汾河蘭村至柴村橋段河道整治方案

路正鋒

（太原市水利勘測設(shè)計(jì)院 山西太原 030000）

1 汾河蘭村至柴村橋段河道情況概述

汾河在蘭村出峽谷后進(jìn)入太原盆地，汾河蘭村至柴村橋段河道長9.8 km，屬山區(qū)河流向平原河流過渡段，河道逐漸展寬，河床比降逐漸變緩，據(jù)1976年—1985年的實(shí)測斷面資料分析，河道縱坡1‰～1.63‰，大量較粗的泥沙淤積在該河段，沙層厚、沙質(zhì)好。從上世紀(jì)80年代開始采沙，特別是上世紀(jì)90年代末和本世紀(jì)初，非法采沙猖獗。上世紀(jì)90年代前，該段河道主槽雖搖擺不定,但基本上能維持復(fù)式斷面形式,主槽寬80 m左右，槽深1.2 m。上世紀(jì)90年代末和本世紀(jì)初，河道內(nèi)巨大的沙坑密密麻麻，遍布河床，溝壑縱橫，20～30 m深的沙坑隨處可見，河床平均下挖20 m左右，嚴(yán)重威脅兩岸堤防和橋梁的安全。汾河一壩是汾河灌區(qū)內(nèi)第一座引水樞紐工程，位于上蘭村西南汾河峽谷出山口處。

2004年8月2日，《人民日報》以“汾河非法采沙太猖獗”為題，對汾河采沙問題進(jìn)行報道。中央領(lǐng)導(dǎo)也對此作出批示。此后，山西省政府、太原市政府和水利部門采取了切實(shí)有效措施,嚴(yán)禁非法采沙，使該段河道的非法采沙得到遏制。但多年來的私挖亂采，對河道本身和周圍生態(tài)環(huán)境的破壞是一時無法恢復(fù)的。

2008年初山西省委省政府提出對汾河流域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，山西省水利廳迅速啟動了汾河清水復(fù)流工程，為了打通尖草坪段河道的流路，2008年2月底、3月初結(jié)合春澆灌溉，制造局部洪水、用水力打通流路，經(jīng)過幾次放水試驗(yàn)，打通了流路，為汾河清水復(fù)流創(chuàng)造了條件。但打通后的河槽下切了10 m左右，造成太鋼輸?shù)V粉管道懸空30 m長、8 m高，上游一壩魚嘴和東西沖沙閘基礎(chǔ)淘刷嚴(yán)重，局部被沖毀。

2 該段河道存在的問題

1）人工挖沙沙坑大且多，河道破壞嚴(yán)重。從上世紀(jì)80年代開始在該段河道內(nèi)采沙，特別是上世紀(jì)90年代末和本世紀(jì)初，太原市建筑用砂大部分在此河段挖取，20～30m深的沙坑隨處可見，河床平均下挖20m左右，部分沙坑緊鄰汾河兩側(cè)大堤，直接威脅到了兩岸大堤的安全。

2）汾河一壩樞紐各建筑物淘刷破壞嚴(yán)重。上世紀(jì)90年代前汾河一壩樞紐所在河段河道坡降為1‰～1.63‰，一壩樞紐各建筑物下游均無消能設(shè)施，但該段河道基本沖淤平衡、河床穩(wěn)定，各建筑物基本能正常運(yùn)行。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，由于人工挖沙使河道沖淤平衡遭到破壞，一壩樞紐下段河道逐年下切，坡降由1‰增大到16‰，坡降增大致使流速加大、沖刷加劇。挖沙前一壩樞紐各建筑物出口高程基本與河槽齊平，目前一壩樞紐下段河道下切1.0～5.0 m不等，已無法安全下泄上游來水。

3 治理原則及治理目標(biāo)

根據(jù)該段河道的實(shí)際情況，治理原則確定為：

（1）不降低河道行洪能力的原則。新建工程頂部基本低于挖沙前河道主槽底高程，不影響河道安全行洪。

（2）修復(fù)為主、改建為輔的原則。魚嘴溢流壩始建于明朝，具有悠久的歷史，對溢流壩壩體掏空段進(jìn)行修復(fù)，僅改建近年來陸續(xù)補(bǔ)充的溢流壩下游及魚嘴背側(cè)的防沖鉛絲石籠和中、西沖沙閘消能防沖設(shè)施。

（3）立足河道現(xiàn)狀、統(tǒng)籌規(guī)劃、循序漸進(jìn)的原則。根據(jù)河道內(nèi)沙坑對河道的危害程度，按照輕重緩急逐步回填。

汾河蘭村至柴村橋段河道私挖亂采留下的巨大沙坑隨處可見，一次恢復(fù)該段河道需要巨大的物力、財(cái)力，遵循“循序漸進(jìn)”的原則，逐步對該段河道進(jìn)行恢復(fù)。首要目標(biāo)是對一壩樞紐下段進(jìn)行整治，穩(wěn)定該段河道主槽，遏制河床繼續(xù)下切。最終目標(biāo)是恢復(fù)該段河道，徹底改變該段河道千瘡百孔的面貌，使該段河道可以安全下泄洪水，保證尖草坪區(qū)及太原市的防洪安全。

4 治理方案選擇

該段河道在太鋼輸?shù)V粉管道上下游各有1個大沙坑，考慮沙坑填平后，魚嘴至太鋼輸?shù)V粉管道段的河道坡降由原來的1‰～1.63‰增大至20‰左右，在設(shè)計(jì)中對一壩樞紐至太鋼輸?shù)V粉管道段河道進(jìn)行了研究，選定兩種方案進(jìn)行了比較，第一種方案為2個控制侵蝕面，第二種方案為3個控制侵蝕面。

第一種方案：在西沖沙閘出口處修建消力池，消力池坎頂高程797.2 m，做為第一個侵蝕控制面，在太鋼輸?shù)V粉管道處修建一道滾水壩，調(diào)整縱坡，同時做為第二個侵蝕控制面。該方案將管線保護(hù)于壩中，壩頂高程根據(jù)管線高程確定為796.0 m，壩軸線長125 m，壩高11.0 m，其中基礎(chǔ)埋深3 m，壩下游設(shè)消力池、海漫及防沖槽，為了延長滲徑，在滾水壩上游河底鋪設(shè)土工膜，土工膜上鋪設(shè)0.5 m厚的黃土及0.5 m厚的砂粒料保護(hù)層。上游設(shè)黏土鋪蓋，并對上下游兩岸進(jìn)行防護(hù)。

第二種方案：在西沖沙閘出口處修建消力池，消力池坎頂高程同樣為797.2 m，做為第一個侵蝕控制面，在第一個沙坑上游修建一道滾水壩，調(diào)整縱坡，同時做為第二個侵蝕控制面，在太鋼輸?shù)V粉管道處修建鋼桁架橋，將管線架高于797.0 m高程上，并對橋上下游兩岸及河底進(jìn)行防護(hù)，做為第三個侵蝕控制面。該方案滾水壩壩頂高程794.0 m，壩軸線長83.9 m，壩高5.0 m，其中基礎(chǔ)埋深2 m，壩下游設(shè)消力池、海漫及防沖槽，為了延長滲徑，在滾水壩上游河底鋪設(shè)土工膜，土工膜上鋪設(shè)0.5 m厚的黃土及0.5 m厚的砂粒料保護(hù)層，并對上下游兩岸進(jìn)行防護(hù)。

從調(diào)整縱坡上來說，第一種方案可以將縱坡調(diào)整至1.9‰，接近挖沙前水平，第二種方案可將縱坡由20‰調(diào)整至9.3‰；從工程安全角度來說，第一種方案由于受太鋼輸?shù)V粉管道頂高程的限制壩高較高，為11.0 m，第二種方案壩高5.0 m。第一種方案可將一壩樞紐下段坡降調(diào)整至河道挖沙前水平，但較第二種方案對地質(zhì)條件要求高，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，對壩體穩(wěn)定不利，出于安全考慮，設(shè)計(jì)中推薦了第二種方案。

5 推薦方案設(shè)計(jì)

該方案滾水壩投入運(yùn)行后該段河道重新達(dá)到一種沖淤平衡需要一段時間，在此段時間內(nèi)，一壩樞紐各建筑物出口會繼續(xù)淘刷，為了解決此時間段內(nèi)一壩樞紐的安全運(yùn)行問題，仍需對近年來陸續(xù)增加的已破壞的一壩樞紐各建筑物的消能防沖工程進(jìn)行改建，主要有西消力池、中沖沙閘加固工程、魚嘴溢流壩下游及背側(cè)加固工程。

同時，該段有3個大沙坑，第一個沙坑位于西岸，從西沖沙閘下游約200 m處開始至太鋼輸?shù)V粉管道處，另兩個分別在東岸太鋼輸?shù)V粉管道上下游。按照需要回填的輕重緩急分三階段對沙坑進(jìn)行回填，首先回填西岸沙坑，與滾水壩一起實(shí)施，因?yàn)樵撋晨泳嘤野兜谭纼H10～30 m，沙坑深10 m左右，已嚴(yán)重威脅西大堤及西干渠的安全；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，沙坑回填后需對坡腳進(jìn)行防護(hù)，否則河道下泄來水一兩次后就會將回填土全部沖走，設(shè)計(jì)中采用了墻式護(hù)岸型式。其次回填滾水壩下游、太鋼輸?shù)V粉管道上游的沙坑，應(yīng)在滾水壩建成后第一次下泄來水前回填完畢，以保證滾水壩的安全。在完成上述兩個沙坑的回填后逐步回填太鋼輸?shù)V粉管道下游的沙坑。同時盡快實(shí)施太鋼管線處的防護(hù)工程，以形成一個比較完整的防護(hù)體系。

6 結(jié)語

滾水壩上游淤平后，可將岸坡最大沖刷深度有6.56 m降低至3.2 m，流速降低1.0～2.5m。該工程于2010年竣工，在2011年的灌溉放水期間經(jīng)受住了實(shí)際考驗(yàn)，保證了汾河一壩樞紐的安全運(yùn)行和兩岸大堤的安全。