介休市北辛武堤外調(diào)蓄水工程設(shè)計(jì)

張柴蕾

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

汾河流域生態(tài)修復(fù)介休市北辛武堤外調(diào)蓄水工程，是《汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃（2015—2030）》確定的堤外調(diào)蓄水工程之一，工程位于北辛武村以北0.4 km，工程依托中游核心區(qū)干流蓄水工程，布設(shè)于汾河干流堤外低洼地帶，位于14號(hào)液壓壩及15號(hào)液壓壩蓄水范圍內(nèi)。目前干流蓄水工程液壓壩及附屬建筑物已基本完成，堤外調(diào)蓄水工程具備實(shí)施條件。工程區(qū)現(xiàn)狀為自然低洼地，其地形高程與汾河灘地基本持平，比周邊地形低1.5 m左右，局部回填有煤矸石。

1.1 工程現(xiàn)狀存在的主要問題

工程區(qū)蓄水后退水問題。根據(jù)《規(guī)劃》，汾河生態(tài)修復(fù)堤外調(diào)蓄水工程是依托于汾河干流的蓄水工程，通過在汾河干流堤防修建進(jìn)、退水閘門，使汾河干流和堤外調(diào)蓄水工程相互連通，蓄泄自如，有效控制和利用洪水。工程區(qū)位于汾河干流蓄水工程14號(hào)液壓壩蓄水區(qū)范圍內(nèi)，通過在堤防修建進(jìn)水閘來高水位引水，退水需在14號(hào)液壓壩壩后低水位退水。

工程區(qū)煤矸石對(duì)蓄水后水體水質(zhì)的影響。煤矸石是煤炭工業(yè)的副產(chǎn)物，在蓄水區(qū)內(nèi)其有毒、有害組分會(huì)遷移到水體中，造成水環(huán)境的污染。主要污染物為硫和重金屬污染。

1.2 工程任務(wù)和規(guī)模

本工程的主要任務(wù)，是通過對(duì)北辛武堤外低洼地帶進(jìn)行新建圍堤和景觀綠化，調(diào)蓄汾河干流洪水，抬升地下水位、凈化水質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境；充分利用雨洪資源，為灌溉及發(fā)展觀光旅游等創(chuàng)造條件。

北辛武蓄水區(qū)為汾河干流蓄水區(qū)建設(shè)中的一部分，可形成堤外蓄水區(qū)11.7萬m2，調(diào)蓄水總量30.0萬m3，滯洪量30.0萬m3。

2 工程布置

2.1 工程等別和建筑物級(jí)別

北辛武蓄水區(qū)位于介休市境內(nèi)汾河干流河道左側(cè)，調(diào)蓄水量為30.0萬m3，滯洪量30.0萬m3。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017），依據(jù)蓄水區(qū)蓄水量劃分，確定蓄水區(qū)治理工程等別為Ⅴ等，主要建筑物等級(jí)為5級(jí)，次要建筑物等級(jí)為5級(jí)。據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）及附錄A，工程區(qū)地震加速度值為0.20 g，相應(yīng)地震基本烈度為8°。

2.2 工程總體布置原則

根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，結(jié)合蓄水區(qū)治理段河道特點(diǎn)，工程布置遵循以下原則：

工程服從相關(guān)規(guī)劃的原則。工程應(yīng)遵循《汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃（2015—2030）》《汾河流域生態(tài)修復(fù)中游核心區(qū)干流蓄水工程實(shí)施方案》等所確定的原則、目標(biāo)及要求進(jìn)行。蓄水區(qū)緊鄰堤防布設(shè)，水位依靠堤防及閘門控制，蓄排自如，既能留住洪水，又不形成洪澇災(zāi)害。

充分體現(xiàn)生態(tài)水利的原則。充分貫徹生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)理念。在平面設(shè)計(jì)上，盡可能維持蓄水區(qū)周圍岸線蜿蜒的自然形態(tài)。立面設(shè)計(jì)上，采用環(huán)保材料護(hù)岸，保持蓄水區(qū)與四周生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性，使水、陸兩相緊密聯(lián)系，形成開放的生境條件，造就完整的生態(tài)系統(tǒng)。

遵循技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則。蓄水區(qū)選擇在干流大堤外側(cè)、歷史上洪澇易發(fā)的低洼地帶，充分利用現(xiàn)有堤外低洼地就近取水、減少開挖土料，少占耕地，降低工程總造價(jià)等。蓄水區(qū)的高程以滿足從汾河自流進(jìn)水為原則。較高地段，結(jié)合人工清淤恢復(fù)，低洼地段設(shè)堤圍湖，堤高按高出地面2.0 m左右控制。

2.3 工程總體布置

北辛武蓄水區(qū)位于北辛武村以北0.4 km處，汾河干流左側(cè)，14號(hào)壩上游0.2 km，呈半葫蘆狀，順汾河河道向長(zhǎng)990 m，寬300 m。北辛武蓄水區(qū)可通過14號(hào)壩蓄水池上游設(shè)置進(jìn)水閘引水，通過埋設(shè)DN 900鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管穿汾河大堤退水，設(shè)置退水閥井一座。北辛武蓄水區(qū)設(shè)計(jì)調(diào)蓄水水位及滯洪水位高程均為736.0 m，水深1.5～5 m。

3 主要建筑物設(shè)計(jì)

3.1 圍堤設(shè)計(jì)

圍堤堤線布置以堤外低洼地帶自然岸線為基礎(chǔ)，順應(yīng)天然陡坎的自然規(guī)律和演變特性，通過工程措施，對(duì)現(xiàn)有岸線進(jìn)行防護(hù)。汾河大堤側(cè)圍堤控制線在汾河大堤的保護(hù)范圍外布設(shè)，圍堤控制線距離汾河大堤堤腳20 m。

圍堤的堤型，結(jié)合調(diào)蓄水工程運(yùn)行的功能及生態(tài)要求，確定采用斜坡自然入水式堤岸。圍堤堤頂寬度確定為7 m，包括5 m的瀝青混凝土路面和兩側(cè)各寬1 m的綠化帶。

圍堤邊坡系數(shù)的確定，要滿足堤坡穩(wěn)定的要求，根據(jù)圍堤的級(jí)別、堤身結(jié)構(gòu)、堤身高度、填筑土堤、護(hù)坡情況、堤基土層及其強(qiáng)度等因素綜合確定，本工程圍堤迎水坡為生態(tài)護(hù)岸，邊坡采用1∶3，背水坡1∶3，汾河大堤堤防現(xiàn)狀邊坡不滿足1∶3的培厚至設(shè)計(jì)要求。

圍堤均為土堤，擬采用調(diào)蓄水區(qū)內(nèi)開挖土料填筑。堤身填筑前，首先應(yīng)清楚原地面表層雜填土、耕植土、建筑垃圾等，清基厚度為0.2 m。堤身回填應(yīng)分層碾壓，黏性土回填壓實(shí)度不小于0.91，無黏性土相對(duì)密度不小于0.60。

北辛武堤外調(diào)蓄水工程建成后，設(shè)計(jì)最大水深5 m，勢(shì)必對(duì)兩岸堤外存在一定的浸沒影響，為了減緩浸沒危害，增設(shè)防滲加固措施，延長(zhǎng)滲徑是非常必要的。因此，工程擬采用垂直水泥土地連墻的防滲設(shè)計(jì)，減緩調(diào)蓄水區(qū)水平滲漏通道，從而達(dá)到減緩浸沒危害的目的，防滲長(zhǎng)度為0.99 km，面積1.65萬m2。

3.2 圍堤護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

可行性研究階段選取了三種護(hù)岸型式進(jìn)行方案比較，分別是格網(wǎng)石籠護(hù)坡、抗沖生物毯護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡。針對(duì)本工程，綜合考慮各方面因素，實(shí)施方案階段本工程生態(tài)護(hù)坡方案考慮采用抗沖生物毯護(hù)坡，即鋪設(shè)椰絲纖維植生復(fù)合毯方案。

椰絲纖維植生復(fù)合毯，以上、下兩層加筋網(wǎng)與中間的天然植物纖維網(wǎng)、營(yíng)養(yǎng)育苗布、多樣化草籽構(gòu)成，通過復(fù)合整形工藝加工而成的一種新型可降解環(huán)保植生毯狀材料。

其主要特點(diǎn)為：生態(tài)修復(fù)性強(qiáng)，以植物纖維網(wǎng)、營(yíng)養(yǎng)育苗布為載體，根據(jù)邊坡地形、地貌、土質(zhì)和地域氣候的特征，配以多種植物草籽，具有很好的生態(tài)修復(fù)作用；保護(hù)性強(qiáng)，為草種的發(fā)芽及生長(zhǎng)提供良好的保護(hù)環(huán)境，保證草種快速生長(zhǎng)成坪；防護(hù)性好，植物根系深入堤坡土體，達(dá)到加筋防沖蝕的目的，提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力；施工速度快，相對(duì)于其他護(hù)坡材料施工方便快捷，省時(shí)省工，節(jié)約成本。

圍堤斷面采用梯形斷面，頂寬7.0m，堤頂設(shè)置5.0m寬的堤頂?shù)缆芳?.0 m寬的綠化帶，種植喬木、灌木和草本植物，圍堤內(nèi)邊坡1∶3，內(nèi)邊坡在高程735.7 m處設(shè)置淺水平臺(tái)，水深0.7 m，寬3 m，種植蘆葦?shù)人参?。圍堤外邊?∶3接現(xiàn)狀地面，圍堤總長(zhǎng)2 098 m。

內(nèi)邊坡防護(hù)至設(shè)計(jì)堤頂高程，即高出設(shè)計(jì)蓄水位0.5 m，防護(hù)底高程至736.1 m，下設(shè)格網(wǎng)石籠防護(hù)基礎(chǔ)，深1.5 m。

堤外蓄水區(qū)現(xiàn)狀場(chǎng)地內(nèi)局部存在煤矸石回填區(qū)域，結(jié)合工程的實(shí)際情況及蓄水區(qū)的生態(tài)建設(shè)性質(zhì)，本次擬將煤矸石全部挖除運(yùn)至張?zhí)m鎮(zhèn)上梁村渣場(chǎng)內(nèi)。

3.3 退水建筑物設(shè)計(jì)

在靠近蓄水液壓壩的汾河大堤上，布置進(jìn)水閘及退水閥井，通過高水位引水，低水位退水，來解決蓄水區(qū)的引水和水循環(huán)。本次設(shè)置一座進(jìn)水閘、310 m DN 900 mm鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管、20 m DN 900 mm鋼管和一座退水閥井來滿足進(jìn)、退水。進(jìn)水閘布置在14號(hào)液壓壩上游左堤100 m處，采用鋼壩閘，寬10 m，高3.0 m。退水通過埋設(shè)DN 900 mm鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管和鋼管穿汾河大堤退水，退水管鋪設(shè)長(zhǎng)度330 m，其中穿汾河大堤采用DN 900 mm鋼管。

退水閥井布置在14號(hào)液壓壩下游左堤100 m處，退水閘尺寸為5.4 m×5.4 m，深7.5 m。退水閘采用C 30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚800 mm，下設(shè)C 15素混凝土墊層100 mm厚，閥井邊墻400 mm厚，頂板厚300 mm，預(yù)留DN 800進(jìn)人孔。

3.4 調(diào)蓄水區(qū)滯洪工程設(shè)計(jì)

根據(jù)《汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃》及《汾河流域生態(tài)修復(fù)中游核心區(qū)干流蓄水工程實(shí)施方案報(bào)告》，在每個(gè)調(diào)蓄水工程區(qū)上游堤防修建進(jìn)水閘，在下游修建退水閘，利用進(jìn)水閘，將洪水引入調(diào)蓄水區(qū)，蓄滯洪水，利用下游退水閘再退入河道。

為最大限度的回補(bǔ)地下水，在汛期通過攔截末端洪水引入堤外調(diào)蓄水工程，以增補(bǔ)地下水。滯洪水位高程結(jié)合汾河干流核心區(qū)正常蓄水位及堤外調(diào)蓄水工程的實(shí)際，確定滯洪水位和正常蓄水位采用同一水位736.0 m，最大滯洪量為30.0萬m3。

3.5 調(diào)蓄水區(qū)綠化設(shè)計(jì)

北辛武蓄水區(qū)綠化采用自然形式，以植物綠化造景為主。圍堤綠化應(yīng)用植物生態(tài)學(xué)原理，從生態(tài)的角度考慮植物配植，從而構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境。整體的造景以喬木、灌木及草本植物相結(jié)合，即便在寒冷的冬季也能觀賞到常綠的樹。

圍堤堤頂路兩側(cè)各設(shè)置一排行道樹，栽植油松、紫葉李、西府海棠、膠東衛(wèi)毛球等。油松間距5 m，油松高度采用2.5 m，冠徑不小于2 m，共栽植油松890株；紫葉李間距10 m，冠徑1.5 m，共栽植445株；西府海棠間距10 m，冠徑不小于2.5 m，共栽植445株；膠東衛(wèi)毛球間距5 m，高度不小于1 m，共栽植890株；其余裸露地面種植狗牙根，種植面積為4 449 m2。淺水區(qū)域沿圍堤寬度3 m范圍內(nèi)栽植水生植物蘆葦?shù)?，栽植面積為7 088 m2。

4 結(jié)語

本工程的實(shí)施，是貫徹習(xí)近平總書記視察山西時(shí)的特別囑托：“要高度重視汾河的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，要讓汾河水量豐起來、水質(zhì)好起來、風(fēng)光美起來”的重要舉措。嚴(yán)格落實(shí)省委、省政府決策部署，對(duì)于改善介休市當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，推動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜蔚陌l(fā)展起著重要的作用。