汾河臨汾城區(qū)段河道整治方案比選

張 莉

（臨汾市水利勘測設計院，山西 臨汾 041000）

1 概述

汾河臨汾市城區(qū)段生態(tài)環(huán)境綜合治理修復與保護工程位于臨汾城區(qū)西側的汾河干流上，北起馬務橋上游澇、洰河入汾口，南至平陽橋下游，全長約6.27 km。主河槽設計洪水標準為10年一遇，洪峰流量1502m3/s；全河道設計洪水標準為50年一遇，洪峰流量2690m3/s。主河槽東西兩側各布置一條排污暗涵，河槽中間設中隔堤，東西側均布置內河堤，在馬務橋上游（樁號-1-150）、下游（樁號 0+900）、西關橋下游（樁號2+860）、平陽橋下游（樁號4+850）設4道橡膠壩，形成3座蓄水池，長度分別為2.05 km，1.96 km，1.99 km，總計6.0 km，水深0.8～2.3m，水面面積161.4萬m2，總蓄水量244萬m3。橡膠壩分四跨，東側蓄水池為主壩，共3跨，每跨長60m；西側泄洪槽內的副壩長80m，全長260m，壩高2.0m，每道壩的東側均設加壓站及調節(jié)水池。3號壩和4號壩下設高噴防滲墻，兩個壩址處防滲墻總長度720m。蓄水池補水利用龍子祠灌溉退水，不足時引污水處理中所得水。

2 方案比選

根據(jù)工程實際情況，擬定3個蓄水池寬度、單雙槽方案、兩種壩型、兩種排污暗涵結構型式、4個排污暗涵尺寸及兩種抗沖措施進行技術經濟比較。

2.1 蓄水池寬度

2.1.1 設計參數(shù)

本段河道長6.27 km，馬務橋到平陽大橋間兩岸堤距約400m，馬務橋上游及平陽橋下游兩岸堤距約300m，馬務、西關及平陽3座橋孔寬500～560m。主河槽深度2.5m左右，兩岸堤防頂與主河床底高差5.3～6.5m。河道縱坡實測為1/1700，部分斷面達不到50年一遇的防洪標準。建成后的主河槽作為蓄水池，滿足下泄10年一遇洪水流量1502m3/s，兩岸堤防高度滿足下泄50年一遇洪水流量2690m3/s及超高要求。主河床為粉細砂，河道順直，水深在2m以上，糙率采用0.023；灘面整治后種植草皮低桿植物糙率取0.029。

2.1.2 蓄水池寬度方案比選

本段河道設計堤防距離以400m計，按主河槽下泄流量1502m3/s，深度為2.5～3.0m，采用曼寧公式計算各種池深下對應的池寬。計算結果見表1。

表1 蓄水池深度寬度方案比較

根據(jù)計算結果分析可知，池深3.0m時，水面窄；池深2.5m時，工程量過大；采用方案Ⅱ符合要求。

對全河道通過50年一遇洪水流量2690m3/s，選取4座橡膠址處的四個斷面進行計算，設計堤頂超高統(tǒng)一取1.5m，主槽深2.8m。經計算可知，兩岸堤防之間均可通過50年一遇洪水，個別段堤防高度不滿足超高要求，部分段東河堤加高0～52 cm，西河堤加高0～75 cm。

2.2 單雙槽方案比選

2.2.1 單槽方案

槽寬240m，槽深3.0m，東側設東河堤，西側設西河堤。該方案工程簡單、投資較少，但由于本河段地處汾河下游，中小洪水發(fā)生幾率高，影響蓄水池水面的功能；汛期6—9月蓄水池大部分時間不能蓄水。

2.2.2 雙槽方案

槽總寬260m，蓄水池設在東側，泄洪槽設在西側。本河段洪水流量大于300m3/s，400m3/s年平均出現(xiàn)次數(shù)分別為1.8次、1.2次，擬定泄洪槽寬80m，水深2.3m時，過水流量為329m3/s，對應的蓄水池寬為180m。兩槽中間設中隔堤。

該方案非汛期雙槽蓄水，形成260m寬的水面；汛期泄洪槽坍壩過洪，蓄水池側仍保持180m寬的水面。洪水流量超過329m3/s時，蓄水池側橡膠壩部分坍壩或全部坍壩運行，管理較方便。但中隔堤選擇土堤，下部混凝土高噴防滲墻深27m，增加中隔堤長度6.41 km，投資較大，施工難度大。

2.2.3 試驗結論

通過對雙槽方案動床和定床試驗得出：整治后的河道能滿足泄流能力；整治后的河道進出口體型、泄洪時水流均比較平順，沒有出現(xiàn)回流和折沖現(xiàn)象，也無嚴重的水流集中和波動。因此，推薦采用雙槽方案。

2.3 壩型及壩高確定

2.3.1 鋼壩閘方案

液壓升降鋼壩閘是一種新壩型，壩長可達50m，立門、臥門時間短，可任意調節(jié)開啟度，使用壽命為50年，但造價高，施工技術有待完善。

2.3.2 橡膠壩方案

橡膠壩在景觀建設及環(huán)境綜合整治工程已得到廣泛應用，其技術日臻成熟，壩長可達100m以上，壩高可自由控制，造價低，使用壽命一般為15年。

綜合比較，推薦橡膠壩方案。根據(jù)汾河流域規(guī)劃的整體布置，地級市汾河蓄水工程采用低壩蓄水，最大壩高不超過1.5～2.0m的原則，同時考慮到池中水深過淺，影響景觀需要，確定壩高為2.0m。

2.4 排污暗涵結構型式

2.4.1 結構型式比選

一是鋼筋混凝土箱型暗涵方案。該涵洞除排泄上游及兩岸污水外，還兼有橡膠壩蓄水池邊墻、主河槽兩岸交通要求的混凝土路面，灘地的護坡結構，蓄水池水上娛樂、游船碼頭等多種功能。優(yōu)點是：不需另設蓄水池邊墻和灘地交通路面。缺點是：對基礎施工、施工進度及技術、止水處理等要求較高，且造價高。

二是鋼筋混凝土箱型暗涵加護坡式河堤方案。兩側灘地下埋鋼筋混凝土箱型暗涵排污，蓄水池采用梯形斷面，河堤采用漿砌石擋土墻結合鉛絲籠塊石護坡型式，蓄水池兩岸灘地交通應另鋪筑路面。優(yōu)點是：工程簡單，施工方便，投資較少。缺點是：蓄水池需另設河堤，灘地交通需另鋪筑路面。

經綜合比較，推薦鋼筋混凝土箱型暗涵加護坡式河堤方案。

2.4.2 暗涵尺寸比選

根據(jù)蓄水池深2.8m，橡膠壩高2.0m，運用時暗涵水深以2.0m計（以無壓流計）。暗涵過流能力、造價等見表2。

表2 排污暗涵尺寸方案比較表

根據(jù)《臨汾地區(qū)汾西灌區(qū)改建配套工程可行性研究報告》成果，石灘站以上的七一渠渠首設計引水流量23m3/s，其中小于15m3/s時全部用于灌溉，大于15m3/s時作為李村電站發(fā)電供水。石灘以下汾河右岸支流均為季節(jié)性河道，左岸支流洪安澗河雖無控制性水庫，但上游建有躍進渠、澤垣渠等引水渠首，其他支流曲亭河、澇巨河上均有中型水庫，并且汾河干流兩岸設有韓村、土師等揚水站，故汾河石灘站到馬務橋之間非汛期基本上無清水匯入。由于水力發(fā)電不消耗水量，七一渠首引水消耗水量以15m3/s計，下泄流量為12m3/s的出現(xiàn)頻率為76%。因此，選用方案Ⅳ，其凈尺寸為2.2m×2.5m（寬×高）的涵洞。

2.5 池（槽）岸坡基礎抗沖措施方案

2.5.1 洪水沖深計算

河床床沙平均粒徑0.03 cm，主河槽寬260m，河道總寬度400m，10年一遇洪水1502m3/s，50年一遇洪水2690m3/s。采用《閘壩工程水力學與設計管理》中非黏性河床沖刷公式計算得：當河道通過10年一遇洪水時，主河床一般沖刷深度1.57m，建筑物局部沖刷深度1.96m，河道凹岸局部沖刷深度2.66m；當河道通過50年一遇洪水時，主河床一般沖刷深度1.67m，建筑物局部沖刷深度2.09m，河道凹岸局部沖刷深度2.84m。從以上結果可知，50年一遇洪水為沖刷控制情況，邊墻基礎按此種情況進行設計。

2.5.2 池（槽）岸坡基礎抗沖措施方案比選

一是板樁基礎方案。初擬板厚800 mm，長度按沖深計算結果考慮邊墻穩(wěn)定及承載力要求，經計算板樁的最小長度為15m，每米總造價530.2元。優(yōu)點是：抗沖措施可靠、穩(wěn)定，安全性能好；日常維修費用少。缺點是：造價高；施工中使用的機械設備較多，且技術要求較高。

二是鉛絲籠塊石護基方案。臨水側鋪設長10m，厚1.0m的鉛絲籠塊石護基防沖，每米總造價202元。優(yōu)點是：造價低；工藝簡單，施工技術難度小。缺點是：抗沖可靠性差；日常維修費用多。

經綜合比較，采用鉛絲籠護基方案。

2.6 主河槽防滲方案確定

本段河道蓄水后不作防滲的情況下，向下游漏水量為每年35.2萬m3。為減少滲漏損失量，維持橡膠壩地基滲透穩(wěn)定，盡量減少工程投資，設計提出在3號和4號壩址處對地基進行高噴灌漿垂直防滲方案。設計墻深25.5m，當防滲墻長度為360m時，每年滲漏水量減少為7.0萬m3，占蓄水總量的2.9%，屬于“優(yōu)良水文地質條件”范圍，最終設計高噴防滲墻每條壩址處長360m。

3 結語

工程實施后，不僅有效提高了本段堤防防洪標準，減輕了臨汾市城區(qū)河道防洪壓力；同時利用河道蓄水，凈化了城區(qū)空氣，消除了水體污染，增加了空氣濕度，有助于調節(jié)氣溫；河岸兩側綠化美化，改善了臨汾市城區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境，提升了城市品位和人民生活質量，實現(xiàn)了生態(tài)園林城市和河道綜合治理的雙贏。