桑干河神嘴窩綜合治理與生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

李浩亮

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024）

神嘴窩生態(tài)蓄水工程，是永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目山西段桑干河干流規(guī)劃的10 處生態(tài)蓄水濕地之一，位于山西省朔州市懷仁縣東南神嘴窩村南的桑干河干流上，距懷仁縣約13km，距朔州市約110km，距大同市約38km。項(xiàng)目實(shí)施將形成濕地水面113.8 hm2，總蓄水量95.2萬(wàn)m3。

桑干河綜合整治與修復(fù)的治理重點(diǎn)是防洪薄弱環(huán)節(jié)治理、河道生態(tài)修復(fù)、河道防護(hù)林建設(shè)以及河道生態(tài)濕地四部分。工程建設(shè)內(nèi)容基本滿足近期河道輸水及生態(tài)景觀要求，但不能從根本上改變桑干河的“輸血”和“造血”功能，建議生態(tài)修復(fù)采用近期“治標(biāo)”與遠(yuǎn)期“治本”相結(jié)合的治理思路，即近期依靠萬(wàn)家寨引黃北干線應(yīng)急補(bǔ)水“輸血”，恢復(fù)流域地下水位，遠(yuǎn)期恢復(fù)河道基流，實(shí)現(xiàn)流域“造血”功能。因此，在投資不增加的條件下，在桑干河干流河道實(shí)施生態(tài)蓄水濕地工程建設(shè)，加大地下水入滲補(bǔ)給，加快流域地下水水位快速回升，使流域恢復(fù)到20 世紀(jì)60～70年代的產(chǎn)流水平，河道恢復(fù)穩(wěn)定基流。

1 流域概況

1.1 桑干河水文概況

永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)桑干河神嘴窩蓄水工程，位于懷仁縣海北頭鄉(xiāng)神嘴窩村附近的桑干河干流上，控制流域面積8240km2。桑干河是山西省第二大河流，發(fā)源于左云縣馬道頭鄉(xiāng)潘家窯村，屬海河流域永定河水系，由上游源子河、恢河及七里河，在朔城區(qū)馬邑匯合后形成桑干河，流經(jīng)朔州市的朔城區(qū)、山陰縣、應(yīng)縣、懷仁縣，在懷仁縣古家坡附近進(jìn)入大同市，沿途經(jīng)過(guò)大同縣、陽(yáng)高縣，于陽(yáng)高縣的尉家小堡附近進(jìn)入河北省后匯入永定河。桑干河全長(zhǎng)338km，控制流域面積17744km2，其中山西境內(nèi)部分17166km2。沿途有木瓜河、黃水河、大峪河、渾河、御河等主要支流匯入。

1.2 流域地質(zhì)情況

本區(qū)屬大同盆地洪積沖積平原區(qū)，周圍群山環(huán)繞，為山間斷陷盆地，盆地西側(cè)為洪濤山剝蝕斷塊中山區(qū)，南側(cè)為六棱山恒山剝蝕斷塊高中山區(qū)，東為豐稔山剝蝕低中山區(qū)，東北以熊耳山與宣化盆地相隔，北部為晉北剝蝕構(gòu)造山地與丘陵區(qū)。盆地內(nèi)地形較平緩，且西南高、東北低，走向呈西南——東北向，長(zhǎng)達(dá)百余公里，寬30～60km。桑干河是本區(qū)最大的河流。

本區(qū)域出露地層較為齊全，自老到新有太古界桑干河群、五臺(tái)群、右所堡組和瓦窯口組，元古界震旦系，古生界寒武系、奧陶系和石炭系，新生界上第三系、第四系地層。

1.3 攔河閘

攔河閘高度確定原則包括：一是與規(guī)劃銜接原則，攔河閘建設(shè)后的浸沒(méi)范圍，不超過(guò)規(guī)劃的河道治導(dǎo)線范圍。二是防洪原則，攔河閘建設(shè)后的浸沒(méi)范圍，不超過(guò)河段防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的洪水水位。三是保護(hù)原則，攔河閘建設(shè)后的浸沒(méi)范圍，不影響臨近村莊的安全。

根據(jù)以上原則，攔河閘頂高程最終確定為980.0m。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014），神嘴窩水閘所在河段，防護(hù)對(duì)象為神嘴窩村莊，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

2 攔河閘工程優(yōu)化及設(shè)計(jì)

2.1 工程方案優(yōu)化

2.1.1 閘室基礎(chǔ)防滲墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

工程原設(shè)計(jì)閘室基礎(chǔ)防滲墻，采用水泥土攪拌樁，有效厚度0.3m，深入不液化土層0.5m，在振沖碎石樁施工完成后進(jìn)行；初步設(shè)計(jì)階段通過(guò)施工調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基礎(chǔ)振沖碎石樁液化處理后，基礎(chǔ)相對(duì)密實(shí)，很難進(jìn)行水泥土攪拌樁的成孔施工，故最終設(shè)計(jì)調(diào)整為高壓噴射灌漿防滲墻，軸線和深度不變，樁徑為1.0m，樁間距為0.95m，有效厚度0.3m。

2.1.2 攔河閘冬季放水旁通涵設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析冬季攔河閘蓄水，門頂溢流運(yùn)行可能引發(fā)閘后冰凍，影響閘門液壓缸安全的問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)，在主河槽閘室左岸增設(shè)放水箱涵，以解決冬季閘門調(diào)度運(yùn)行困難時(shí)的基流過(guò)閘問(wèn)題，箱涵斷面尺寸為1.5m×1.5m。

2.1.3 中央景觀平臺(tái)油路管涵設(shè)計(jì)

中央觀景平臺(tái)下游側(cè)增設(shè)一埋涵，用于油路管線和其他線路鋪設(shè)。埋涵采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，凈寬2.0m，凈高2.0m，側(cè)墻及頂板厚0.3m，底板厚0.4m，埋涵下設(shè)0.1m 厚C 15 素混凝土墊層和0.3m 厚碎石墊層護(hù)底。在涵洞兩側(cè)分別設(shè)尺寸1.0m×1.0m 進(jìn)人孔，方便檢修。

2.2 攔河閘閘線選擇

根據(jù)《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)實(shí)施方案（山西水利部分）》的規(guī)劃，在規(guī)劃和可研的基礎(chǔ)上，在該段桑干河進(jìn)行閘線優(yōu)化。

桑干河神嘴窩生態(tài)蓄水工程，布置在桑干河干流的鵝毛河匯入口附近，該段桑干河直線段長(zhǎng)度約2.6km，為平原區(qū)河谷地貌，地勢(shì)開(kāi)闊、較平坦，河床高程975.0～975.7m，河床寬度500～1000m。天然主河槽寬度20～60m，河道基本呈寬淺“U”型斷面；河灘地寬闊，多為灌木叢林，兩岸現(xiàn)多為耕地和林地。

本工程閘線處左岸，距離高鎮(zhèn)子村和神嘴窩村分別約500m 和350m，右岸距離舊站村和東呂城村分別約1.2km 和1.6km，村莊相對(duì)集中，而且距離懷仁縣城僅13km 左右，在此修建攔河閘可形成生態(tài)濕地，起到凈化路莊河、鵝毛河匯入桑干河的河水水質(zhì)的作用，另一方面也可改善河道生態(tài)環(huán)境、提高河水自凈能力，提升區(qū)域景觀效果，大大提高周邊人們生活質(zhì)量。

此處左岸有小峪河、鵝毛河匯入，既可以滿足生態(tài)蓄水水體自凈能力規(guī)模的蓄水水域面積，又可滿足部分水量補(bǔ)給的要求。從地形條件看，此段河道縱坡平緩，約0.02%，可滿足閘前、入河口的河岸沖刷及流態(tài)平順的要求；閘線處河床狹窄，可減少攔河閘長(zhǎng)度，節(jié)約工程投資；閘線左、右岸均有鄉(xiāng)村公路相接，交通便利，運(yùn)行管理方便。故本次設(shè)計(jì)閘址選擇在鵝毛河下游約1.2km 彎道后150m 為攔河閘閘線。

2.3 攔河閘設(shè)計(jì)

根據(jù)河床底高程情況，攔河閘垂直水流方向布置，從左至右分別由左岸主槽段（寬150m）、中間景觀平臺(tái)段（寬49m）和灘地段（寬102m）三部分組成；主槽、灘地段順?biāo)鞣较?，由上游連接段、攔河閘段、下游連接段三部分組成。

2.3.1 上游連接段設(shè)計(jì)

上游連接段由護(hù)底、鋪蓋和護(hù)岸組成，用以引導(dǎo)水流平順進(jìn)入閘室，保護(hù)兩岸和河床免受沖刷，并與閘室、防滲墻共同構(gòu)成擋水、防滲建筑，確保在上下游水頭作用下，閘室兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。

護(hù)底：主槽段上游護(hù)底（樁號(hào)閘H0+000—閘H0+008），頂高程為975.5m，灘地段上游護(hù)底（樁號(hào)閘H0+001—閘H0+009），頂高程為976.5m，長(zhǎng)度均為8m，采用格賓石籠護(hù)底，厚0.5m。格賓石籠單塊尺寸為2.0m×1.0m×0.5m，長(zhǎng)邊垂直水流方向布置。

鋪蓋：主槽段鋪蓋（樁號(hào)閘H0+008—閘H0+013），頂高程為975.5m；灘地段鋪蓋（樁號(hào)閘H0+009—閘H0+014），頂高程為976.5m，均與相應(yīng)上游護(hù)底頂高程一致，長(zhǎng)為5.0m，采用0.5m 厚C 30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。上、下游設(shè)齒墻，其下設(shè)0.1m 厚C 15 素混凝土墊層和0.3m 厚碎石墊層。鋪蓋主槽段沿垂直水流方向每20m 設(shè)一道伸縮縫，灘地段鋪蓋每18m設(shè)一道伸縮縫，縫寬均為2 cm，縫止水采用SD-K 快速定位安裝橡膠止水帶。鋪蓋與閘底板、邊墩接縫均設(shè)止水，止水采用SD-K 快速定位安裝橡膠止水帶。

河道兩岸擋墻：采用C 30 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5m，底寬4.0m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1，邊墻高4.5m。鋪蓋與擋墻趾板接縫設(shè)止水，止水采用SD-K 快速定位安裝橡膠止水帶。

主槽護(hù)岸：上游主槽與灘地過(guò)度區(qū)設(shè)置格賓石籠護(hù)岸，長(zhǎng)度約240m，邊坡采用1∶2，底高程975.5m，頂高程976.5m。護(hù)岸斜坡長(zhǎng)2.2m、厚0.5m，頂部寬2.0m、厚0.5m，底部護(hù)腳寬1.0m、厚2.0m。格賓石籠下設(shè)一層反濾土工布。

2.3.2 攔河閘室段

河道攔河閘室段總長(zhǎng)度（垂直水流方向）為301m，右岸為主槽段，閘室底板高程為975.5m，閘孔寬度102m，閘門擋水高3.0m；左岸灘地段，閘室地板高程為976.5m，閘寬150m，閘門擋水高2.0m；主槽段與灘地段中間利用河道現(xiàn)狀灘地，布置擋水及漫水景觀平臺(tái)，長(zhǎng)49m，基本保持現(xiàn)狀條件，僅結(jié)合閘室邊墻，對(duì)周邊布置防護(hù)和親水設(shè)施，頂面布置防沖刷設(shè)施。

2.3.3 下游連接段設(shè)計(jì)

下游連接段，包括消力池、海漫及下游河道平整。

消力池緊鄰攔河閘室下游布置。主槽段消力池與閘室底板水平連接，底板高程分別為975.0m，池長(zhǎng)為10m，池后設(shè)0.5m 高消力墩；灘地段消力池上游采用1∶4 斜坡平順銜接至高程976.0m，與其后海漫齊平。消力池池長(zhǎng)為8m，池后設(shè)0.5m 高消力墩。消力池均采用C 30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚500mm，上下游設(shè)齒墻。消力池沿河寬方向每18m 設(shè)一道2 cm 縫，與閘底板分縫錯(cuò)開(kāi)布置，縫內(nèi)填閉孔泡沫板，止水采用SD-K 快速定位安裝橡膠止水帶。為減小滲透壓力，消力池底板均設(shè)有3 排排水孔，預(yù)埋直徑100 PVC 管，排距為1m，孔距為1.5m，梅花型布置。河道兩岸邊墻采用C 30 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5m，底寬4.0m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1，邊墻高4.5m。消力池底板與邊墻接縫、閘室底板接縫及邊墻與閘室邊墩接縫均設(shè)止水，止水采用SD-K 快速定位安裝橡膠止水帶。消力池底板和邊墻基礎(chǔ)下均設(shè)0.1m 厚C 15 混凝土墊層，其下部為0.5m 厚級(jí)配碎石墊層，碎石底部設(shè)1 層土工反濾布。

海漫：消力池下游海漫長(zhǎng)度均為10m，采用格賓石籠結(jié)構(gòu)，厚0.5m，格賓石籠底部鋪設(shè)1 層反濾布。主槽右邊墻和灘地左邊墻采用C 30 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5m，底寬4.0m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1，邊墻高4.5m；近中央觀景平臺(tái)側(cè)采用格賓石籠扭面結(jié)構(gòu)擋水，底部護(hù)腳寬1.0m、厚2.0m，護(hù)岸斜坡厚0.5m，石籠底部鋪設(shè)1 層土工反濾布。

下游河道平整：因現(xiàn)狀河道地形高程較高，為保證河道過(guò)水順暢，在海漫后25m 范圍內(nèi)對(duì)河道進(jìn)行清理整平，其后采用1∶10 反坡與現(xiàn)河道銜接。

3 結(jié)語(yǔ)

神嘴窩生態(tài)蓄水工程實(shí)施后，能夠?qū)崿F(xiàn)流域內(nèi)河道持續(xù)向綠色、健康的方向逐步改善。工程作為桑干河河道綜合治理與生態(tài)修復(fù)工程的一部分，在桑干河干流和鵝毛河支流匯入口形成較大的生態(tài)濕地，有效增加水面面積和濕地面積、改善河道生態(tài)環(huán)境、提高河水自凈能力，提升區(qū)域景觀效果，具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。