介休市北辛武堤外调蓄水工程设计

张柴蕾

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

汾河流域生态修复介休市北辛武堤外调蓄水工程，是《汾河流域生态修复规划（2015—2030）》确定的堤外调蓄水工程之一，工程位于北辛武村以北0.4 km，工程依托中游核心区干流蓄水工程，布设于汾河干流堤外低洼地带，位于14号液压坝及15号液压坝蓄水范围内。目前干流蓄水工程液压坝及附属建筑物已基本完成，堤外调蓄水工程具备实施条件。工程区现状为自然低洼地，其地形高程与汾河滩地基本持平，比周边地形低1.5 m左右，局部回填有煤矸石。

1.1 工程现状存在的主要问题

工程区蓄水后退水问题。根据《规划》，汾河生态修复堤外调蓄水工程是依托于汾河干流的蓄水工程，通过在汾河干流堤防修建进、退水闸门，使汾河干流和堤外调蓄水工程相互连通，蓄泄自如，有效控制和利用洪水。工程区位于汾河干流蓄水工程14号液压坝蓄水区范围内，通过在堤防修建进水闸来高水位引水，退水需在14号液压坝坝后低水位退水。

工程区煤矸石对蓄水后水体水质的影响。煤矸石是煤炭工业的副产物，在蓄水区内其有毒、有害组分会迁移到水体中，造成水环境的污染。主要污染物为硫和重金属污染。

1.2 工程任务和规模

本工程的主要任务，是通过对北辛武堤外低洼地带进行新建围堤和景观绿化，调蓄汾河干流洪水，抬升地下水位、净化水质、改善生态环境；充分利用雨洪资源，为灌溉及发展观光旅游等创造条件。

北辛武蓄水区为汾河干流蓄水区建设中的一部分，可形成堤外蓄水区11.7万m2，调蓄水总量30.0万m3，滞洪量30.0万m3。

2 工程布置

2.1 工程等别和建筑物级别

北辛武蓄水区位于介休市境内汾河干流河道左侧，调蓄水量为30.0万m3，滞洪量30.0万m3。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017），依据蓄水区蓄水量划分，确定蓄水区治理工程等别为Ⅴ等，主要建筑物等级为5级，次要建筑物等级为5级。据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）及附录A，工程区地震加速度值为0.20 g，相应地震基本烈度为8°。

2.2 工程总体布置原则

根据相关规程、规范，结合蓄水区治理段河道特点，工程布置遵循以下原则：

工程服从相关规划的原则。工程应遵循《汾河流域生态修复规划（2015—2030）》《汾河流域生态修复中游核心区干流蓄水工程实施方案》等所确定的原则、目标及要求进行。蓄水区紧邻堤防布设，水位依靠堤防及闸门控制，蓄排自如，既能留住洪水，又不形成洪涝灾害。

充分体现生态水利的原则。充分贯彻生态水利工程的设计理念。在平面设计上，尽可能维持蓄水区周围岸线蜿蜒的自然形态。立面设计上，采用环保材料护岸，保持蓄水区与四周生态系统的连续性，使水、陆两相紧密联系，形成开放的生境条件，造就完整的生态系统。

遵循技术经济原则。蓄水区选择在干流大堤外侧、历史上洪涝易发的低洼地带，充分利用现有堤外低洼地就近取水、减少开挖土料，少占耕地，降低工程总造价等。蓄水区的高程以满足从汾河自流进水为原则。较高地段，结合人工清淤恢复，低洼地段设堤围湖，堤高按高出地面2.0 m左右控制。

2.3 工程总体布置

北辛武蓄水区位于北辛武村以北0.4 km处，汾河干流左侧，14号坝上游0.2 km，呈半葫芦状，顺汾河河道向长990 m，宽300 m。北辛武蓄水区可通过14号坝蓄水池上游设置进水闸引水，通过埋设DN 900钢带增强聚乙烯螺旋波纹管穿汾河大堤退水，设置退水阀井一座。北辛武蓄水区设计调蓄水水位及滞洪水位高程均为736.0 m，水深1.5～5 m。

3 主要建筑物设计

3.1 围堤设计

围堤堤线布置以堤外低洼地带自然岸线为基础，顺应天然陡坎的自然规律和演变特性，通过工程措施，对现有岸线进行防护。汾河大堤侧围堤控制线在汾河大堤的保护范围外布设，围堤控制线距离汾河大堤堤脚20 m。

围堤的堤型，结合调蓄水工程运行的功能及生态要求，确定采用斜坡自然入水式堤岸。围堤堤顶宽度确定为7 m，包括5 m的沥青混凝土路面和两侧各宽1 m的绿化带。

围堤边坡系数的确定，要满足堤坡稳定的要求，根据围堤的级别、堤身结构、堤身高度、填筑土堤、护坡情况、堤基土层及其强度等因素综合确定，本工程围堤迎水坡为生态护岸，边坡采用1∶3，背水坡1∶3，汾河大堤堤防现状边坡不满足1∶3的培厚至设计要求。

围堤均为土堤，拟采用调蓄水区内开挖土料填筑。堤身填筑前，首先应清楚原地面表层杂填土、耕植土、建筑垃圾等，清基厚度为0.2 m。堤身回填应分层碾压，黏性土回填压实度不小于0.91，无黏性土相对密度不小于0.60。

北辛武堤外调蓄水工程建成后，设计最大水深5 m，势必对两岸堤外存在一定的浸没影响，为了减缓浸没危害，增设防渗加固措施，延长渗径是非常必要的。因此，工程拟采用垂直水泥土地连墙的防渗设计，减缓调蓄水区水平渗漏通道，从而达到减缓浸没危害的目的，防渗长度为0.99 km，面积1.65万m2。

3.2 围堤护岸工程设计

可行性研究阶段选取了三种护岸型式进行方案比较，分别是格网石笼护坡、抗冲生物毯护坡、生态袋护坡。针对本工程，综合考虑各方面因素，实施方案阶段本工程生态护坡方案考虑采用抗冲生物毯护坡，即铺设椰丝纤维植生复合毯方案。

椰丝纤维植生复合毯，以上、下两层加筋网与中间的天然植物纤维网、营养育苗布、多样化草籽构成，通过复合整形工艺加工而成的一种新型可降解环保植生毯状材料。

其主要特点为：生态修复性强，以植物纤维网、营养育苗布为载体，根据边坡地形、地貌、土质和地域气候的特征，配以多种植物草籽，具有很好的生态修复作用；保护性强，为草种的发芽及生长提供良好的保护环境，保证草种快速生长成坪；防护性好，植物根系深入堤坡土体，达到加筋防冲蚀的目的，提高边坡的稳定性和抗冲刷能力；施工速度快，相对于其他护坡材料施工方便快捷，省时省工，节约成本。

围堤断面采用梯形断面，顶宽7.0m，堤顶设置5.0m宽的堤顶道路及2.0 m宽的绿化带，种植乔木、灌木和草本植物，围堤内边坡1∶3，内边坡在高程735.7 m处设置浅水平台，水深0.7 m，宽3 m，种植芦苇等水生植物。围堤外边坡1∶3接现状地面，围堤总长2 098 m。

内边坡防护至设计堤顶高程，即高出设计蓄水位0.5 m，防护底高程至736.1 m，下设格网石笼防护基础，深1.5 m。

堤外蓄水区现状场地内局部存在煤矸石回填区域，结合工程的实际情况及蓄水区的生态建设性质，本次拟将煤矸石全部挖除运至张兰镇上梁村渣场内。

3.3 退水建筑物设计

在靠近蓄水液压坝的汾河大堤上，布置进水闸及退水阀井，通过高水位引水，低水位退水，来解决蓄水区的引水和水循环。本次设置一座进水闸、310 m DN 900 mm钢带增强聚乙烯螺旋波纹管、20 m DN 900 mm钢管和一座退水阀井来满足进、退水。进水闸布置在14号液压坝上游左堤100 m处，采用钢坝闸，宽10 m，高3.0 m。退水通过埋设DN 900 mm钢带增强聚乙烯螺旋波纹管和钢管穿汾河大堤退水，退水管铺设长度330 m，其中穿汾河大堤采用DN 900 mm钢管。

退水阀井布置在14号液压坝下游左堤100 m处，退水闸尺寸为5.4 m×5.4 m，深7.5 m。退水闸采用C 30钢筋混凝土结构，底板厚800 mm，下设C 15素混凝土垫层100 mm厚，阀井边墙400 mm厚，顶板厚300 mm，预留DN 800进人孔。

3.4 调蓄水区滞洪工程设计

根据《汾河流域生态修复规划》及《汾河流域生态修复中游核心区干流蓄水工程实施方案报告》，在每个调蓄水工程区上游堤防修建进水闸，在下游修建退水闸，利用进水闸，将洪水引入调蓄水区，蓄滞洪水，利用下游退水闸再退入河道。

为最大限度的回补地下水，在汛期通过拦截末端洪水引入堤外调蓄水工程，以增补地下水。滞洪水位高程结合汾河干流核心区正常蓄水位及堤外调蓄水工程的实际，确定滞洪水位和正常蓄水位采用同一水位736.0 m，最大滞洪量为30.0万m3。

3.5 调蓄水区绿化设计

北辛武蓄水区绿化采用自然形式，以植物绿化造景为主。围堤绿化应用植物生态学原理，从生态的角度考虑植物配植，从而构建和谐的生态环境。整体的造景以乔木、灌木及草本植物相结合，即便在寒冷的冬季也能观赏到常绿的树。

围堤堤顶路两侧各设置一排行道树，栽植油松、紫叶李、西府海棠、胶东卫毛球等。油松间距5 m，油松高度采用2.5 m，冠径不小于2 m，共栽植油松890株；紫叶李间距10 m，冠径1.5 m，共栽植445株；西府海棠间距10 m，冠径不小于2.5 m，共栽植445株；胶东卫毛球间距5 m，高度不小于1 m，共栽植890株；其余裸露地面种植狗牙根，种植面积为4 449 m2。浅水区域沿围堤宽度3 m范围内栽植水生植物芦苇等，栽植面积为7 088 m2。

4 结语

本工程的实施，是贯彻习近平总书记视察山西时的特别嘱托：“要高度重视汾河的生态环境保护，要让汾河水量丰起来、水质好起来、风光美起来”的重要举措。严格落实省委、省政府决策部署，对于改善介休市当地的生态环境，推动当地旅游的发展起着重要的作用。