盐城市区饮用水源生态净化工程库区生态堤防设计

朱冬舟，陆惠萍，仓基俊，商志清

（1.上海勘测设计研究院，200434，上海；2.江苏省盐城市水利科学研究所，224000，盐城）

江苏省盐城市区饮用水源生态净化工程（简称“盐龙湖工程”）位于盐都区龙冈镇境内，蟒蛇河南岸，东侧以通冈河为界，西南侧以朱沥沟及东涡河为界，工程建成后,水面积约3 040 亩（202.67 hm2）。盐龙湖工程占地 3 342 亩（222.8 hm2），根据水生态净化工艺布置，工程共分为预处理区、生态湿地净化区、深度净化区三个区块，各区块由外围生态围堤、库区隔堤分割成三大既独立又通过取水泵站、涵闸、溢流堰调节闸、配水闸及管理区等控制建筑有机统一的功能区。

本文主要讨论生态堤防的设计，主要从堤线布置、断面型式、堤顶结构、护坡型式、地基处理及防渗处理等方面考虑。本工程堤防主要包括工程范围内的围堤及各功能分区间的隔堤。堤防的工程等别为Ⅱ等，级别为2级水工建筑物。

一、堤防堤线布置

堤防堤线布置应遵循以下原则：满足防洪要求；满足大堤边坡稳定、渗透稳定要求；满足对内、对外交通要求；满足生态、环保及水土保持要求；满足施工方便，尽可能减少临时工程费用等。

盐龙湖工程区域外围河道规模、功能各不相同，东、南两侧分别为非通航河道通冈河、五河，西侧为朱沥沟及东涡河，北侧为蟒蛇河，朱沥沟、蟒蛇河为规划Ⅲ级航道，最高通航水位2.3 m，最低通航水位0.5m。上述河道泄洪流量差别较大。现状蟒蛇河北岸冲刷严重，南岸滩地较宽，滩地最宽处有30 m左右，河势较为平顺；朱沥沟西岸淤积严重，东岸冲刷明显，大部分堤岸已成直立陡坎，滩地明显，河势已不太平顺；东涡河与朱沥沟类似。三条主要河道均为通航河道，冲刷明显，作为通航河道的堤防与水源地的围堤，堤线必须进行重新合理规划。根据设计原则及上述实际情况，堤线布置设计中着重考虑了如下几个方面。

1.外围大堤

①外围河堤堤线与外侧河道功能、河势流向相适应。须确保一个河段河口宽度相近，且能平顺衔接，避免出现突然放大或缩小的现象，通航河道同时满足相应规划航道等级通航宽度、水深要求。朱沥沟和东涡河冲刷严重，东岸为凹岸，有进一步凹陷的可能，因此为了堤线与河势相适应，需避免堤线急弯产生水流、漩涡等现象，防止加重岸坡冲刷，对通航产生更大的安全隐患。

②堤线力求平顺。根据实测断面，对蟒蛇河、朱沥沟和东涡河进行了整体堤线走势的布置，中间均采用圆弧平顺光滑连接。对原堆堤上的旧水闸、旧泵站和旧桥梁等影响堤线平顺的旧建筑物均予以拆除，拆除部分或以直线，或以圆弧与现大堤平顺连接，使得外河通航河道水流平顺，水库内侧水力流态均匀，不出现死水区。

③充分利用现有堤防和有利地形。将围堤尽量修筑在土质较好、比较稳定的滩地上，并留有适当宽度的滩地作为戗台，增加围堤的稳定性，减少填筑工程量及临时工程措施。

④结合内侧各功能分区的库容、工艺进行布置。盐龙湖工程外围大堤外坡为外围蟒蛇河、朱沥沟等河道，内坡侧即为水源地三个功能库区，堤线的布置不仅要满足外围河道的功能要求，更要满足饮用水水源地工程的水生态净化工艺要求，主要包括各库区水流流态、流速、工艺、库容、库区滩面高程等要求。

2.库区隔堤

根据水生态工艺布置，隔堤主要用于库区分隔预处理区、生态湿地净化区、深度净化区三个区块。其堤线走向首先根据功能分区确定，其次综合考虑各功能分区工艺特点，根据水流流线、流场分布、流速、流量、对内和对外交通、管理等因素进行堤线布置，隔堤主要布置在原地面高程较低的稻田上，地形较简单，为新填筑堤防，填筑高度约2.6m，主要考虑以下方面：尽可能使库区内水力流态平稳均匀，避免出现紊流或死水区；满足对内、对外交通要求；满足各区内部运行管理需求等。

二、堤防断面型式设计

围堤外侧为通航河道，水库占地有限，堤身占地不宜过大，结合以上特点以及水源地生态修复的要求，选择斜坡堤和直立式防洪墙两种堤型，各堤型的主要特点见表1。

方案二的直立式硬质挡墙虽然断面小，占地面积小，但不利于河道水生态修复，景观效果差。生态堤防工程位于外围大堤，作为市区饮用水源生态净化工程的主要结构，水生态修复是其主要目标之一，因此，生态要求较高，生硬的直立防洪墙断面不宜采用。方案一的斜坡堤不仅内坡有草皮绿化，外坡面水上、水下均能给河道水土保持、水生态修复提供条件，突出亲水、生态要求，体现滨水空间的开放性、生态性、景观性和亲水性，本工程的围堤断面设计，在满足大堤防洪的前提下，结合水库外围河道水生态修复，尽可能阻断河道水体富营养化发生条件，改善外围河道水环境等方面综合因素，库区大堤均以斜坡式生态断面作为设计断面，为外围河道水生态修复创造有利条件。因此，本工程选择了方案一，边坡系数为1∶3。结合围堤布置原则，隔堤也采用斜坡式堤防。

表1 堤型断面方案综合比较

三、堤顶道路路面结构及材料布置

围堤与隔堤堤顶主要作为对外、对内交通要道，满足水库运行管理的正常需求，堤顶应做硬化路面。常见的路面有水泥路面及沥青路面。水泥路面价格便宜，耐久性好，但施工时间长，维修繁琐，行驶舒适度较差；而沥青路面施工时间短，维修简单方便，行驶舒适度好，但造价高，维护费高，使用年限短。考虑到水库道路合计长度并不长，维修作业面小，运行过程中应急响应要求高，决定外围大堤采用沥青路面，路面雨水收集后排入外围河道。

围堤堤顶宽10 m，作为外库区连接外侧的主要通道，沥青路面宽度取7 m，满足双向单车道需求。设双向2%横坡排水，内侧路面雨水收集后经排水管排入外围河道，考虑到行车频率及外河侧为通航河道，两侧各设1.5 m绿化带作为缓冲带；内部隔堤堤顶宽6 m，设双向1.5%横坡排水，采用素混凝土路面结构，避免沥青路面对水源地库区水质产生安全隐患。

四、护坡型式设计

建设惠泽百姓的水利工程，堤防断面的结构设计理念最关键，对此，盐城饮用水水源地工程将传统的单一水利功能同水生态、水景观工程有机结合。外侧蟒蛇河属于Ⅲ级通航河道，朱沥沟和东涡河为等外级航道，主要考虑船行波长期影响下的支护；隔堤基本为新筑堤防，主要考虑水土保持及水位变动区的防护。

围堤外河侧根据船行波长期影响范围，护砌方案选择两种方案进行比选。方案一：坡面采用浆砌石护坡，在船行波下滚高程设钢筋混凝土导梁。方案二：船行波影响范围坡面采用生态石笼护坡，在船行波下滚高程设生态石笼阵脚，在其外侧抛石护脚。两种方案优缺点见表2。

表2 外河护砌方案综合比较

方案二：石笼护坡、护脚具有生态性好、可水下施工、不影响河道通航等优点，因此，本工程采用方案二，即外河坡面采用生态石笼护坡、护脚材料。主要结构层为：石笼护垫厚300mm，下设土工布300g/m2一层，石笼护垫上侧回填10 cm耕植土，坡面种植绿化，使水土保持及植物造景浑然一体。据此，盐龙湖水源地堤防结构在满足水利工程功能的同时，巧妙地与自然、和谐、生态的两岸景观结合在一起。运行过程中，在枯水位期，船行波的影响会使部分石笼护垫裸露，但是丰水期的重新淤积带来肥沃土壤，水生植物或草皮重新自行生长、自然更替，更适应自然规律。

围堤库区侧及隔堤水位变动区也需进行护砌，护砌同样选择以下方案进行比选，方案一选择生态石笼，方案二选择生态砖。根据表2，生态石笼可以水下施工，有一定的柔韧性，适应地形能力强，比生态砖有优势，所以库区内部也采用生态石笼护坡。但同时，库区内侧有部分区块建筑物集中，地形变化复杂，或者转弯半径较小，石笼网箱制作难以适应不规则地形的变化，因此采用生态砖进行防护，既满足了抗冲刷要求，又起到了生态修复的作用。

五、地基处理

围堤隔堤勘探深度范围内，主要软土层有③层淤泥质粉质黏土及第3A层粉砂夹淤泥质粉质黏土。③层承载力特征值为65 kPa，直剪指标C=12 kPa，φ=3.5°， 固快指标 C=15 kPa，φ=5.4°，3A层承载力特征值为 75 kPa，直剪指标 C=9 kPa，φ=19.8°。

经过稳定计算，围堤外河侧及隔堤预处理区、生态湿地净化区侧1∶3设计边坡下，基本能满足规范要求，但对局部淤泥较深及库底挖深大的岸段如围堤预处理区外侧边坡、围堤及隔堤的第Ⅲ深度净化区边坡，因挖深达8.5 m，1∶3的设计边坡不能满足边坡稳定要求。

为满足堤防稳定要求，围堤外河侧堤防在0.50 m高程结合现有滩地，设置5～30 m的平台种植水生植物，既提高边坡稳定安全系数和消浪能力，又提高河道水生态净化能力。围堤及隔堤的第Ⅲ深度净化区边坡结合水生植物种植需要及库区边坡消浪需要，设置两级平台，平台高程根据库区水位及水生植物的生长要求确定，根据综合分析，在2.20 m高程设置2 m宽消浪平台，种植耐湿植物，在0.50 m高程设置宽20 m的挺水植物种植平台，主要种植芦苇、菖蒲等，这样不仅增加消浪设施，而且增加了水生植物的种植面积，提高了稳定水质的能力，同时更有利于库区边坡稳定。

六、防渗处理

作为饮用水水源地工程，防渗措施对水库能否保证设计供水量至关重要。本工程根据各区特征水位及内外水位差采用不同的防渗措施。围堤预处理区、生态湿地净化区处，库区水位为2.00～3.40 m，外河常水位为0.91 m，内外水位差较大，防渗要求更严格，通过对防渗效果、工程投资等方面进行综合比较，采用双头搅拌桩密排(桩径 Φ600 mm，搭接 200 mm)；围堤深度净化区处，库区水位为1.70 m，外河常水位仍为0.91 m，内外水位差相对较小，因此采用压密注浆防渗处理，注浆孔垂直堤轴线方向3排，孔距1.0 m,梅花形布置，孔深5.3 m。

隔堤两侧水位差较小，通过渗流稳定复核，满足渗透稳定要求。在渗透稳定安全的前提下，经过隔堤土体的少量渗流，有利于水体净化，可起到过滤净化水质的作用，因此隔堤不采取防渗处理措施。

七、结 语

盐龙湖的堤防工程最大的创新之处就在于理念的转变，堤身结构、堤线布置、坡面材料、基础处理等各环节紧扣生态设计理念，由过去的硬质化堤防全部改变为生态堤防结构，采用的生态自然斜坡为水生动植物及绿化提供必要的生长空间；堤顶道路结构不仅满足交通、日常运行维护管理需求，更从水安全、水景观理念进行设计；采用生态理念，通过增设戗台，不仅提高岸坡的稳定性，有利于消浪,更为水陆植物提供布置空间；防渗处理根据水位差不同的特点选用经济、合理、可靠的处理方式，为水质净化创造条件。