桑干河山陰縣河頭村生態(tài)蓄水工程設(shè)計(jì)

康振生

（朔州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 朔州 036002）

1 工程概況

桑干河發(fā)源于寧武縣管涔山廟兒溝，屬海河流域永定河水系，控制流域面積17 744 km2。桑干河山陰縣河頭村生態(tài)蓄水工程，位于山陰縣合盛堡鄉(xiāng)河頭村附近的桑干河干流上，控制流域面積4 892 km2。

1.1 水文氣象條件

桑干河流域地處內(nèi)陸高原，屬北溫帶較干燥的大陸性氣候，受季風(fēng)影響強(qiáng)烈，并具有山區(qū)氣候特征。根據(jù)山陰縣縣城氣象站資料，多年平均降水量362.4 mm，主要集中在7～8月份，多年平均氣溫7.6℃，年內(nèi)1月份平均氣溫最低，7月份平均氣溫最高，多年平均風(fēng)速為2.6 m/s，汛期最大風(fēng)速達(dá)20.0 m/s，多年平均蒸發(fā)量為1 967 mm，最大凍土深為1.47 m，無霜期為171 d，出現(xiàn)大風(fēng)天數(shù)為17.4 d。

1.2 工程地質(zhì)

本區(qū)屬大同盆地洪積沖積平原區(qū)，為山間斷陷盆地，盆地內(nèi)地形較平緩，且西南高、東北低，走向呈西南～東北向，長(zhǎng)達(dá)100余km，寬30～60 km。工程區(qū)所處大地構(gòu)造單元為桑干河新裂陷的后所凹陷西南部，北臨黃花梁陷隆，桑干河新裂陷的西部為呂梁—太行斷塊的云岡塊坳。相應(yīng)地震基本烈度為7°。

2 工程任務(wù)及規(guī)模

2.1 工程現(xiàn)狀

河道現(xiàn)狀存在地表徑流量持續(xù)減少，河床沙化、河道兩側(cè)植被覆蓋率低、水土流失嚴(yán)重，個(gè)別河段河床被農(nóng)業(yè)作物侵占等諸多問題，對(duì)河流生態(tài)造成極大影響。河頭村生態(tài)蓄水工程作為桑干河河道綜合治理的一部分，有增加水面面積和濕地面積、改善河道生態(tài)環(huán)境、提高河水自凈能力，提升區(qū)域景觀效果的重要作用。

2.2 工程等別及建筑物級(jí)別

河頭村生態(tài)蓄水工程，包括主河槽閘，左、右岸灘地?cái)r河閘。河頭村攔河閘蓄水水位為1 007 m，蓄水量90.8萬m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 250-2000），工程等別為Ⅴ等，主要建筑物攔河閘、啟閉機(jī)房級(jí)別為5級(jí)。本工程最大擋水高度為3 m，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）規(guī)定，建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)按平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定，主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

3 工程設(shè)計(jì)

蓄水?dāng)r河閘分設(shè)主河槽攔河閘和灘地?cái)r河閘，根據(jù)兩岸臺(tái)地高程，閘頂高程取1 008.2 m，工程總蓄水面積85.06萬m2，蓄水量90.8萬m3，水域平均蓄水深度1.1 m。主槽攔河閘長(zhǎng)度取40 m，攔河閘高3 m，底板高程1 004 m，左岸灘地?cái)r河閘長(zhǎng)度取120 m，右岸灘地?cái)r河閘長(zhǎng)度取120m，灘地?cái)r河閘高2m，底板高程1005m。為防止風(fēng)浪淘刷，洪水沖刷，結(jié)合地形條件，對(duì)攔河閘上下游近閘的主槽岸坡和灘地岸坡進(jìn)行生態(tài)護(hù)岸。在蓄水區(qū)內(nèi)根據(jù)蓄水深度不同，搭配種植濕地植物和水生植物，以達(dá)到凈化水質(zhì)，改善水生態(tài)環(huán)境，提升景觀效果的作用。

左側(cè)河岸地勢(shì)較高，攔河閘啟閉機(jī)房建在攔河閘左邊擋水土壩外側(cè)，采用磚混結(jié)構(gòu)，啟閉設(shè)備室地面高程1 008.2 m。

3.1 攔河閘設(shè)計(jì)

工程采用攔河閘加擋水壩型式布置，可升降的鋼壩閘利于調(diào)沙、蓄水、行洪，攔河閘跨河總長(zhǎng)310 m，由左岸灘地120 m攔河閘段、主槽40 m攔河閘段、右側(cè)灘地120 m攔河閘段組成，主槽和灘地?cái)r河閘之間設(shè)中墩銜接。順?biāo)鞣较颍瑪r河閘由上游護(hù)底、鋪蓋、閘室、消力池、海漫五部分組成，總長(zhǎng)38 m。上游連接段由護(hù)底、鋪蓋、兩岸翼墻和護(hù)坡組成，并與閘室、防滲墻共同構(gòu)成防滲地下輪廓，確保在滲流作用下閘基的抗?jié)B及抗滑穩(wěn)定。主槽和上游連接段長(zhǎng)均為12 m。

閘室為分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蛑鞑坶l室長(zhǎng)8 m，底板高程1 004 m；灘地閘室長(zhǎng)8 m，底板高程1 005 m。閘門為可升降的鋼壩閘門。主槽攔河閘為1孔，閘板總長(zhǎng)40 m，擋水高度3.0 m；左岸灘地?cái)r河閘為3孔，閘板總長(zhǎng)120 m，單扇閘板寬度40 m，擋水高度2.0 m；右岸灘地?cái)r河閘為3孔，閘板總長(zhǎng)120 m，單扇閘板寬度40 m，擋水高度2.0 m；攔河閘由設(shè)在左岸的液壓控制室控制啟閉。攔河閘閘墩為鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)，根據(jù)超高計(jì)算，閘墩頂高程1 008.2 m。下游連接段，包括消力池、海漫以及兩岸翼墻和護(hù)坡。引導(dǎo)出閘水流均勻擴(kuò)散，下游連接段總長(zhǎng)18 m。

3.2 攔河閘基礎(chǔ)處理

工程地基液化處理采用振沖擠密碎石樁，振沖碎石樁處理范圍確定為閘室基礎(chǔ)向外各擴(kuò)大5.0 m。碎石樁樁徑采用0.8 m，樁距2.5 m，等邊三角形布孔，樁端伸至液化土層底部，樁長(zhǎng)15 m。樁頂和閘室基礎(chǔ)之間鋪設(shè)300 mm厚的級(jí)配碎石墊層和0.1 m厚C 15混凝土墊層。

閘底防滲采用高壓噴射灌漿防滲墻，防滲墻底部深入低（高）液限粘土層1.0 m，墻深15 m。高壓噴射灌漿采用擺噴，防滲墻最小厚度確定為30 cm。防滲墻軸線布置在蓄水閘閘室底板基礎(chǔ)上邊線向下0.8 m處，左右岸穿過閘室邊墻基礎(chǔ)向兩側(cè)各延伸30 m。

3.3 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)

生態(tài)護(hù)岸為蓄水閘上下游近壩段護(hù)岸，其中左岸0.96 km，右岸長(zhǎng)1.2 km，總長(zhǎng)度約2.16 km。護(hù)岸坡度設(shè)計(jì)為1∶3.0。結(jié)構(gòu)形式，蓄水位1 007.0 m以下0.5 m為格賓石籠，厚0.5 m，防止護(hù)岸沖刷破壞；蓄水位1 007.0 m以下0.5 m至頂護(hù)岸高程為土石籠袋，厚度0.5 m，防止護(hù)岸沖刷破壞，同時(shí)可種植水生植物、美化環(huán)境；岸坡護(hù)腳為格賓石籠，深入河床地面以下2.0 m，布置4層，單層厚度0.5m，下部?jī)蓪訉挾?.0m，上部?jī)蓪雍穸?.0m，底部鋪設(shè)1層土工反濾布。

格賓石籠網(wǎng)格尺寸為4.0 m×1.0 m×0.5 m（長(zhǎng)×寬×高），內(nèi)裝塊石；土石籠袋外層網(wǎng)格尺寸和籠袋尺寸規(guī)格均為2.0 m×1.0 m×0.5 m（長(zhǎng)×寬×高），內(nèi)填種植用腐殖土。

3.4 施工導(dǎo)流

攔河水閘蓄水水位為1 007 m，蓄水量90.8萬m3，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級(jí)別為5級(jí)。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 303-2004）的規(guī)定，確定導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10～5年洪水重現(xiàn)期，本工程選用洪水重現(xiàn)期5年標(biāo)準(zhǔn)，采用非汛期施工導(dǎo)流方式，非汛期為每年10月至次年6月，流量為42.1 m3/s。攔河閘施工，采用分期導(dǎo)流方式。施工時(shí)，先右岸后左岸。即先圍護(hù)右岸，在閘壩右側(cè)修筑一期圍堰擋水，左岸束窄河床泄流，進(jìn)行右岸攔河閘壩段施工，汛前完成右岸攔河閘壩段施工；汛期停工，攔河閘壩過水；汛后填筑二期圍堰，圍護(hù)左岸，圍堰擋水，右岸已完工段泄流，進(jìn)行左岸攔河閘壩段施工。一、二期圍堰均采用土圍堰，一期圍堰長(zhǎng)310 m。按非汛期5年一遇洪水設(shè)計(jì)，堰頂高程1 005.5 m，最大堰高2.0 m（主河槽部分），頂寬為3 m，圍堰迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5。圍堰迎水面采用編織袋土護(hù)坡，護(hù)坡厚0.5 m。二期圍堰長(zhǎng)230 m，堰頂高程1 006.0 m，最大堰高2.5 m（主河槽部分），頂寬為3 m，圍堰迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5。

4 結(jié)語

河頭村生態(tài)蓄水工程實(shí)施后，一方面控制了水土流失，防止河床沖刷，減少泥沙進(jìn)入河道；另一方面利用緩沖帶植物的吸附和分解作用，減緩了初期雨水與地表徑流中的氮、磷、農(nóng)藥、化肥等污染物進(jìn)入河道。對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。