晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水分析.pdf

2023 年 9 月Introduction to the Ecological Water Replenishment Project in the Luojiaquto Longweitou Section of Jinci Spring DomainSong Bilian渊Shanxi Water Resources and Hydropower Survey袁Design and Research Institute Co.袁Ltd袁Taiyuan袁Shanxi 0300圆源袁China冤Abstract:Jinci Spring is the 野Number One Spring in the Three Jin Dynasties冶.Due to the dual damagecaused by large-scale mining and overexploitation of groundwater袁the groundwater level continued to decline袁andit was cut off on April 30袁1994.The article focuses on the trend of improving the water environment in the JinciSpring Reflow Project in Shanxi Province.Four river blocking gates and dams have been built from top to bottomin the strong leakage section of the upstream of the Fenhe River to supplement ecological water袁therebyincreasing the infiltration of surface water and the infiltration and replenishment of karst water in the JinciSpring袁promoting the increase of groundwater level袁promoting the early realization of the Jinci Spring Reflow袁andalso improving the ecological environment of the Fenhe River channel.Keywords:Ecologicalwaterreplenishment曰Rivergatedam曰Overcurrentcapacity曰JinciSpringDomain晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水分析宋必连（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024）摘要：晋祠泉是“三晋第一名泉”，在大规模采矿以及过度开采地下水的双重破坏下，地下水位持续下降，于 1994 年 4 月 30 日出现了断流。文章针对晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水工程进行分析；在汾河干流上游强渗漏段自上而下兴建了 4 座拦河闸坝进行生态补水，可加大地表水的下渗量和晋祠泉域岩溶水的入渗补给量，从而促进地下水位抬升，推动晋祠泉早日实现复流，同时也能改善汾河河道生态环境。关键词：生态补水拦河闸坝过流能力晋祠泉域中图分类号：TV213文献标识码：A文章编号：1008-0120（2023）03-0021-03收稿日期：2023-08-161工程建设概况晋祠泉是“三晋第一名泉”，出露于太原西山悬瓮山下，距太原市城区 25 km。自上世纪八十年代以来，随着社会经济的快速发展，在大规模采矿以及过度开采地下水的双重破坏下，致使晋祠泉域岩溶水资源采补严重失衡，地下水位持续下降，导致晋祠泉在 1994 年 4 月 30 日出现了断流。针对日趋恶化的泉域水环境，2008 年实施了千里汾河清水复流工程，极大地改善了晋祠泉域地下水环境，当年晋祠泉岩溶地下水水位就实现了止降回升，2013 年底回升至距泉口 9.03 m，效果极其显著。因此，在汾河干流上选择渗漏较强的区域开展生态补水工程，形成一定的蓄水水面，加大地表水的下渗量和晋祠泉域岩溶水的入渗补给量，促进地下水位升高，从而使晋祠泉早日实现复流，同时兼顾改善汾河河道生态环境。2生态补水工程实施方案设计汾河生态补水工程所在位置属于太原市娄烦第 3 期2023 年 9 月Soil and Water Conservation Science and Technology in Shanxi山西水土保持科技No.3Sep.2023阴 生态建设窑21窑2023 年第 3 期山西水土保持科技县，全县年平均气温为 7.9益，全区年平均降水量为426.2 mm，年平均蒸发量为 1 690.7 mm，全年无霜期193耀227 d，年平均风速为 1.9 m/s。山西省地下水超采区综合治理实施方案在汾河干流上共规划了 8 座液压翻板闸坝，并按计划分期实施，其中计划第一期实施的 1 号、3 号、4 号及 6 号拦河闸坝位于蓄水区渗漏较强的汾河上游段。该段河道两岸石灰岩裸露，区域裂隙发育良好，地层总体呈单斜构造，局部出露褶皱及断裂构造。河水、松散岩类孔隙水通过含水岩组中的褶皱、断裂构造等渗透通道直接补给晋祠泉域的岩溶地下水。晋祠泉域汾河罗家曲至龙尾头段生态补水工程2018年度实施的 4 座拦河闸坝，蓄水量分别为 0.83万 m3、3.21 万 m3、1.39 万 m3、4.19 万 m3。根据 水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 252-2017）防洪标准（GB 50201-2014）规定，工程等别为吁等 5 级，防洪标准：设计洪水标准为 10 a 一遇，校核洪水标准为 20 a 一遇。工程区地震动峰值加速度值为 0.10 g，反应谱特征周期值为 0.45 s，相应地震基本烈度为喻度，工程设防烈度为喻度。拦河闸坝采用利于调沙、蓄水、行洪的液压翻板闸门，主要由上游连接段（铺盖、护底、两岸边墙和护坡）、闸坝段及下游连接段（消力池、海漫、两岸边墙和护坡）组成。1 号闸坝位于娄烦县罗家曲村附近，距离汾河水库坝址约 6.4 km；3 号闸坝位于娄烦县强家庄村上游，与 1 号闸坝相距 1.55 km；4 号闸坝位于娄烦县强家庄村下游，与 3 号闸坝相距1 km；6 号闸坝位于龙尾头村附近，与 4 号闸坝相距7.58km。3拦河闸坝设计3.1拦河闸坝结构设计4 座拦河闸坝均采用液压翻板闸，1 号、4 号挡水高度为 2 m；3 号、6 号挡水高度为 3 m，闸门总长分别为 54 m、42 m、60 m 和 48 m，单扇闸门宽度均为6.0 m，闸门之间采用不设中墩的串联型式，4 座拦河闸坝串联的闸门数分别为 9 扇、7 扇、8 扇和 10 扇。1号闸坝底板高程为 1 056 m，闸门顶高程 1 058 m，蓄水容量为 0.83 万 m3，回水长度 350 m，水面面积16 000 m2；3 号闸底板高程为 1 051.7 m，闸门顶高程1 054.7 m，蓄水容量为 3.21 万 m3，回水长度 630 m，水面面积 25 300 m2；4 号闸坝底板高程为 1 049.2 m，闸门顶高程 1 051.2 m，蓄水容量为 1.39 万 m3，回水长度 1 000 m，水面面积 16 600 m2；6 号闸底板高程为1027m，闸门顶高程 1030m，蓄水容量为 4.19 万 m3，回水长度 520 m，水面面积 52 400 m2。闸坝底板均采用 C30 钢筋混凝土结构，1 号、4号底板宽度为 8 m，底板厚度：闸上游侧 2 m，下游侧1.6 m；3 号、6 号底板宽度为 10 m，底板厚度：闸上游侧 2.5 m，下游侧 2 m。坝基均采用高压旋喷灌浆防渗处理，高喷设单排灌浆，孔距 0.8 m，灌浆孔下部深入基岩 1 m。闸坝岸坡采用格宾石笼生态防护：1 号闸坝上游生态护岸长 270 m，下游长 90 m；3 号闸坝上游生态护岸长 537 m，下游长 60 m；4 号闸坝上游生态护岸长 290 m，下游长 110 m；6 号闸坝上、下游各 12 m，采用浆砌石护坡，下游左岸坡采用生态护岸长 321 m。闸坝上游均设 5.0 m 长，0.5 m 厚 C30 钢筋混凝土铺盖；铺盖段上游设 8 m 长格宾石笼护底，格宾石笼护底厚 0.5 m；闸坝下游布置消力池，底板采用 0.5 m 厚 C30 钢筋混凝土结构。1 号、4 号闸坝消力池长 15 m；3 号、6 号闸坝消力池长 20 m，池深均为0.5 m。根据地质情况，分别在每座闸坝上游 150耀500 m处布置 2 眼补水井，井深分别为 200 m 和 150 m。图 1生态补水工程横剖面图窑22窑2023 年 9 月由以上计算结果可以看出：建闸后，除 3 号闸的洪水位稍有雍水外，其余 3 座闸处的洪水位均低于建闸前的洪水位，不会产生雍水，不影响河道正常行洪。3.2闸坝过流能力计算闸坝过流能力计算，包括卧坝后宽顶堰过流能力复核和蓄水立坝薄壁堰溢流能力计算。通过卧坝行洪复核判断水闸建设后河道行洪时水位壅高程度；通过薄壁堰溢流计算水位耀泄量关系为拦河坝调度运行提供科学依据。拦河坝过流能力计算采用 水闸设计规范（SL2652016）堰流计算公式：Q=滓着bmbn02g姨H03/2着b=1-0.1711-b0b0+dz2+bb蓘蓡4b0b0+dz2+bb姨滓=2.31hwH01-hwH0蓘蓡0.4式中：Q过闸流量，m3/s；n闸孔数；b0闸孔净宽，m；H0计入行进流速水头的堰上水头，当闸前水面较宽时不应计入行进流速，m；g重力加速度，可采用 9.81 m/s2；dz中墩厚度，m；bb边墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离，m；hs由堰顶算起的下游水深，m；m堰流流量系数，宽顶堰取 0.385，薄壁堰按下式计算：m=0.403+0.053H1P1+0.0007H1式中：P1上游堰高，m；H1堰上水头，m。计算结果见表 1、表 2。表 1拦河闸卧坝泄量及建闸前后坝址处河道洪水位变化表闸坝编号洪水位/m（P=10%）洪水位/m（P=5%）建闸前建闸后壅水泄量/（m3/s）建闸前建闸后壅水泄量/（m3/s）1 号拦河闸坝（罗家曲）1 059.421 059.20-0.227501 059.511 059.20-0.317503 号拦河闸坝（强家庄上游）1 056.301 056.340.047501 056.311 056.330.027504 号拦河闸坝（强家庄下游）1 053.131 052.75-0.387631 053.141 052.77-0.377696 号拦河闸坝（龙尾头）1 031.331 031.12-0.217631 031.351 031.14-0.21769表 2拦河闸立坝闸顶全断面溢流能力计算表单位：m3/s闸顶水头 h/m1 号闸泄量 Q3 号闸泄量 Q4 号闸泄量 Q6 号闸泄量 Q0.000.000.000.000.000.051.120.871.240.990.103.112.413.462.760.155.704.426.345.050.208.786.809.767.770.2512.299.5113.6610.870.3016.2012.5118.0014.300.3520.4615.7922.7318.050.4025.0719.3227.8522.080.4530.0023.1033.3326.400.5035.2427.1039.1530.97宋必连 晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水分析（下转第 50 页）着b侧收缩系数；滓淹没系数；窑23窑2023 年第 3 期山西水土保持科技表 3消能防冲计算成果表工况单宽泄量q/（m3/s）池深d/m池长Ls/m底板厚t/m海漫长度Lp/m冲坑深度Dm/m立坝蓄水溢流0.160.650.120.102.194.110.100.193.947.450.010.22卧坝行洪10 a 一遇设计洪水6.8911.030.260.375.167.320.170.216.648.400.820.8520 a 一遇校核洪水7.1112.950.270.415.558.260.180.346.759.100.831.920.58100.510/采用值/3.3消能防冲设计消能防冲设计分别按闸顶溢流水深 20 cm 时小流量和汛期卧坝时行洪流量进行计算分析。采用 水闸设计规范（SL2652016）附录 B.1.2 公式计算消力池池深、池长。采用附录 B.2.1 的公式计算海漫长度、冲坑深度。设计采用值见表 3。（上接第 23 页）4结论晋祠泉域汾河罗家曲至龙尾头段生态补水工程实施后，将形成生态蓄水水面 9.37 hm2，蓄水量达8.23 万 m3，不仅加大了地表水的下渗量，加大晋祠泉域地表水入渗补给量，每年可补给晋祠泉水量约700 万 m3，还能促进晋祠泉的早日复流，同时也可以改善汾河河道生态环境，提高河水自净能力，提升区域景观效果，具有较好的生态效益和社会效益。作者简介宋必连（1975-）：女，高级工程师；主要从事水利工程设计方面的研究；E-mail：过程，只确定一个总渗漏量。本文根据水量平衡方程计算陶清河水库 2001-2019 年逐月渗漏量，利用陶清河水库 2001-2019 年月平均水位、年平均降雨量分别与渗漏量建立关系，得出相关指数方程，并与 长治市水资源评价 渗漏量成果比较，相差不大，可应用参考，为水库运用和辛安泉域水资源评价提供依据。参考文献1姚德华，张 晴.深圳市葵涌镇罗屋田水库渗漏量计算与分析J.资源环境与工程，2008，22（3）:336-338.2董淑乾，蒋海云，许模.应用泉水均衡法分析四川省兴文县新坝水库岩溶渗漏问题J.地质灾害与环境保护，2006，17（1）:69-73.3陈伟龙.陶清河水库库区渗漏原因及处理方案J.山西水利，2015（10）:39-40.4山西省水文计算手册M.黄河水利出版社，山西省水利厅，2011.5王索成，张万瑞，孟凡静，等.北引红旗泡水库的水量损失及计算方法J.黑龙江水利科技，2009，37（1）:88.6常反堂.长治市水资源评价M.中国科学技术出版社，2006.作者简介张娇娇（1989-）：女，工程师；主要从事水文水资源勘测方面的研究；E-mail:（上接第 45 页）（4）耕地的最大斑块指数、聚集度和居民及工矿用地的斑块数量、密度均与流域径流量和泥沙量呈正相关关系，耕地是流域径流泥沙产生的主要土地利用类型，居民及工矿用地进一步加剧流域的水土流失。参考文献1孙维营，张 攀.黄土高原三川河流域水沙变化评价模型研究J.水资源与水工程学报，2008（2）：48-51.2刘艳丽，王国庆，金君良，等.基于 Budyko 假设的环境变化对流域径流影响的界定J.水利水运工程学报，2014（6）:1-8.作者简介张 敏（1991-）：女，工程师；主要从事水土保持、恢复生态学方面的研究。E-mail：窑50窑