垣曲县亳清河县城段生态环境综合治理四期工程蓄水工程设计

2015-10-29李姝雅

山西水利科技 2015年4期

李姝雅

（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原 030024）

1 工程概况

垣曲县位于山西省境南端，北依太行山，隔黄河与河南省渑池、新安县相望。为进一步改善县城生态环境，启动实施垣曲县亳清河县城段生态环境综合治理四期工程是必要的。通过城区段河道的整治梳理、主槽的建设、湿地景观建设和拦坝蓄水，以及岸边多样性设置和生态、景观的结合，可以有效地改善县城的水生态环境。

2 蓄水工程总体布置

亳清河治理段起始位置位于军民桥下游50m，终点至历山路桥下游50m处，全长590m，呈南北向展布，规划宽度为60～80m。

鉴于河道纵坡较陡，本治理段作为生态修复和蓄水美化工程，为减小壅水坝数量，便于运行管理和防洪调度，采用湿地结合蓄水景观布置，同时可形成多样化的河道景观。

根据现有河道纵坡，为满足防洪兼顾蓄水的要求，在桩号Z0+193和Z0+578处分别修建一座液压升降坝和带喷泉的景观钢坝闸，形成2个蓄水池，蓄水总长度330m，湿地段总长度200m，总蓄水面积1.65万m2，湿地景观面积1.0万m2。见图1。

3 蓄水及湿地段设计

本次治理段采用蓄水和湿地间隔布置的型式。

蓄水段采用全槽蓄水方案，主槽共设2座壅水坝，分别位于桩号Z0+193和Z0+578m处，形成2座蓄水池，蓄水长度为163m和167m，蓄水深分别为0～3.2m和0～3.0m，蓄水宽度均为50m。2座坝的坝高分别为3.2m和3.0m，非汛期立坝壅水，汛期塌坝渡汛。

图1 蓄水工程总体平面布置图

湿地段布置于两座蓄水池之间，即1＃坝下游、2＃蓄水池的上游，长200m。河道中间设置5～10m宽、0～1.5m深的浅主槽，以形成溪流景观。考虑生态与景观效果，浅主槽采用1∶5的缓坡与设计河底连接。在Z0+262处的浅主槽内设有一座跌水堰，堰高1.2m，堰顶设自然石踏步。

4 壅水坝型比选

挡水建筑物应满足水利工程的基本功能，既满足其汛期行洪，又能达到蓄水的目的，使其成为城市水景观工程的重要组成部分。

目前国内常用的景观壅水坝有橡胶坝、钢坝闸以及新兴的液压坝及气盾坝，本次对这几种坝型进行比较，见表1。

通过三种坝型的比较，经综合考虑工程投资、运行灵活、外形美观、多泥沙多漂石河道适应性等因素，2座壅水坝型选定如下：

1）鉴于本工程河道属于山区河道，坡度较陡，洪水携带的漂石较多，故1＃蓄水池壅水坝选择既可拦截漂石，又投资小，且行洪蓄水调度运行方便的坝型。经比较，橡胶坝不利用拦截漂石、淤砂或冲砂，而气盾坝和钢坝闸造价较高，故1#壅水坝采用液压升降坝。

2）2#壅水坝右岸为规划的大型活动建筑群（如：体育馆、图书馆等），人群比较集中，本次拟采用带喷泉的景观效果更佳的钢坝闸门。

5 壅水坝设计

5.1 液压坝设计

1#壅水坝采用液压升降坝，坝长50m，坝高3.2m，由8扇钢筋混凝土闸门组成，每扇门长6.24m，高3.2m。当上游来洪水时，通过调节坝体的高度，可适当拦截一部分漂石和泥沙等淤积物，减小下游蓄水段的淤积。

液压升降坝由坝底板段、下游消力池段组成，总长度23.5m。

坝底板段顺水流方向长8.5m，厚1.9m，布置有坝体及其支铰和搁墩等埋件。坝体两侧岸墙采用钢筋混凝土箱涵式岸墙，墙高5.9m。

底板段下游布置钢筋混凝土消力池，消力池底板厚0.8m，总长15m，池深1.1m。

液压升降坝基础处理采用碾压处理，处理深度不小于1.5m，处理深度范围内，地基土压实系数不小于0.94或相对密度不小0.65。

液压坝横、纵剖面图详见图2、图3。

表1 四种坝型的比较

图2 液压坝横剖面图

图3 液压坝纵剖面图

图4 钢坝闸横剖面图

图5 钢坝闸纵剖面图

5.2 钢坝闸设计

钢坝闸由上游防护段、闸室段、下游消力池（已建）组成，总长度21.3m（不包括已建消力池）。

闸室段长14.5m，闸孔净宽为50m，坝高3.0m。门库内布置有钢坝闸门及其支铰和搁墩，当上游来洪水时通过操作室液压启闭机控制，向下游平放闸门于门库内，使闸室段平顺过洪。洪水过后，再控制坝闸向上游直立，正常挡水。

闸室底板为钢筋混凝土结构，闸室底板厚度为1.5m。闸室两侧启闭机室为地下全埋式布置，顶板高程为景观平台高程，设有检修孔和进人孔。

闸室段上游设有7.8m长的钢筋混凝土铺盖，宽度与河道同宽。闸室段下游布置钢筋混凝土消力池，该消力池为三期工程已建。

本治理段地层主要为卵石混合土地层，钢坝闸基础拟采用碾压处理，处理深度不小于1.5m，处理深度范围内，地基土压实系数不小于0.94或相对密度不小0.65。为防止蓄水池水渗漏至下游河道，将复合土工膜埋置于钢筋混凝土铺盖里。

钢坝闸横、纵剖面图详见图4、图5。

6 蓄水池防渗设计

蓄水段砂砾卵石层为强透水层。虽河道内有日常基流，但流量较小，若要形成河道蓄水景观，必须对河槽进行防渗处理。另外，蓄水池蓄水水位较高，因水位抬升，蓄水区大量渗漏会对两岸产生严重的浸没影响。综合以上两点，必须采取防渗措施。

蓄水池采用土工膜（两布一膜）进行防渗，但考虑1#蓄水池位于本河道县城治理段的最上游，淤积最为严重，为方便机械进行清淤工作，1#蓄水池采用钢筋混凝土底板防渗；2#蓄水池采用土工膜（两布一膜）防渗。

本工程1#蓄水池拟定的河底防渗、防冲结构依次为：250mm厚的现浇C30钢筋混凝土防渗层、100mm C15素混凝土垫层。考虑防渗层的抗浮稳定，在两岸靠近主槽岸墙3m处顺该段河道设置1m深、1m宽梯形卵石排水体，卵石粒径为2～10cm，排水体边坡为1∶0.5，排水体直通至1#坝下游消力池，将水排至消力池内，通过消力池内的排水孔排出。

本工程2#蓄水池拟定的河底防渗、防冲结构依次为：500mm厚的格网石笼柔性防冲层、300mm厚卵石土垫层、200mm厚细砂垫层、复合土工膜（两布一膜SN2-16-400-0.5）、200mm厚细砂垫层。