秀延河河道治理工程設計

段秀華

（太原市市政工程設計研究院 山西太原 030002）

1 工程概況

秀延河是流經(jīng)子長縣城的一條主要防洪河道，屬黃河一級支流，其發(fā)源于子長縣李家岔鄉(xiāng)南山區(qū)，東西走向，依次流過李家岔、安定、瓦窯堡、楊家園子等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？h城以上河流長43km，流域面積670.33km2，河道在主城區(qū)段蜿蜒曲折，由西向東穿城而過?，F(xiàn)狀河道寬50～95m，河道縱坡比降3.0‰～4.5‰左右，堤高8～10m。南河作為秀延河的最大支流，于縣城中心接入南河，主城區(qū)內河道起點位于采油廠，河長約3.2km，河道寬30～50m，河道縱坡比降5.0‰-6.0‰左右，堤高8～10m。秀延河及南河現(xiàn)狀河道河堤參差不齊，河道寬窄不一，河道內垃圾滿溝、污水橫流、蚊蠅滋生，雜草野樹叢生，局部河槽淤積嚴重，主河道兩岸臨河建筑零亂不堪，嚴重地影響著河道的正常行洪要求及城市景觀，在一定程度上影響著城市的開發(fā)建設，使縣城河道兩岸發(fā)展空間帶來很大的制約，為此必須對主城區(qū)段秀延河進行綜合整治，以達到河道治理美化、景觀蓄水等方面的目的。

秀延河河道治理工程設計起點為水廠，終點至秀延河大橋下游220m處，全長約4.1km。工程設計內容包括河道整治工程、河道兩岸排污暗涵工程、蓄水工程等。

2 水文

本文所采用的洪峰流量是根據(jù)《延安地區(qū)水文手冊》進行計算，參考《子長縣秀延河、南河工程水文分析報告》最后分析確定。工程秀延河段除有較大支流南河匯入外再無較大支流匯入。經(jīng)計算，匯合口以下秀延河30年一遇設計洪峰流量為3040m3/s。匯合口以上秀延河30年一遇設計洪峰流量為2530m3/s。南河30年一遇洪水洪峰流量為1250m3/s。

3 設計方案

3.1 工程總體布置

（1）平面設計

河道設計起點位于水廠攔水壩下游，終點位于秀延河橋下游220m處的張家溝出口，全長4100.871m，根據(jù)自然地勢內設較大轉彎4處，分別在樁號0+900、1+800、2+640、3+295及3+980處各設置橡膠壩一座，蓄水主河槽兩岸分別為南、北排污暗涵，其中北暗涵起點同河道治理起點，南涵起點位于鐵路橋上游100m處，蓄水槽最小斷面寬52m，最大斷面寬84m。南河與樁號2+320處接入秀延河。南河出口約300m范圍與秀延河共同完成蓄水。

（2）縱斷面設計

河道設計起點樁號0+000.0，高程為1042.3m，設計終點樁號4+100.871，高程1029.4m，設計縱坡3.0‰～4.5‰。

（3）橫斷面設計

河道治理采用復式河槽，主河槽底寬52～85m，截污方涵高3.2m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，河道南北兩岸均為排污暗涵及堤防，河道最大設計水深為3.0m，暗涵兩側堤防高度均高出排污涵頂1.0m。

3.2 截污方案設計

秀延河蓄水工程首先必須將沿河兩岸及上游污水全部截流至河道下游待建污水處理廠以達到凈化水體的目的，為確保河道兩岸污水及上游小量渾水能順利排向下游而不進入蓄水池中，必須對河道進行截污。

（1）平面設計

北截污方涵設計起點位于河道樁號0+000處，終點位于河道樁號4+000處，南截污方涵設計起點位于河道樁號1+275處，終點位于河道樁號4+000處，其中南涵長2732.42m、北涵長4001.465m，暗涵兼作為蓄水槽護壁，布置在堤外，緊貼堤身。

（2）縱斷面設計

南北截污涵洞設計終點高程均同設計河底高程，暗涵分別在橡膠壩下游5m處設置0.9m跌水，暗涵設計縱坡分別為3.0‰～1.71‰。

（3）橫斷面設計

截污方涵為現(xiàn)澆鋼筋混凝土方涵，涵洞內凈尺寸為2.0m×3.0m，方涵底板、壁板采用C30混凝土，底板厚0.3m（橡膠壩處底板厚0.8m），頂板厚0.2m，側墻厚臨水側為0.3m（橡膠壩處靠河槽側混凝土墻厚0.4m），靠堤側為0.2m。鋼筋采用HRB335。

3.3 蓄水方案設計

（1）壩體選擇

河道中通常采用的蓄水方式有：翻板閘蓄水（見圖1）、鋼制閘蓄水（見圖2）和橡膠壩蓄水（見圖3），這三種蓄水方式適用的條件各不相同，各有各的優(yōu)勢和缺點，以下就秀延河的現(xiàn)狀條件對三種蓄水方式進行比選。

圖1 翻板閘

圖2 鋼制閘

圖3 橡膠壩

翻板閘在寬度較小的小流量河道中使用較多，特點是修建、管理、使用都很方便，需要的額外設施較少，不需要控制室，人工操作，使用方便，缺點是當有泥沙淤積在閘門處，會影響閘門的正常開啟，且閘門不宜過長。由于秀延河泥沙比較多，因此不適合采用此種方式。

鋼制閘既適用于寬度較小的小流量渠道的擋水，也適用于寬度較大的河流攔河蓄水。需要在河道兩側設置控制室，投資比另兩種方案大。通過機械控制開閉閘門，操作方便，且閘門開啟速度快，能有效保障河道的泄洪安全。但由于秀延河兩側堤防已建成，堤防外側為道路，閘室位置的選擇比較困難，因此，秀延河的蓄水不建議采用此種方式。

橡膠壩蓄水也是現(xiàn)在比較常見的一種蓄水方式。橡膠壩外形美觀，適用于較寬的河道蓄水，不像翻板閘和鋼制閘那樣生硬，而且造價小，立壩、塌壩通過機械控制，操作方便。本設計推薦采用橡膠壩蓄水。

根據(jù)橡膠壩在秀延河上所處的位置，及橡膠壩的運行方式等，可采用充水和充氣兩種橡膠壩。考慮到子長縣為缺水地區(qū)，地下水量不足，用自來水充壩時運行費用較高，另外子長縣冬季寒冷，晝夜溫差大，充氣橡膠壩較為有利，且河道兩岸為已建堤防，堤防外側為道路，充水式橡膠壩泵房位置的選擇比較困難，綜合分析，本次設計推薦采用充氣橡膠壩。

（2）橡膠壩布置

根據(jù)實地情況，1-5#橡膠壩長度分別為52.0m、47.0m、83.0m、75.0m及78.0m，橡膠壩排水閥門井及充氣泵房依現(xiàn)狀地形分別設置于南北岸。

（3）橡膠壩的工程特性：

橡膠壩的工程特性見表1。

表1 橡膠壩的工程特性

（ 4）土建設計

①橡膠壩底板

橡膠壩基礎底板為平底板，根據(jù)底板內埋管、防凍、穩(wěn)定的要求，設計鋼筋混凝土底板厚為1.2m，底板下設10cm厚的素混凝土墊層，上下游各設1.4m深的齒墻。

在順水流方向，根據(jù)壩袋坍落寬度和上下游施工檢修要求確定底板寬度，壩袋坍落寬度5.3m，上下游檢修通道各取1.25m，上下游錨固槽寬度各取0.35m，最后壩底板寬度取9.0m。

②邊墩設計

橡膠壩邊墻東、西岸與排污暗涵相接，邊墩厚0.4m，墩高3.5m。

③防滲設計

根據(jù)水閘設計規(guī)范，考慮防滲、防沖、穩(wěn)定等要求，在橡膠壩基礎底板上游設鋼筋混凝土鋪蓋，順水流方向長8m，厚40cm，下設10cm厚素混凝土墊層，鋼筋混凝土鋪蓋上游與河底防滲護底采用土工膜搭接。

④消力池設計

經(jīng)消能計算，消力池最大深需0.6m，長15.0m，本工程設計消力池深0.6m，池長15m，池前由1∶4的斜坡與橡膠壩底板連接。消力池底板設排水孔，孔間距2.0m，梅花型布置，排水孔下鋪設無紡布作為反濾層。消力池下游設10m長鉛絲石籠海漫，厚0.3m；防沖槽長8m，深2m，上游邊坡1∶2.0，下游邊坡1∶2.0，底寬2.0m。

（5）壩袋錨固設計

為了減少對壩袋的磨損和震動影響，壩體錨固設計時采用雙線螺栓錨固，錨固槽深125mm，錨固螺栓直徑28mm，上壓板寬130mm，下壓板寬140mm，均用A3鋼制作，并涂高檔防銹漆，上下壓板鉆孔應配鉆，孔徑30mm。

（6）充排系統(tǒng)設計

①充排氣方式

本工程橡膠壩按汛期塌壩行洪，汛后立壩蓄水方式運行。結合修建蓄水池的場地、資金以及河道洪水陡漲陡落又沒有洪水中長期預報的特點，橡膠壩充排氣時間按1h設計。排氣采用混合式，即機排與自由排相結合，正常情況下排氣采用自排，應急情況下采用機排。橡膠壩需配置38.0m3/min的羅茨風機2臺，1.0m3/min的羅茨風機1臺，兩備一用。充氣采用風機充氣形式。

充排系統(tǒng)設計時主要考慮沖排氣時間要求，充排氣管路為一套裝置，充排氣管徑150mm。

②鼓風機泵房設計

泵房位于河道南北堤岸上，泵房地面以上為磚混結構，長4.8m，寬3.0m，高3.6m。泵房地板設置鼓風機固定支座。

③排水井設計

管道排水井均位于泵房側，閥門井結構采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，長2.0m，寬2.0m，深3.50m。底板厚0.4m，側板厚0.25m；閥門井基底如遇原狀砂卵石土，不進行地基處理，否則需超挖采用河卵石回填至基底并碾壓夯實。閥門井外側采用1200g/m2土工膜滿包進行防水。

4 結論

子長縣城作為子長縣的政治、經(jīng)濟、文化中心，常年以來城市防洪標準達不到國家規(guī)定的30年一遇，城市防洪安全得不到保障，作為子長縣母親河之一的秀延河現(xiàn)狀部分河道寬度及兩岸堤防高度不足，支離破碎，河道內自然淤積嚴重，人為設障現(xiàn)象屢禁不止，致使城市段河道的防洪標準低，歷史洪水災害給沿岸人民群眾造成嚴重的損失，不僅如此，秀延河長期污水橫流，嚴重損害了子長縣的城市形象，秀延河工程的建成，不僅能有效地提高子長縣秀延河城區(qū)段的防洪標準，使治理段河道的防洪標準達到國家規(guī)定的30年一遇的標準，為子長縣城的防洪安全提供了可靠的保障，同時將形成清潔水面，以此構成子長縣城一道美麗的風景線，而且兩岸排污暗涵的建成，徹底解決了河道污水橫流的現(xiàn)象，將城區(qū)內污水送至下游污水處理廠。總之通過河道治理，不僅提高了河道的防洪標準，改善了河道環(huán)境，同時將大大提升了沿河兩岸的房地產(chǎn)開發(fā)價值，并且將河道治理與城市美化有機地結合在一起，提高了縣城的城市品味，改善了子長縣城的人文環(huán)境，提高了市民的生活質量，有巨大的社會環(huán)境效益。

總之，本工程項目的建設對子長縣城市基礎設施功能的提升與城市資源與環(huán)境的改善等方面都具有非常顯著的作用，該工程是一項造福于子長縣人民的大事。