晉祠泉復(fù)流工程明仙溝調(diào)蓄池工程設(shè)計(jì)綜述

張美林

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 晉祠泉復(fù)流工程概況

晉祠泉出露于太原西邊山斷裂帶懸甕山腳下，屬上升泉，是太原西山巖溶地下水的集中排泄點(diǎn)，泉口出露高程802.53～805.26 m，距太原市城區(qū)25 km。由于地下水長(zhǎng)期嚴(yán)重超采和采煤排水，使晉祠泉地下水的補(bǔ)給系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致泉域斷流。晉祠泉水的枯竭，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)很大的影響。近年來(lái)，隨著部分工礦企業(yè)置換利用黃河水，關(guān)閉所有中小煤礦，泉域內(nèi)關(guān)井壓采范圍的擴(kuò)大，以及汾河清水復(fù)流工程的實(shí)施，使得泉域內(nèi)汾河滲漏段入滲補(bǔ)給地下水的水量逐年增加，地下水得以涵養(yǎng)，泉域內(nèi)巖溶地下水位明顯回升。晉祠泉自1994年4月30日泉水?dāng)嗔髌?，水位逐年持續(xù)下降。從2008年8月止跌回升后，2011年度巖溶水位回升6 m。若有進(jìn)一步的補(bǔ)水工程，地下水位繼續(xù)回升，可使晉祠泉再度出流。2002年啟動(dòng)了晉祠泉水景觀工程。

2 工程建設(shè)必要性

明仙溝引蓄水工程是利用引黃清徐原水直供工程輸水至明仙溝蓄水池，可補(bǔ)充晉祠泉域地下水并置換103號(hào)井供水任務(wù)的工程。為實(shí)現(xiàn)晉祠泉盡快復(fù)流，實(shí)施晉源區(qū)關(guān)井壓采，確保關(guān)井壓采后引黃供水的安全，在明仙溝內(nèi)新建調(diào)蓄池，通過(guò)下滲向晉祠泉域補(bǔ)水，可對(duì)晉祠泉域復(fù)流起到促進(jìn)作用。同時(shí)，根據(jù)可調(diào)蓄的水量，向晉祠泉域提供應(yīng)急補(bǔ)水，可置換地下水部分供水任務(wù)。因此，建設(shè)明仙溝引蓄水工程尤為緊迫和必要。

3 調(diào)蓄水池位置選擇

在滿(mǎn)足自流給用水戶(hù)供水的前提下，調(diào)蓄池應(yīng)盡可能?chē)@難老泉附近選址。晉祠泉附近為邊山開(kāi)闊區(qū)域，土地肥沃，是古晉陽(yáng)城舊址區(qū)域，因此村莊及文物古跡比較密集，為避免征地移民，調(diào)蓄池應(yīng)選在溝谷等人口和建筑物較為分散的區(qū)域。

明仙溝位于距離難老泉泉眼上游1 km處，根據(jù)該區(qū)等水位線(xiàn)圖，晉祠泉主要由西北方向來(lái)的巖溶水補(bǔ)給，調(diào)蓄池位于西北方向，且距離近，故分析滲漏水會(huì)有相當(dāng)一部分流向晉祠泉，對(duì)晉祠泉的恢復(fù)有促進(jìn)作用。明仙溝控制流域面積5.446 km2，50年一遇洪峰流量為64.6 m3/s，100年一遇洪峰流量為81.4 m3/s，洪水可自明仙溝調(diào)蓄池右側(cè)排洪涵下泄，不影響補(bǔ)水和供水水質(zhì)。

明仙溝引蓄水工程取水口位于清徐原水直供工程迎賓路與濱河西路交匯處，分水口管中心高程767.184 m，明仙溝溝頂高程1142 m，溝口高程828 m。溝長(zhǎng)4.5 km，地形高程828～1142 m，平均縱坡6.6%，河谷底寬20～50 m，向上逐漸開(kāi)闊，河床覆蓋層在0～6 m左右。明仙溝溝窄坡陡，為得到較大的容量，必須修建相對(duì)高的壩體，但對(duì)下游晉祠古鎮(zhèn)和赤橋村防洪不利，同時(shí)蓄水會(huì)破壞一定淹沒(méi)范圍內(nèi)的植被。調(diào)蓄池蓄水后，可能存在塌岸等問(wèn)題。根據(jù)《小型水庫(kù)更新建設(shè)工程設(shè)計(jì)文件匯編》精神，本次在溝內(nèi)下段河谷底寬最寬處（70 m）選擇適宜的調(diào)蓄池位置。

4 調(diào)蓄水池容量確定

受地形條件所限，依據(jù)太原市對(duì)西山生態(tài)的保護(hù)原則，調(diào)蓄池按照不淹沒(méi)明仙溝內(nèi)兩岸坡植被的要求，采用在溝底較寬處放坡開(kāi)挖覆蓋層的方案，該方案可形成1.0萬(wàn)～2.0萬(wàn)m3左右的調(diào)節(jié)容量，以滿(mǎn)足晉祠泉應(yīng)急補(bǔ)水和調(diào)節(jié)蓄水的工程任務(wù)。

方案一：選定的調(diào)蓄池處溝谷谷底左岸高右岸低，可充分利用地形條件以及溝內(nèi)現(xiàn)狀洪水下泄路徑，選擇在右岸布置排洪建筑物，因地制宜開(kāi)挖池底覆蓋層后碾壓回填至右岸谷底，并通過(guò)排洪建筑物的設(shè)計(jì)完成洪水排泄與消能。同時(shí)，開(kāi)挖出的棄渣可碾壓回填在調(diào)節(jié)池下游原土后，既滿(mǎn)足挖填平衡，同時(shí)可對(duì)調(diào)蓄池起到加固作用。蓄水位850.5 m，池頂高程852.5 m。調(diào)蓄池下游填方處采用碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高6.5 m，總?cè)萘?.75萬(wàn)m3。調(diào)蓄池左側(cè)地勢(shì)較高，為安全起見(jiàn)可在此處布置進(jìn)場(chǎng)公路，寬度4.5 m，長(zhǎng)度500 m。右側(cè)布置排洪涵，設(shè)計(jì)流量64.6 m3/s，校核流量 81.4 m3/s，底寬10 m。

為避免下游浸沒(méi)問(wèn)題，在調(diào)蓄池下游設(shè)置防滲墻及帷幕進(jìn)行垂直防滲，通過(guò)延長(zhǎng)滲徑，減少對(duì)下游建筑物的浸沒(méi)影響。在壩體內(nèi)及覆蓋層中設(shè)塑性混凝土防滲墻，厚度0.6 m，下部基巖內(nèi)做防滲帷幕至弱風(fēng)化下部，共同形成防滲體系，確保下游建筑物的安全。

方案二：整體布置同方案一，僅將排洪建筑物設(shè)計(jì)為5 m×3 m混凝土箱涵，頂部回填調(diào)蓄池開(kāi)挖的棄渣，并回填至右岸坡腳。調(diào)蓄池為半挖半填形成，調(diào)蓄池蓄水位848.0 m，池頂高程849.5 m。調(diào)蓄池下游填方處采用碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高6.5 m。調(diào)蓄池總?cè)萘?.05萬(wàn)m3，采用土工膜全防滲結(jié)構(gòu)。

由于下游赤橋古村和晉祠賓館距離工程區(qū)較近（最近僅200 m），調(diào)節(jié)池蓄水后將會(huì)沿著溝谷覆蓋層及下部基巖強(qiáng)風(fēng)化層下滲，對(duì)下游建筑物及兩岸構(gòu)成浸沒(méi)影響，因此方案二中調(diào)蓄池采用土工膜全防滲結(jié)構(gòu)。方案二與方案一相比雖然調(diào)蓄池容量較小，但投資小，工期短，見(jiàn)效快，另外，本方案全庫(kù)盆防滲后可減輕對(duì)下游的浸沒(méi)影響，且與周邊生態(tài)景觀相協(xié)調(diào)，因此選用投資較小的方案二。

5 調(diào)蓄水池?cái)嗝嬖O(shè)計(jì)

調(diào)蓄水池頂高程849.5 m，池頂寬度10 m，環(huán)調(diào)蓄池池頂總長(zhǎng)357 m。池頂兼作進(jìn)場(chǎng)公路，池底最大寬度19 m，環(huán)調(diào)蓄池頂布置高1.00 m仿木質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土防護(hù)欄桿，欄桿下部設(shè)0.3 m×0.5 m混凝土基礎(chǔ)，上下游壩坡坡比均為1∶2.5。

整個(gè)蓄水池采用全庫(kù)盆土工膜防滲結(jié)構(gòu)，上游采用六邊形C30W6F150預(yù)制預(yù)制混凝土塊護(hù)坡，單塊厚度180 mm，單邊長(zhǎng)300 mm。上游護(hù)坡防滲結(jié)構(gòu)從上部向下依次布置混凝土預(yù)制塊、200 mm厚砂卵石墊層、200 mm厚中細(xì)砂墊層、PE土工膜、200 mm厚中細(xì)砂墊層。由于筑池材料均為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖料，且全部為洪沖積卵石混合土層，碾壓后防滲效果較差。為保證防滲效果，防止下游出現(xiàn)浸沒(méi)，在上游壩面設(shè)置10 m厚黏土層。下游鋪設(shè)卵石混合土層，并采用草皮護(hù)坡。考慮大壩防滲失效，壩坡下游坡腳設(shè)置貼坡式排水體，從里到外依次鋪設(shè)砂層200 mm、卵石層300 mm、塊石層500 mm。

整個(gè)池內(nèi)采用復(fù)合土工膜（二布一膜）防滲，土工膜防滲層采用規(guī)格為200 g/0.5 mm/200 g的針刺短線(xiàn)滌綸兩布一膜（PE膜），幅寬均為4 m，復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為防護(hù)層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于壩體和庫(kù)底土層均為Q4原狀卵石混合土，整平夯實(shí)后需直接鋪設(shè)200 mm厚中細(xì)砂層，上覆PE土工膜。上墊層和防護(hù)層針對(duì)不同部位作了不同處理。防滲土工膜上墊層采用平均厚度20 cm的中細(xì)砂和20 cm的河床質(zhì)砂礫石，滿(mǎn)足防濾要求，防護(hù)層采用18 cm厚的C30預(yù)制混凝土塊護(hù)面。

6 結(jié)語(yǔ)

明仙溝調(diào)蓄水池建成后，有利于恢復(fù)晉祠流域內(nèi)的生態(tài)植被環(huán)境，對(duì)晉祠的旅游業(yè)發(fā)展將起到促進(jìn)作用，對(duì)“三晉名泉”的恢復(fù)具有積極作用，可加快晉祠地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。