桑干河神嘴窝综合治理与生态修复设计

2020-01-04李浩亮

山西水利 2020年2期

李浩亮

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西太原 030024）

神嘴窝生态蓄水工程，是永定河综合治理与生态修复项目山西段桑干河干流规划的10 处生态蓄水湿地之一，位于山西省朔州市怀仁县东南神嘴窝村南的桑干河干流上，距怀仁县约13km，距朔州市约110km，距大同市约38km。项目实施将形成湿地水面113.8 hm2，总蓄水量95.2万m3。

桑干河综合整治与修复的治理重点是防洪薄弱环节治理、河道生态修复、河道防护林建设以及河道生态湿地四部分。工程建设内容基本满足近期河道输水及生态景观要求，但不能从根本上改变桑干河的“输血”和“造血”功能，建议生态修复采用近期“治标”与远期“治本”相结合的治理思路，即近期依靠万家寨引黄北干线应急补水“输血”，恢复流域地下水位，远期恢复河道基流，实现流域“造血”功能。因此，在投资不增加的条件下，在桑干河干流河道实施生态蓄水湿地工程建设，加大地下水入渗补给，加快流域地下水水位快速回升，使流域恢复到20 世纪60～70年代的产流水平，河道恢复稳定基流。

1 流域概况

1.1 桑干河水文概况

永定河综合治理与生态修复桑干河神嘴窝蓄水工程，位于怀仁县海北头乡神嘴窝村附近的桑干河干流上，控制流域面积8240km2。桑干河是山西省第二大河流，发源于左云县马道头乡潘家窑村，属海河流域永定河水系，由上游源子河、恢河及七里河，在朔城区马邑汇合后形成桑干河，流经朔州市的朔城区、山阴县、应县、怀仁县，在怀仁县古家坡附近进入大同市，沿途经过大同县、阳高县，于阳高县的尉家小堡附近进入河北省后汇入永定河。桑干河全长338km，控制流域面积17744km2，其中山西境内部分17166km2。沿途有木瓜河、黄水河、大峪河、浑河、御河等主要支流汇入。

1.2 流域地质情况

本区属大同盆地洪积冲积平原区，周围群山环绕，为山间断陷盆地，盆地西侧为洪涛山剥蚀断块中山区，南侧为六棱山恒山剥蚀断块高中山区，东为丰稔山剥蚀低中山区，东北以熊耳山与宣化盆地相隔，北部为晋北剥蚀构造山地与丘陵区。盆地内地形较平缓，且西南高、东北低，走向呈西南——东北向，长达百余公里，宽30～60km。桑干河是本区最大的河流。

本区域出露地层较为齐全，自老到新有太古界桑干河群、五台群、右所堡组和瓦窑口组，元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系和石炭系，新生界上第三系、第四系地层。

1.3 拦河闸

拦河闸高度确定原则包括：一是与规划衔接原则，拦河闸建设后的浸没范围，不超过规划的河道治导线范围。二是防洪原则，拦河闸建设后的浸没范围，不超过河段防洪标准对应的洪水水位。三是保护原则，拦河闸建设后的浸没范围，不影响临近村庄的安全。

根据以上原则，拦河闸顶高程最终确定为980.0m。根据《防洪标准》（GB 50201-2014），神嘴窝水闸所在河段，防护对象为神嘴窝村庄，防洪标准为10年一遇。

2 拦河闸工程优化及设计

2.1 工程方案优化

2.1.1 闸室基础防渗墙设计优化

工程原设计闸室基础防渗墙，采用水泥土搅拌桩，有效厚度0.3m，深入不液化土层0.5m，在振冲碎石桩施工完成后进行；初步设计阶段通过施工调查和现场试验基础振冲碎石桩液化处理后，基础相对密实，很难进行水泥土搅拌桩的成孔施工，故最终设计调整为高压喷射灌浆防渗墙，轴线和深度不变，桩径为1.0m，桩间距为0.95m，有效厚度0.3m。

2.1.2 拦河闸冬季放水旁通涵设计

经过进一步分析冬季拦河闸蓄水，门顶溢流运行可能引发闸后冰冻，影响闸门液压缸安全的问题，本次设计，在主河槽闸室左岸增设放水箱涵，以解决冬季闸门调度运行困难时的基流过闸问题，箱涵断面尺寸为1.5m×1.5m。

2.1.3 中央景观平台油路管涵设计

中央观景平台下游侧增设一埋涵，用于油路管线和其他线路铺设。埋涵采用钢筋混凝土结构，净宽2.0m，净高2.0m，侧墙及顶板厚0.3m，底板厚0.4m，埋涵下设0.1m 厚C 15 素混凝土垫层和0.3m 厚碎石垫层护底。在涵洞两侧分别设尺寸1.0m×1.0m 进人孔，方便检修。

2.2 拦河闸闸线选择

根据《永定河综合治理与生态修复总体方案》《永定河综合治理与生态修复实施方案（山西水利部分）》的规划，在规划和可研的基础上，在该段桑干河进行闸线优化。

桑干河神嘴窝生态蓄水工程，布置在桑干河干流的鹅毛河汇入口附近，该段桑干河直线段长度约2.6km，为平原区河谷地貌，地势开阔、较平坦，河床高程975.0～975.7m，河床宽度500～1000m。天然主河槽宽度20～60m，河道基本呈宽浅“U”型断面；河滩地宽阔，多为灌木丛林，两岸现多为耕地和林地。

本工程闸线处左岸，距离高镇子村和神嘴窝村分别约500m 和350m，右岸距离旧站村和东吕城村分别约1.2km 和1.6km，村庄相对集中，而且距离怀仁县城仅13km 左右，在此修建拦河闸可形成生态湿地，起到净化路庄河、鹅毛河汇入桑干河的河水水质的作用，另一方面也可改善河道生态环境、提高河水自净能力，提升区域景观效果，大大提高周边人们生活质量。

此处左岸有小峪河、鹅毛河汇入，既可以满足生态蓄水水体自净能力规模的蓄水水域面积，又可满足部分水量补给的要求。从地形条件看，此段河道纵坡平缓，约0.02%，可满足闸前、入河口的河岸冲刷及流态平顺的要求；闸线处河床狭窄，可减少拦河闸长度，节约工程投资；闸线左、右岸均有乡村公路相接，交通便利，运行管理方便。故本次设计闸址选择在鹅毛河下游约1.2km 弯道后150m 为拦河闸闸线。

2.3 拦河闸设计

根据河床底高程情况，拦河闸垂直水流方向布置，从左至右分别由左岸主槽段（宽150m）、中间景观平台段（宽49m）和滩地段（宽102m）三部分组成；主槽、滩地段顺水流方向，由上游连接段、拦河闸段、下游连接段三部分组成。

2.3.1 上游连接段设计

上游连接段由护底、铺盖和护岸组成，用以引导水流平顺进入闸室，保护两岸和河床免受冲刷，并与闸室、防渗墙共同构成挡水、防渗建筑，确保在上下游水头作用下，闸室两岸和闸基的抗渗稳定性。

护底：主槽段上游护底（桩号闸H0+000—闸H0+008），顶高程为975.5m，滩地段上游护底（桩号闸H0+001—闸H0+009），顶高程为976.5m，长度均为8m，采用格宾石笼护底，厚0.5m。格宾石笼单块尺寸为2.0m×1.0m×0.5m，长边垂直水流方向布置。

铺盖：主槽段铺盖（桩号闸H0+008—闸H0+013），顶高程为975.5m；滩地段铺盖（桩号闸H0+009—闸H0+014），顶高程为976.5m，均与相应上游护底顶高程一致，长为5.0m，采用0.5m 厚C 30 钢筋混凝土结构。上、下游设齿墙，其下设0.1m 厚C 15 素混凝土垫层和0.3m 厚碎石垫层。铺盖主槽段沿垂直水流方向每20m 设一道伸缩缝，滩地段铺盖每18m设一道伸缩缝，缝宽均为2 cm，缝止水采用SD-K 快速定位安装橡胶止水带。铺盖与闸底板、边墩接缝均设止水，止水采用SD-K 快速定位安装橡胶止水带。

河道两岸挡墙：采用C 30 钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，顶宽0.5m，底宽4.0m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1，边墙高4.5m。铺盖与挡墙趾板接缝设止水，止水采用SD-K 快速定位安装橡胶止水带。

主槽护岸：上游主槽与滩地过度区设置格宾石笼护岸，长度约240m，边坡采用1∶2，底高程975.5m，顶高程976.5m。护岸斜坡长2.2m、厚0.5m，顶部宽2.0m、厚0.5m，底部护脚宽1.0m、厚2.0m。格宾石笼下设一层反滤土工布。

2.3.2 拦河闸室段

河道拦河闸室段总长度（垂直水流方向）为301m，右岸为主槽段，闸室底板高程为975.5m，闸孔宽度102m，闸门挡水高3.0m；左岸滩地段，闸室地板高程为976.5m，闸宽150m，闸门挡水高2.0m；主槽段与滩地段中间利用河道现状滩地，布置挡水及漫水景观平台，长49m，基本保持现状条件，仅结合闸室边墙，对周边布置防护和亲水设施，顶面布置防冲刷设施。

2.3.3 下游连接段设计

下游连接段，包括消力池、海漫及下游河道平整。

消力池紧邻拦河闸室下游布置。主槽段消力池与闸室底板水平连接，底板高程分别为975.0m，池长为10m，池后设0.5m 高消力墩；滩地段消力池上游采用1∶4 斜坡平顺衔接至高程976.0m，与其后海漫齐平。消力池池长为8m，池后设0.5m 高消力墩。消力池均采用C 30 钢筋混凝土结构，厚500mm，上下游设齿墙。消力池沿河宽方向每18m 设一道2 cm 缝，与闸底板分缝错开布置，缝内填闭孔泡沫板，止水采用SD-K 快速定位安装橡胶止水带。为减小渗透压力，消力池底板均设有3 排排水孔，预埋直径100 PVC 管，排距为1m，孔距为1.5m，梅花型布置。河道两岸边墙采用C 30 钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，顶宽0.5m，底宽4.0m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1，边墙高4.5m。消力池底板与边墙接缝、闸室底板接缝及边墙与闸室边墩接缝均设止水，止水采用SD-K 快速定位安装橡胶止水带。消力池底板和边墙基础下均设0.1m 厚C 15 混凝土垫层，其下部为0.5m 厚级配碎石垫层，碎石底部设1 层土工反滤布。

海漫：消力池下游海漫长度均为10m，采用格宾石笼结构，厚0.5m，格宾石笼底部铺设1 层反滤布。主槽右边墙和滩地左边墙采用C 30 钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，顶宽0.5m，底宽4.0m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1，边墙高4.5m；近中央观景平台侧采用格宾石笼扭面结构挡水，底部护脚宽1.0m、厚2.0m，护岸斜坡厚0.5m，石笼底部铺设1 层土工反滤布。

下游河道平整：因现状河道地形高程较高，为保证河道过水顺畅，在海漫后25m 范围内对河道进行清理整平，其后采用1∶10 反坡与现河道衔接。