甘肅省高臺縣黑河橡膠滾水壩工程方案比選

關向瓊

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安710001）

甘肅省高臺縣黑河橡膠滾水壩工程方案比選

關向瓊

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安710001）

為改善高臺縣縣城黑河河段生態(tài)環(huán)境，結(jié)合兩岸濕地公園以及一期已成蓄水工程，在確定擋水建筑物壩址的基礎上，對不同壩高的蓄水方案進行比較，旨在從景觀效果、洪水、泥沙、蓄水量、工程投資等方面進行優(yōu)缺點分析，綜合考慮最終確定最合理的方案，采用1.8 m壩高的橡膠壩蓄水，與兩岸濕地公園遙相呼應，與下游水庫形成合力，打造出優(yōu)美的生態(tài)景觀。

高臺縣；橡膠壩；河道治理；方案設計

1 工程概況

高臺縣位于河西走廊中部，黑河干流中游下段，地處張掖盆地西北端，東鄰臨澤縣，西與酒泉市、金塔縣和肅南縣明花區(qū)相連，南與肅南縣大河區(qū)接壤，北依合黎山與內(nèi)蒙古阿拉善右旗相鄰，縣境總面積4346.6 km2。工程河段上游為一期工程，已修建一座橡膠壩，形成一定的水面，景觀效果良好。工程河區(qū)段現(xiàn)狀灘面裸露，雜草叢生，水景觀效果差，規(guī)劃在河道內(nèi)修建擋水建筑物，清淤疏浚后，與一期工程銜接，形成連續(xù)景觀水面，打造優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境[1]。

2 工程選址

該工程是一個系統(tǒng)工程，涉及城市河道水利及防洪、泥沙、水景觀、兩岸景區(qū)美化等綜合性項目。工程選址極為重要，在黑河高臺縣城核心段修建該工程，選址是首要條件，該段河道基本規(guī)整、順直，也適宜建設該工程。

按照兼顧左右岸、上下游及工程區(qū)行洪安全的原則，在河道相對較窄位置布置擋水建筑物，在力求增加水面景觀的同時，降低工程造價，并且要達到水面及周圍城區(qū)渾然一體、和諧統(tǒng)一。結(jié)合河道河勢及橋梁的布置，通過合理確定壩址位置，保證水流平順，使縣城的主要區(qū)域景觀效果最佳。綜合而言，本工程選址原則為：

（1）使縣城的主要區(qū)域和核心區(qū)水景觀效果最佳；

（2）壩址布置應避開彎道河段；

（3）壩址應考慮與上游一期蓄水區(qū)銜接；

（4）壩址盡量選擇在河道較窄處。

橡膠壩壩址宜選擇在順直河段，水流平順，有利于蓄水和壩的安全運行。壩址布置應該避開彎道河段，選擇在相對順直河段。本次設計結(jié)合工程區(qū)河段現(xiàn)狀及縣城區(qū)發(fā)展的實際情況，壩址選擇在治理范圍河道寬度較窄處，使得壩址長度最小，同時也要滿足一定的蓄水長度，蓄水景觀效果最佳，設計結(jié)合河道比降和河道平面走向，該河段兩岸無支流匯入，均具有布置壩址的條件，壩址選擇在一期已建橡膠壩下游約2.216 km處，壩長為300 m[1-2]。

3 方案比選

3.1 方案布置

（1）方案一：（壩高1.8 m）

該方案采用全河道蓄水方案，規(guī)劃布置一座橡膠壩，壩址位于已建的橡膠壩下游2.216 km處。方案壩高選擇為1.8 m，壩長300 m，治理河段平均比降約1.0‰。根據(jù)本次實測的地形圖，在上游蓄水工程建成后，河道自然沖刷，已建橡膠壩壩底板與下游河道形成0.5 m~1.0 m的高差，本工程壩高1.8 m，確定的壩底板高程為1337.40 m，壩頂高程為1339.20 m，上游橡膠壩壩后河床高程約1338.4 m~1339.0 m，由實測的地形圖紙可以得到，壩高1.8 m時，蓄水區(qū)可基本回水至上游橡膠壩后。壩址位置左岸為2014年新修的堤防工程，已經(jīng)基本實施完成，根據(jù)本次實測的地形圖，左岸堤頂高程為1340.20 m，壩頂距離堤頂?shù)母卟顬?.0 m，堤防中部設有復式平臺，壩址位置蓄水位基本同平臺高程齊平。本次設計的橡膠壩上游形成的蓄水水面長約2.1 km，回水末端至上游橡膠壩后，在回水末端局部河灘較高，高于蓄水水位，該部分較高灘地規(guī)劃為河灘濕地。在蓄水區(qū)中部保留河道內(nèi)高程較高的灘地，適當整理后形成湖心島，為鳥類棲息創(chuàng)造好的環(huán)境。

該方案將現(xiàn)狀河道全部作為蓄水區(qū)，同時兼有蓄水和泄洪排沙的功能。平時為全河槽蓄水，成為供觀賞游樂的景觀湖水面。每年的6~9月汛期，年水量的68%和占年沙量94.9%的泥沙量需要下泄，根據(jù)水情預報，按上游來洪來沙情況，蓄水區(qū)適時塌壩泄空，全河道行洪，確保上游洪水泥沙自工程區(qū)河道安全下泄；汛期泄洪過后，再立壩重新蓄水，形成景觀湖；非汛期由于泥沙少，河道可以正常蓄水運行，少量的淤積可待下一年主汛期塌壩時進行排沙清淤。

本方案規(guī)劃橡膠壩壩高為1.8 m，壩長300 m，蓄水區(qū)長2.216 km,蓄水水面寬242 m~640 m，蓄水區(qū)面積69萬m2（1034.5畝），形成湖心島面積11.08萬m2（166.2畝），生態(tài)濕地面積11.45萬m2（171.7畝）。該方案景觀蓄水區(qū)一次蓄水量62.1萬m3，每年泄洪排沙后需重新蓄水，按每年泄空一次估算，該方案每年的蓄水量為124.2萬m3，估算年蒸發(fā)損失量為60.82萬m3，年滲漏損失量約為468萬m3，合計每年運行的需水量為653.02萬m3（不含為改善水質(zhì)所需的補水量）。

（2）方案二：（壩高2.1 m）

該方案也為全河道蓄水方案，規(guī)劃布置一座橡膠壩，壩址與方案一相同，設計壩高為2.1 m。根據(jù)本次實測的地形圖，在上游蓄水工程建成后，河道自然沖刷，已建橡膠壩壩底板與下游河道形成0.5 m~1.0 m的高差，本工程壩高2.1 m，確定的壩底板高程為1337.40 m，壩頂高程為1339.50 m，上游橡膠壩壩后河床高程約1338.4 m~1339.0 m，由實測的地形圖紙可以得到，壩高2.1 m時，蓄水區(qū)可基本回水至上游橡膠壩后。壩址位置左岸為2014年新修的堤防工程，已經(jīng)基本實施完成，根據(jù)本次實測的地形圖，左岸堤頂高程為1340.20 m，壩頂距離堤頂?shù)母卟顬?.70 m，堤防中部設有復式平臺，壩址位置蓄水位高于復式平臺0.3 m。本次設計的橡膠壩上游形成的蓄水水面長約2.1 km，回水末端至上游橡膠壩后，在回水末端局部河灘較高，高于蓄水水位，該部分較高灘地規(guī)劃為河灘濕地。在蓄水區(qū)中部保留河道內(nèi)高程較高的灘地，適當整理后形成湖心島，為鳥類棲息創(chuàng)造好的環(huán)境。

該方案將現(xiàn)狀河道全部作為蓄水區(qū)，同時兼有蓄水和泄洪排沙的功能。平時為全河槽蓄水，成為供觀賞游樂的景觀湖水面。每年的6~9月汛期，年水量的68%和占年沙量94.9%的泥沙量需要下泄，根據(jù)水情預報，按上游來洪來沙情況，蓄水區(qū)適時塌壩泄空，全河道行洪，確保上游洪水泥沙自工程區(qū)河道安全下泄；汛期泄洪過后，再立壩重新蓄水，形成景觀湖；非汛期由于泥沙少，河道可以正常蓄水運行，少量的淤積可待下一年主汛期塌壩時進行排沙清淤。

表1 工程方案比較表

該方案旨在形成連續(xù)的蓄水景觀水面，與已建工程連為一體，規(guī)劃橡膠壩壩高為2.1m，壩長300m，蓄水區(qū)長度為2.216 km，蓄水水面寬242 m~640 m，蓄水區(qū)面積76.68萬m2（1150畝），形成湖心島面積6.65萬m2（98.4畝），形成生態(tài)濕地面積7.6萬m2（114畝），該方案景觀蓄水區(qū)一次蓄水量80.5萬m3，每年泄洪排沙后需重新蓄水，按每年泄空一次估算，該方案每年的蓄水量為161萬m3，年蒸發(fā)損失量為67.6萬m3，年滲漏損失量約為510萬m3，合計每年運行的需水量為738.60萬m3（不含為改善水質(zhì)所需的補水量）[3]。

3.2 方案比選

兩種方案各有優(yōu)缺點，分析比較見表1。

方案一、二的治理思路都是按能蓄水則蓄，汛期不能蓄時則塌壩運行，由于汛期河道來水量大，塌壩后河道內(nèi)靠上游來水可形成自然的水面狀態(tài)，即汛期不強調(diào)長期蓄水。

洪水泥沙與水景觀的矛盾問題，不通過工程措施來解決，而是通過科學的調(diào)度運行模式來適應它。根據(jù)汛期黑河來洪來沙情況，可蓄時立壩蓄水，河道內(nèi)形成優(yōu)美的城市水景觀；洪水及含沙量大時，則及時塌壩泄洪排沙。

綜合一期工程橡膠壩建成及運行情況來看，河道全斷面蓄水方案適應黑河的河道治理，運行效果也非常好，本次設計從不同的壩高下的景觀效果、洪水、泥沙，蓄水量、工程投資等多方面進一步分析和比較，方案一、二均可行，且各有優(yōu)勢，本階段從節(jié)約投資，減少滲漏，降低對現(xiàn)狀堤防的影響，從符合高臺縣的實際情況出發(fā)，并借鑒其它項目的治理經(jīng)驗，推薦采用方案一。

4 結(jié)語

該工程本著既要改善縣區(qū)河段生態(tài)環(huán)境，形成景觀水面，又要充分節(jié)約水資源的治理原則，根據(jù)高臺縣黑河的水沙特性，并結(jié)合高臺縣的實際情況，設計采用河道全斷面蓄水方案，擋水建筑物采用1.8 m高的橡膠壩。整個方案以河道內(nèi)寬闊的蓄水景觀為主，為實現(xiàn)工程的親水性，結(jié)合橡膠壩的建設，左岸壩肩部位布置為親水平臺；兩岸堤防均沿堤頂布置堤頂?shù)缆?，可使游人、電瓶車等交通游覽設施全線暢通。蓄水景觀區(qū)應與左岸生態(tài)濕地公園有機結(jié)合起來，河道內(nèi)以蓄水景觀為主，可規(guī)劃為劃船區(qū)、濱水娛樂區(qū)等，岸上生態(tài)濕地公園以休閑娛樂為主，使景觀區(qū)功能豐富，景觀效果好,并與兩岸現(xiàn)有水庫形成合力，構(gòu)建出富有高臺特色的黑河濱河生態(tài)園區(qū)。

[1]甘肅省高臺縣黑河縣城段防洪暨生態(tài)治理工程初步設計報告[R].陜西省水利電力勘測設計研究院,2011-07.

[2]甘肅省高臺縣黑河干流巷道鄉(xiāng)八一村——西腰墩水庫段河道治理工程初步設計報告[R].甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院.

[3]高臺縣黑河濕地湖泊生態(tài)恢復保護示范區(qū)項目橡膠滾水壩工程初步設計報告[R].陜西省水利電力勘測設計研究院，2015-09.

TV64

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1673-9000（2017）03-0069-03

2017-02-07

關向瓊（1984-），女，陜西西安人，工程師，從事水利水電工程設計工作。