太原市“兩河一湖”水系連通方案設(shè)計簡述

杜 菲

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

《太原市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年（2011—2015年）規(guī)劃綱要》提出：“精心打造城市水系，逐步實(shí)現(xiàn)清水復(fù)流，河湖水系互通”，合理利用和協(xié)調(diào)已有的河、渠、水庫等，將水系貫通連接，實(shí)現(xiàn)晉陽古城水系環(huán)線連通的要求。

正在編制中的《太原市城市水系工程規(guī)劃》中提出：結(jié)合城市總體規(guī)劃及水系的實(shí)際情況，以汾河為主干，東西邊山為兩翼，保障市區(qū)內(nèi)防汛排澇體系的暢通，實(shí)現(xiàn)河湖水系連通，清水復(fù)流，徹底整治太原市區(qū)內(nèi)水環(huán)境。

1 工程概況

“兩河一湖”包括汾河、風(fēng)峪溝和晉陽湖，是太原市城市水系工程的重要組成部分，平面示意圖見圖1。

晉陽湖地處太原市金勝鎮(zhèn)南阜村，距市區(qū)10km，東靠新晉祠路，南接歷史悠久的古晉陽城和馳名中外的晉祠旅游勝地。晉陽湖是在一塊洼地周圍筑堤而成的人工淺水型水庫，現(xiàn)為太原第一熱電廠的晾水池，其湖面浩瀚，是華北最大的人工湖，素稱“中國北湖”，被譽(yù)為華北“明珠”。由汾河二庫通過汾河一壩灌區(qū)的西干渠補(bǔ)水。

汾河三期工程北起祥云橋，南至?xí)x祠迎賓路，長約10.5km。根據(jù)太原市南部新區(qū)的總體規(guī)劃，此段河道采用蓄水方案，擬建設(shè)3座橡膠壩。與“兩河一湖”水系連通項目有關(guān)的汾河河段位于祥云橋—小店橋之間。

風(fēng)峪溝是汾河的一級支流，位于晉陽湖南側(cè)，是汾河與晉陽湖水系的聯(lián)通通道。風(fēng)峪溝治理段西起龍王廟，經(jīng)城北村、南阜、賈家莊、古寨進(jìn)入汾河，長13.7km。其中，羅成高速口以上河道較窄，寬30～40m；羅成高速口以下河道寬闊，寬度65～120m。南阜村以下的河道位于“兩河一湖”水系連通范圍。

根據(jù)“兩河一湖”周邊的地形條件，結(jié)合晉陽湖多年運(yùn)行情況，以及晉陽湖和汾河三期工程的前期設(shè)計方案，最終確定“兩河一湖”的水系連通采用一級低水位775.0m方案。

圖1“兩河一湖”平面示意圖

2 汾河治理

與“兩河一湖”水系連通相關(guān)的汾河治理段，北起汾河二期工程末端的3號橡膠壩（祥云橋下游500m），南至汾河三期工程1號壅水壩（小店橋上游約100m），全長4.5km。

2.1 河道斷面設(shè)計

為妥善解決河道行洪安全與親水、景觀、休閑之間的矛盾，河道斷面采用復(fù)式斷面，由300m寬的行洪主槽（蓄水池）及兩側(cè)各130～150m寬的景觀平臺組成，平臺外側(cè)為防洪大堤。

主槽岸墻高度根據(jù)行洪能力和設(shè)計蓄水位綜合確定，初步考慮主槽岸墻高度為2.2～5.1m，高于設(shè)計蓄水位1.0m，主槽行洪能力900m3/s（約3～4年一遇）。超過900m3/s流量時，一級平臺參與泄洪，最大行洪能力2000m3/s。超過2000m3/s流量時，二級平臺參與泄洪，東、西大堤滿足100年一遇3450m3/s的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

景觀休閑平臺根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的不同分為一級平臺和二級平臺，一級平臺高程按主槽設(shè)計蓄水位加風(fēng)浪爬高確定，高出設(shè)計蓄水位1.0m；二級平臺高程結(jié)合排污暗涵，按不低于暗涵頂高程設(shè)置。一、二級平臺間采用不陡于1∶5的緩坡銜接。一級平臺位于水陸交錯帶，是主要的親水休閑活動區(qū)，也是濕生和陸生植物繁茂發(fā)育地及動物生活遷移區(qū)，主槽的岸墻型式需滿足生態(tài)、景觀、形式多樣的要求，設(shè)置時采用斜坡式生態(tài)護(hù)岸、臺階式護(hù)岸等多種形式。

本段河道現(xiàn)狀寬300～330m，不能滿足行洪要求，需移堤，河道拓寬。結(jié)合太原市的城市發(fā)展規(guī)劃，將西大堤向西移120～150m，至濱河西路東側(cè)紅線，河道總寬430～450m。新建西大堤采用梯型斷面的土堤，堤頂寬10.0m，臨水坡比1∶2.5，采用抗沖生物毯防護(hù)。

2.2 蓄水池設(shè)計

2.2.1 蓄水池布置

本段為全槽蓄水，為形成一個連續(xù)的大水面，在小店橋上游100m處設(shè)一座壅水壩，壩長300m，壩高4.1m，蓄水池設(shè)計蓄水位775.0m，蓄水面積130hm2，蓄水量350萬m3，可回水至二期工程末端（祥云橋下游 500m），設(shè)計水深 1.2～4.1m。

2.2.2 防滲墻布置

根據(jù)汾河一、二期工程的治理經(jīng)驗，三期工程蓄水池暫考慮采用垂直防滲，設(shè)置于蓄水池岸墻外側(cè)的一級平臺上，墻頂高程高出蓄水位0.3m。

2.3 排污暗涵

根據(jù)太原市污水尚不能完全達(dá)標(biāo)排放的現(xiàn)狀，為防止汾河兩岸邊山支溝排泄的污水對蓄水池水體形成污染，汾河三期工程延續(xù)一、二期工程的治理思路，繼續(xù)在蓄水池東、西兩岸設(shè)置排污暗涵，并延伸至治理段下游。

暗涵的主要任務(wù)與一、二期工程治理相同，為排污、初期小流量雨水和支溝部分排沙。暗涵采用4m×3.5m的混凝土方涵，過流能力20m3/s。為滿足“兩河一湖”的水系連通，結(jié)合風(fēng)峪溝的治理，在風(fēng)峪溝入汾口處暗涵頂局部降低1.9m，頂高程降至772.9m。此處暗涵凈高降至1.5m，為保證20m3/s的過流能力，經(jīng)計算，暗涵局部由4m拓寬至6m。

3 風(fēng)峪溝治理

與“兩河一湖”水系連通范圍西起南阜村，東至入汾口，長3.0km，縱坡1.46‰。此段河道為地上“懸河”，現(xiàn)狀河底高程為773～776.3m，堤頂高程776.0～780.7m，兩側(cè)地面高程774～775.3m。

3.1 河道疏浚設(shè)計

根據(jù)“兩河一湖”775.0m的蓄水位及風(fēng)峪溝入汾口汾河西暗涵頂高程772.9m，確定風(fēng)峪溝調(diào)坡后的設(shè)計縱坡為0.17‰。

由于風(fēng)峪溝現(xiàn)狀底高程高于設(shè)計河底高程，故需對風(fēng)峪溝進(jìn)行疏浚，最大清淤深度2.5m。河道橫斷面寬度根據(jù)水力學(xué)計算結(jié)果并結(jié)合河道現(xiàn)狀寬度確定，鑒于風(fēng)峪溝于2008年已進(jìn)行治理，為利用兩岸現(xiàn)有堤防，并兼顧水系連通后通航水深要求，將河道橫斷面設(shè)計為復(fù)式梯形斷面，邊坡1∶4，河道開口寬度65～120m，兩側(cè)一級平臺寬度10m。

3.2 堤防加固加高設(shè)計

“兩河一湖”水系連通段的風(fēng)峪溝現(xiàn)狀堤防斷面型式：右岸為1∶3漿砌石貼坡式，左岸為漿砌石直墻式。本設(shè)計為利用兩岸現(xiàn)有堤防，將河道橫斷面設(shè)計為梯形復(fù)式斷面，主槽斷面型式為梯形，邊坡比1∶4，坡面采用500mm厚格網(wǎng)石籠防護(hù)材料，基礎(chǔ)埋深1.5m。

經(jīng)水力學(xué)計算，部分堤段不滿足防洪要求，需加高0～2.0m，具體措施為在原斷面基礎(chǔ)上將現(xiàn)有河堤加高至設(shè)計高度，河堤加固土料采用河床開挖料，或就近取用，護(hù)坡防護(hù)措施與上同。

3.3 防滲設(shè)計

根據(jù)地勘資料，本河段無連續(xù)可靠的隔水層，擬采用水平防滲方案。河底防滲、防沖結(jié)構(gòu)自上而下依次為：500mm厚格網(wǎng)石籠、300mm厚碎石、復(fù)合土工布；兩岸堤防防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為：300mm種植土、300mm厚格網(wǎng)石籠、200mm厚碎石、復(fù)合土工布。對左岸原有漿砌石擋墻采用C25掛網(wǎng)混凝土進(jìn)行防滲，掛網(wǎng)厚10cm。

4 晉陽湖改造

晉陽湖南北長2990m，東西寬1700～2000m，庫區(qū)面積4.8km2，庫底較平坦，高程773.0～775.9m，最高壩頂高程為782.1m，水深平均4m，蓄水量990萬m3。現(xiàn)狀蓄水位高于周邊的地形，為一“懸湖”，對周邊的村莊及農(nóng)田形成浸沒，城市規(guī)劃亦需降低湖區(qū)水位設(shè)計，因此晉陽湖水位與汾河三期蓄水水位相同，即775.0m，滿足城市建設(shè)中降低水位的要求。晉陽湖由汾河一壩灌區(qū)的西干渠補(bǔ)水，通過湖體南側(cè)的連通渠實(shí)現(xiàn)湖區(qū)換水及水系連通。

4.1 岸墻改造設(shè)計

湖區(qū)邊岸改造現(xiàn)有漿砌石單一型式的護(hù)坡，采用生態(tài)材料進(jìn)行防護(hù)，以防風(fēng)浪淘刷。岸墻采用草坡入水、格網(wǎng)石籠直墻、臺階等多種形式，與岸邊景觀相協(xié)調(diào)。岸墻總長度為36.2km。

4.2 防滲工程設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)資料，晉陽湖湖底存在一層較厚的粉質(zhì)黏土或黏土可以作為相對隔水層，湖區(qū)不存在垂直滲漏問題。因此，工程擬采用垂直防滲墻的防滲設(shè)計，以截斷湖區(qū)水平滲漏通道，從而達(dá)到防滲的目的，工程防滲長度為36.2km，防滲深度約10m，深入相對不透水層1.0m。

4.3 晉陽湖補(bǔ)水

晉陽湖為內(nèi)陸水體，屬于“旁引水庫”。為了保證其水質(zhì)滿足景觀需水及“兩河一湖”水系連通的要求，在晉陽湖與周邊風(fēng)峪溝連通處設(shè)置30m寬的連通、排水通道。為防止洪水進(jìn)入湖區(qū)，需在河湖連通處設(shè)置雙向擋水閘門，閘門擬采用鋼壩閘，寬30.0m，高3.0m。

4.4 晉陽湖與汾河、風(fēng)峪溝的連通工程設(shè)計

為使“兩河一湖”水系形成連續(xù)水面，風(fēng)峪溝與兩岸地面相差小，減少對兩岸的浸沒隱患，把晉陽湖設(shè)計蓄水位降低至與汾河三期1號蓄水池相同，為775.0m，通過風(fēng)峪溝將“兩河一湖”水系連通為一個水面高程775.0m。晉陽湖設(shè)計水位由原設(shè)計776.8m降為775.0m，部分湖區(qū)需再下挖1.0～2.5m。風(fēng)峪溝需進(jìn)行疏浚，最大下挖2.5m，以保證最小水深1.0m。西干渠入晉陽湖的渠底高程為777.1m，較晉陽湖蓄水位高，需在西干渠入湖口設(shè)一座跌水構(gòu)筑物。

5 結(jié)語

通過“兩河一湖”的連通，改變了晉陽湖死水、懸湖的狀態(tài)，保障太原市區(qū)內(nèi)防汛排澇體系的暢通，達(dá)到河湖水系連通，逐步實(shí)現(xiàn)清水復(fù)流，徹底整治太原市區(qū)內(nèi)水環(huán)境，提升自然和人文環(huán)境品質(zhì)，形成“綠色、宜居、宜商”新城。