调蓄池工程设计研究

1晋祠泉复流工程概况

晋祠泉出露于太原西边山断裂带悬瓮山脚下，属上升泉，是太原西山岩溶地下水的集中排泄点，泉口出露高程802.53~805.26m，距太原市城区25km。由于地下水长期严重超采和采煤排水，使晋祠泉地下水的补给系统遭到严重破坏，导致泉域断流。晋祠泉水的枯竭，给当地生态环境带来很大的影响。近年来，随着部分工矿企业置换利用黄河水，关闭所有中小煤矿，泉域内关井压采范围的扩大，以及汾河清水复流工程的实施，使得泉域内汾河渗漏段入渗补给地下水的水量逐年增加，地下水得以涵养，泉域内岩溶地下水位明显回升。晋祠泉自1994年4月30日泉水断流起，水位逐年持续下降。从2008年8月止跌回升后，2011年度岩溶水位回升6m。若有进一步的补水工程，地下水位继续回升，可使晋祠泉再度出流。2002年启动了晋祠泉水景观工程。

2工程建设必要性

明仙沟引蓄水工程是利用引黄清徐原水直供工程输水至明仙沟蓄水池，可补充晋祠泉域地下水并置换103号井供水任务的工程。为实现晋祠泉尽快复流，实施晋源区关井压采，确保关井压采后引黄供水的安全，在明仙沟内新建调蓄池，通过下渗向晋祠泉域补水，可对晋祠泉域复流起到促进作用。同时，根据可调蓄的水量，向晋祠泉域提供应急补水，可置换地下水部分供水任务。因此，建设明仙沟引蓄水工程尤为紧迫和必要。

3调蓄水池位置选择

在满足自流给用水户供水的前提下，调蓄池应尽可能围绕难老泉附近选址。晋祠泉附近为边山开阔区域，土地肥沃，是古晋阳城旧址区域，因此村庄及文物古迹比较密集，为避免征地移民，调蓄池应选在沟谷等人口和建筑物较为分散的区域。明仙沟位于距离难老泉泉眼上游1km处，根据该区等水位线图，晋祠泉主要由西北方向来的岩溶水补给，调蓄池位于西北方向，且距离近，故分析渗漏水会有相当一部分流向晋祠泉，对晋祠泉的恢复有促进作用。明仙沟控制流域面积5.446km2，50年一遇洪峰流量为64.6m3/s，100年一遇洪峰流量为81.4m3/s，洪水可自明仙沟调蓄池右侧排洪涵下泄，不影响补水和供水水质。明仙沟引蓄水工程取水口位于清徐原水直供工程迎宾路与滨河西路交汇处，分水口管中心高程767.184m，明仙沟沟顶高程1142m，沟口高程828m。沟长4.5km，地形高程828～1142m，平均纵坡6.6%，河谷底宽20～50m，向上逐渐开阔，河床覆盖层在0～6m左右。明仙沟沟窄坡陡，为得到较大的容量，必须修建相对高的坝体，但对下游晋祠古镇和赤桥村防洪不利，同时蓄水会破坏一定淹没范围内的植被。调蓄池蓄水后，可能存在塌岸等问题。根据《小型水库更新建设工程设计文件汇编》精神，本次在沟内下段河谷底宽最宽处（70m）选择适宜的调蓄池位置。

4调蓄水池容量确定

受地形条件所限，依据太原市对西山生态的保护原则，调蓄池按照不淹没明仙沟内两岸坡植被的要求，采用在沟底较宽处放坡开挖覆盖层的方案，该方案可形成1.0万~2.0万m3左右的调节容量，以满足晋祠泉应急补水和调节蓄水的工程任务。方案一：选定的调蓄池处沟谷谷底左岸高右岸低，可充分利用地形条件以及沟内现状洪水下泄路径，选择在右岸布置排洪建筑物，因地制宜开挖池底覆盖层后碾压回填至右岸谷底，并通过排洪建筑物的设计完成洪水排泄与消能。同时，开挖出的弃渣可碾压回填在调节池下游原土后，既满足挖填平衡，同时可对调蓄池起到加固作用。蓄水位850.5m，池顶高程852.5m。调蓄池下游填方处采用碾压均质土坝，最大坝高6.5m，总容量1.75万m3。调蓄池左侧地势较高，为安全起见可在此处布置进场公路，宽度4.5m，长度500m。右侧布置排洪涵，设计流量64.6m3/s，校核流量81.4m3/s，底宽10m。为避免下游浸没问题，在调蓄池下游设置防渗墙及帷幕进行垂直防渗，通过延长渗径，减少对下游建筑物的浸没影响。在坝体内及覆盖层中设塑性混凝土防渗墙，厚度0.6m，下部基岩内做防渗帷幕至弱风化下部，共同形成防渗体系，确保下游建筑物的安全。方案二：整体布置同方案一，仅将排洪建筑物设计为5m×3m混凝土箱涵，顶部回填调蓄池开挖的弃渣，并回填至右岸坡脚。调蓄池为半挖半填形成，调蓄池蓄水位848.0m，池顶高程849.5m。调蓄池下游填方处采用碾压均质土坝，最大坝高6.5m。调蓄池总容量1.05万m3，采用土工膜全防渗结构。由于下游赤桥古村和晋祠宾馆距离工程区较近（最近仅200m），调节池蓄水后将会沿着沟谷覆盖层及下部基岩强风化层下渗，对下游建筑物及两岸构成浸没影响，因此方案二中调蓄池采用土工膜全防渗结构。方案二与方案一相比虽然调蓄池容量较小，但投资小，工期短，见效快，另外，本方案全库盆防渗后可减轻对下游的浸没影响，且与周边生态景观相协调，因此选用投资较小的方案二。

5调蓄水池断面设计

调蓄水池顶高程849.5m，池顶宽度10m，环调蓄池池顶总长357m。池顶兼作进场公路，池底最大宽度19m，环调蓄池顶布置高1.00m仿木质结构钢筋混凝土防护栏杆，栏杆下部设0.3m×0.5m混凝土基础，上下游坝坡坡比均为1∶2.5。整个蓄水池采用全库盆土工膜防渗结构，上游采用六边形C30W6F150预制预制混凝土块护坡，单块厚度180mm，单边长300mm。上游护坡防渗结构从上部向下依次布置混凝土预制块、200mm厚砂卵石垫层、200mm厚中细砂垫层、PE土工膜、200mm厚中细砂垫层。由于筑池材料均为现场开挖料，且全部为洪冲积卵石混合土层，碾压后防渗效果较差。为保证防渗效果，防止下游出现浸没，在上游坝面设置10m厚黏土层。下游铺设卵石混合土层，并采用草皮护坡。考虑大坝防渗失效，坝坡下游坡脚设置贴坡式排水体，从里到外依次铺设砂层200mm、卵石层300mm、块石层500mm。整个池内采用复合土工膜（二布一膜）防渗，土工膜防渗层采用规格为200g/0.5mm/200g的针刺短线涤纶两布一膜（PE膜），幅宽均为4m，复合土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、上垫层、防渗层、下垫层、支持层，由于坝体和库底土层均为Q4原状卵石混合土，整平夯实后需直接铺设200mm厚中细砂层，上覆PE土工膜。上垫层和防护层针对不同部位作了不同处理。防渗土工膜上垫层采用平均厚度20cm的中细砂和20cm的河床质砂砾石，满足防滤要求，防护层采用18cm厚的C30预制混凝土块护面。

6结语

明仙沟调蓄水池建成后，有利于恢复晋祠流域内的生态植被环境，对晋祠的旅游业发展将起到促进作用，对“三晋名泉”的恢复具有积极作用，可加快晋祠地区经济持续发展。

作者:张美林 单位:山西省水利水电勘测设计研究院