏土層與防滲墻連接，形成防滲墻—暗涵防滲體系。

垂直防滲墻底伸至相對不透水層內(nèi)0.5m，但以不穿透隔水層厚度為前提，防滲墻頂至水平黏土層頂面。防滲墻采用多軸攪拌水泥土地連墻施工工藝，墻厚20cm，固化材料采用普通硅酸鹽水泥。根據(jù)工程經(jīng)驗，結(jié)合本工程地層特點，墻體抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa，壓縮模量不大于1000MPa，滲透系數(shù)不大于A×10-6cm/s（1

4 結(jié)語

因北方大多河道常年無基流，生態(tài)環(huán)境極差。通過河道蓄水景觀和濕地景觀及生態(tài)堤岸的建設(shè)，可改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性可持續(xù)發(fā)展。本蓄水工程的設(shè)計與實施地區(qū)為北方缺水提供了寶貴的治理經(jīng)驗，具有一定的推廣意義。

TU991.34 ［

］C ［

］1004-7042（2016）10-0032-02

任敏康（1976-），男，1999年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)水利水電工程專業(yè)，高級工程師。

2016-08-17；

2016-09-20