調蓄池工程的設計研究論文
1晉祠泉復流工程概況
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，泉口出露高程802.53~805.26m，距太原市城區25km。由于地下水長期嚴重超采和采煤排水，使晉祠泉地下水的補給系統遭到嚴重破壞，導致泉域斷流。晉祠泉水的枯竭，給當地生態環境帶來很大的影響。近年來，隨著部分工礦企業置換利用黃河水，關閉所有中小煤礦，泉域內關井壓采范圍的擴大，以及汾河清水復流工程的實施，使得泉域內汾河滲漏段入滲補給地下水的水量逐年增加，地下水得以涵養，泉域內巖溶地下水位明顯回升。晉祠泉自1994年4月30日泉水斷流起，水位逐年持續下降。從2008年8月止跌回升后，2011年度巖溶水位回升6m。若有進一步的補水工程，地下水位繼續回升，可使晉祠泉再度出流。2002年啟動了晉祠泉水景觀工程。
2工程建設必要性
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，可補充晉祠泉域地下水并置換103號井供水任務的工程。為實現晉祠泉盡快復流，實施晉源區關井壓采，確保關井壓采后引黃供水的安全，在明仙溝內新建調蓄池，通過下滲向晉祠泉域補水，可對晉祠泉域復流起到促進作用。同時，根據可調蓄的水量，向晉祠泉域提供應急補水，可置換地下水部分供水任務。因此，建設明仙溝引蓄水工程尤為緊迫和必要。
3調蓄水池位置選擇
在滿足自流給用水戶供水的前提下，調蓄池應盡可能圍繞難老泉附近選址。晉祠泉附近為邊山開闊區域，土地肥沃，是古晉陽城舊址區域，因此村莊及文物古跡比較密集，為避免征地移民，調蓄池應選在溝谷等人口和建筑物較為分散的區域。明仙溝位于距離難老泉泉眼上游1km處，根據該區等水位線圖，晉祠泉主要由西北方向來的巖溶水補給，調蓄池位于西北方向，且距離近，故分析滲漏水會有相當一部分流向晉祠泉，對晉祠泉的恢復有促進作用。明仙溝控制流域面積5.446km2，50年一遇洪峰流量為64.6m3/s，100年一遇洪峰流量為81.4m3/s，洪水可自明仙溝調蓄池右側排洪涵下泄，不影響補水和供水水質。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767.184m，明仙溝溝頂高程1142m，溝口高程828m。溝長4.5km，地形高程828～1142m，平均縱坡6.6%，河谷底寬20～50m，向上逐漸開闊，河床覆蓋層在0～6m左右。明仙溝溝窄坡陡，為得到較大的容量，必須修建相對高的壩體，但對下游晉祠古鎮和赤橋村防洪不利，同時蓄水會破壞一定淹沒范圍內的植被。調蓄池蓄水后，可能存在塌岸等問題。根據《小型水庫更新建設工程設計文件匯編》精神，本次在溝內下段河谷底寬最寬處（70m）選擇適宜的調蓄池位置。
4調蓄水池容量確定
受地形條件所限，依據太原市對西山生態的保護原則，調蓄池按照不淹沒明仙溝內兩岸坡植被的要求，采用在溝底較寬處放坡開挖覆蓋層的方案，該方案可形成1.0萬~2.0萬m3左右的調節容量，以滿足晉祠泉應急補水和調節蓄水的工程任務。方案一：選定的調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現狀洪水下泄路徑，選擇在右岸布置排洪建筑物，因地制宜開挖池底覆蓋層后碾壓回填至右岸谷底，并通過排洪建筑物的設計完成洪水排泄與消能。同時，開挖出的棄渣可碾壓回填在調節池下游原土后，既滿足挖填平衡，同時可對調蓄池起到加固作用。蓄水位850.5m，池頂高程852.5m。調蓄池下游填方處采用碾壓均質土壩，最大壩高6.5m，總容量1.75萬m3。調蓄池左側地勢較高，為安全起見可在此處布置進場公路，寬度4.5m，長度500m。右側布置排洪涵，設計流量64.6m3/s，校核流量81.4m3/s，底寬10m。為避免下游浸沒問題，在調蓄池下游設置防滲墻及帷幕進行垂直防滲，通過延長滲徑，減少對下游建筑物的浸沒影響。在壩體內及覆蓋層中設塑性混凝土防滲墻，厚度0.6m，下部基巖內做防滲帷幕至弱風化下部，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，僅將排洪建筑物設計為5m×3m混凝土箱涵，頂部回填調蓄池開挖的棄渣，并回填至右岸坡腳。調蓄池為半挖半填形成，調蓄池蓄水位848.0m，池頂高程849.5m。調蓄池下游填方處采用碾壓均質土壩，最大壩高6.5m。調蓄池總容量1.05萬m3，采用土工膜全防滲結構。由于下游赤橋古村和晉祠賓館距離工程區較近（最近僅200m），調節池蓄水后將會沿著溝谷覆蓋層及下部基巖強風化層下滲，對下游建筑物及兩岸構成浸沒影響，因此方案二中調蓄池采用土工膜全防滲結構。方案二與方案一相比雖然調蓄池容量較小，但投資小，工期短，見效快，另外，本方案全庫盆防滲后可減輕對下游的浸沒影響，且與周邊生態景觀相協調，因此選用投資較小的方案二。
5調蓄水池斷面設計
調蓄水池頂高程849.5m，池頂寬度10m，環調蓄池池頂總長357m。池頂兼作進場公路，池底最大寬度19m，環調蓄池頂布置高1.00m仿木質結構鋼筋混凝土防護欄桿，欄桿下部設0.3m×0.5m混凝土基礎，上下游壩坡坡比均為1∶2.5。整個蓄水池采用全庫盆土工膜防滲結構，上游采用六邊形C30W6F150預制預制混凝土塊護坡，單塊厚度180mm，單邊長300mm。上游護坡防滲結構從上部向下依次布置混凝土預制塊、200mm厚砂卵石墊層、200mm厚中細砂墊層、PE土工膜、200mm厚中細砂墊層。由于筑池材料均為現場開挖料，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，防止下游出現浸沒，在上游壩面設置10m厚黏土層。下游鋪設卵石混合土層，并采用草皮護坡。考慮大壩防滲失效，壩坡下游坡腳設置貼坡式排水體，從里到外依次鋪設砂層200mm、卵石層300mm、塊石層500mm。整個池內采用復合土工膜（二布一膜）防滲，土工膜防滲層采用規格為200g/0.5mm/200g的針刺短線滌綸兩布一膜（PE膜），幅寬均為4m，復合土工膜防滲結構自上而下依次為防護層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于壩體和庫底土層均為Q4原狀卵石混合土，整平夯實后需直接鋪設200mm厚中細砂層，上覆PE土工膜。上墊層和防護層針對不同部位作了不同處理。防滲土工膜上墊層采用平均厚度20cm的中細砂和20cm的河床質砂礫石，滿足防濾要求，防護層采用18cm厚的C30預制混凝土塊護面。
6結語
明仙溝調蓄水池建成后，有利于恢復晉祠流域內的生態植被環境，對晉祠的旅游業發展將起到促進作用，對“三晉名泉”的恢復具有積極作用，可加快晉祠地區經濟持續發展。
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