汾河一壩下游滾水壩建設(shè)研究

岳 強(qiáng)

（山西省汾河灌溉管理局一壩分局，山西 太原 030002）

1 問(wèn)題提出

汾河出蘭村山口，河道由150 m左右拓寬到300～500 m，大量河沙在此淤積。由于沙層厚、沙質(zhì)好，非法采砂活動(dòng)十分猖獗。巨大的沙坑遍布河床，對(duì)河道和周圍生態(tài)破壞十分嚴(yán)重，不僅無(wú)法行洪過(guò)水，而且嚴(yán)重威脅兩岸堤防和橋梁等建筑物的安全。

為修復(fù)汾河流域生態(tài)環(huán)境，2008年山西省水利廳啟動(dòng)了清水復(fù)流工程。當(dāng)年2—3月，汾河灌區(qū)結(jié)合春澆灌溉情況，制定了局部供水，打通流路，為清水復(fù)流創(chuàng)造了條件。但打通后河槽下切10 m左右，太鋼輸?shù)V粉管懸空8 m，跨30 m。汾河一壩站上下游建筑物受淘刷嚴(yán)重，局部被沖毀。

2 滾水壩建設(shè)必要性分析

20世紀(jì)90年代，汾河一壩樞紐所在河段河道坡降為1‰～1.63‰，該段河道基本沖淤平衡，河床穩(wěn)定，各建筑物基本正常運(yùn)行。但由于人工挖砂使河道沖淤平衡遭到破壞，汾河一壩樞紐下游河道逐年下切，坡降增大到20‰，致使河流流速加大，沖刷加劇，一壩樞紐無(wú)法安全下泄上游來(lái)水。

汾河一壩樞紐位于太原市尖草坪區(qū)，區(qū)內(nèi)分布有太原鋼鐵公司、太原市第二熱電廠等大型企業(yè)，該河段的安全事關(guān)太原市的經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)穩(wěn)定，因此，必須盡早對(duì)汾河一壩樞紐進(jìn)行保護(hù)。采用滾水壩可以抬高水位、防止或減少?zèng)_刷，是解決沙坑破壞河道問(wèn)題較好的辦法之一。

3 工程實(shí)施情況

3.1 工程地質(zhì)

滾水壩位于汾河一壩樞紐下游400 m處，該處汾河流向 S15°～20°E，主河槽居中間偏右岸，寬 50～80 m，左側(cè)形成河漫灘，谷底較平坦，高程789.0～791.5 m，左右岸為Ⅰ級(jí)堆積階地和防洪堤，高出河床8～10 m，坡度30°～60°。汾河Ⅰ級(jí)堆積地階面高出河床3～5 m，階面較寬，主要由全新統(tǒng)早期洪沖積卵石混合土等組成。壩區(qū)出露地層主要為第四系全新統(tǒng)早、晚期洪沖積物和人工堆積物。

壩址區(qū)地下水位主要接受大氣降水補(bǔ)給，地下水類型主要為松散巖類孔隙水，含水層為全新統(tǒng)早、晚期洪沖積卵石混合土、級(jí)配不良砂、級(jí)配不良礫等，富水性較好，地下水埋深大于15 m。河水補(bǔ)給地下水，為補(bǔ)給型河谷。

3.2 工程方案

該河段在太鋼輸?shù)V粉管道上下游各有1個(gè)大沙坑，考慮沙坑填平后該段的河道坡降為2‰左右，出太鋼輸?shù)V粉管道后，下游河道坡降2.3‰，接近采砂前坡降，基本穩(wěn)定，初步制定了同時(shí)采用三種措施來(lái)控制侵蝕面的方案：一是在西沖砂閘口修建消力池，防止淘刷西沖砂閘；二是在第一個(gè)沙坑上游修建滾水壩，抬高水位并使其逐步淤積，保護(hù)一壩樞紐；三是在太鋼輸?shù)V粉管道上修建鋼桁架橋，保護(hù)太鋼輸?shù)V粉管。

由于該處基底持力層為卵礫石層，兩岸均為透水層，地基及兩岸滲透嚴(yán)重，對(duì)壩體穩(wěn)定不利?？紤]壩體安全，設(shè)置壩高5 m，以上三種措施結(jié)合使用可將縱坡由20‰調(diào)整至9.3‰。工程投入運(yùn)行后，該河段重新達(dá)到?jīng)_淤平衡需要一段時(shí)間，一壩樞紐出口會(huì)繼續(xù)淘刷，所以此段時(shí)間仍需對(duì)樞紐的消能防沖設(shè)施進(jìn)行保護(hù)。

3.3 工程等級(jí)確定

滾水壩總庫(kù)容7.5萬(wàn)m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，本工程為?。ǘ┬退畮?kù)，工程等級(jí)為Ⅴ等，主要建筑物為5級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用20年一遇，相應(yīng)洪峰流量2000m3/s。

3.4 工程設(shè)計(jì)

因滾水壩高度不夠，形不成完整的WES曲線，所以選擇了寬頂堰。滾水壩寬頂堰頂寬5 m，壩頂高程794 m，壩底高程 789 m，壩高 5 m，上游邊坡 1∶0.6，下游邊坡1∶0.8，下游消力池長(zhǎng)13.5 m，池深1.0 m，海漫長(zhǎng)40.0 m，海漫后接防沖槽，槽深1 m。寬頂堰采用M7.5砂漿砌石，表層為M10漿砌料石。

3.5 工程運(yùn)行與管理

工程位于汾河一壩樞紐以下400 m，該處已有管理機(jī)構(gòu)汾河一壩管理站，管理機(jī)構(gòu)設(shè)置人員編制基本按現(xiàn)有規(guī)模不變，新增項(xiàng)目機(jī)構(gòu)管理由原有職能科室承擔(dān)，不再新增管理人員。汾河一壩管理站隸屬汾河中下游水務(wù)管理局，其工程運(yùn)行由汾河中下游水務(wù)管理局統(tǒng)一調(diào)配。

4 工程效益

該滾水壩是為保護(hù)汾河一壩樞紐防止或減少?zèng)_刷而建，建成后可抬高樞紐下游水位至794 m以上，下游縱坡從20‰調(diào)整到9.39‰。滾水壩投入運(yùn)行后，可減少水流對(duì)壩體的沖刷，但要達(dá)到?jīng)_淤平衡還需要一段時(shí)間。待沖淤平衡后，樞紐下游段河道主槽將會(huì)穩(wěn)定。

為保護(hù)太鋼輸?shù)V粉管道，修建了鋼桁架橋，將管線架高于797 m的高程上，保證了管線安全。

汾河一壩樞紐擔(dān)負(fù)著向太原鋼鐵公司、太原第二熱電廠以及下游2.4萬(wàn)hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)，滾水壩建成后可為調(diào)節(jié)水庫(kù)、保障供水安全、穩(wěn)定當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)揮作用。

近年來(lái)，由于地下水的開(kāi)采，太原市地下水位逐年下降，該地段地層透水性好，且滾水壩未對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行全面防滲，因此滾水壩建成后將對(duì)該區(qū)域地下水補(bǔ)給發(fā)揮很大作用。同時(shí)，可形成2萬(wàn)m2的水面，有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。