廣通河水系和政縣段生態(tài)治理工程中泄洪箱涵規(guī)模分析

郭 蔚

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

1 概況

廣通河水系和政縣段生態(tài)綜合治理工程位于甘肅省臨夏回族自治州南部太子山腳下的和政縣，距蘭州市116 km。

廣通河為黃河支流洮河一級支流，發(fā)源于太子山中部，上游稱新營河，由南向北東流，經(jīng)和政、廣河等縣，在廣河縣注入洮河，全長88.5 km，流域面積1598 km2，平均比降8.65‰。支流牙塘河及大南岔河在和政縣城南1 km處匯合后稱為廣通河。廣通河水系和政縣段生態(tài)治理工程涉及牙塘河、大南岔河和廣通河共3 條河流，治理范圍主要為三條河的交匯區(qū)域，全長5.46 km。

治理河段已建水利工程有大南岔河入?yún)R口的九龍壁跌水一座（人工湖），三河水庫攔水壩等。由于上游牙塘河水土保持措施薄弱，牙塘河汛期泥沙含量較大，加之三河水庫經(jīng)過十多年運(yùn)行，現(xiàn)狀基本淤滿，需要清淤疏浚；河段內(nèi)防洪體系不完善，水環(huán)境、水生態(tài)功能脆弱，影響了和政縣城的整體形象，制約著縣城經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

為改善城市生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，建設(shè)和政縣特色小鎮(zhèn)，開展廣通河水系生態(tài)綜合治理，提高廣通河行洪能力，改善河道現(xiàn)狀、區(qū)域環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，減少水庫淤積，是十分必要的。同時(shí)，作為少數(shù)民族聚集地，該項(xiàng)目的實(shí)施，能確保防護(hù)區(qū)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)各民族團(tuán)結(jié)及社會穩(wěn)定，為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基礎(chǔ)性支持，拓展城市骨架，拉動城市相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而帶動和促進(jìn)該流域的社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，為市民創(chuàng)建一座健康、整潔、優(yōu)美、人與自然和諧共生的現(xiàn)代化城市。

2 工程總體布局方案

和政縣城內(nèi)，河流水系得天獨(dú)厚，自然景觀資源豐富，文化積淀深厚。工程在河流總體規(guī)劃和行洪安全的基礎(chǔ)上，結(jié)合河流特性及已成工程現(xiàn)狀和區(qū)域地形地貌，重點(diǎn)打造牙塘河及廣通河的生態(tài)水景觀。在牙塘河與大南岔河匯合口，結(jié)合現(xiàn)有的攔水壩，九龍瀑布，對三河水庫進(jìn)行清淤，利用清淤土方，布置湖心島，湖心島四面環(huán)水，打造優(yōu)美的水面景觀，并結(jié)合牙塘河、大南岔河及廣通河多級液壓壩及跌水堰的建設(shè)，自上而下形成整體、連續(xù)的景觀水面，湖心島、濕地與兩岸以人行景觀橋相連接，營造一個(gè)水岸關(guān)系多樣化的濱河城市綠地空間，為整個(gè)縣城的發(fā)展提高品位，打下基礎(chǔ)。

由于治理河段上游分布有牙塘河支流小南岔河，汛期發(fā)生洪水的頻率相對較高，且廣通河泥沙大都來自于牙塘河，大南岔河植被較好、泥沙含量較小。為了解決汛期洪水安全下泄，解決洪水泥沙與蓄水的矛盾，減少泥沙淤積，營造蓄水景觀效果，同時(shí)延長塌壩蓄水的運(yùn)行周期，特別是解決夏季汛期城市最需要蓄水景觀但遭遇洪水泥沙不能蓄水等問題，故采用清洪分治方案對工程區(qū)牙塘河和廣通河河段進(jìn)行河道治理。從河道治理整體效果方面考慮，設(shè)計(jì)采用泄洪箱涵將河道分為兩部分，靠近牙塘河、廣通河右岸為蓄水區(qū)，牙塘河、廣通河左岸為泄洪箱涵，將小洪水通過泄洪箱涵引至蓄水區(qū)下游；泄洪箱涵頂部布設(shè)親水平臺，使泄洪箱涵兼具泄洪排沙和親水平臺的作用，同時(shí)與左側(cè)堤防形成整體，提高了堤防的安全性。

圖1 廣通河水系和政縣段生態(tài)治理工程總體布局示意圖

3 泄洪箱涵規(guī)模確定

泄洪箱涵規(guī)模的確定對于清洪分治方案的實(shí)施效果至關(guān)重要。因此，在對箱涵型式及結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)之前，應(yīng)首先進(jìn)行泄洪箱涵規(guī)模的確定。

3.1 箱涵泄洪規(guī)模分析

箱涵的規(guī)模既要滿足安全下泄一定標(biāo)準(zhǔn)下的洪水，減小蓄水區(qū)泥沙淤積和塌壩泄空頻率；同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，箱涵不宜太高影響過河橋墩和橋底板高程，也不宜過寬影響蓄水景觀效果。

有研究表明[1]，河流輸沙量并不隨流量單調(diào)增加，而是在達(dá)到最大輸沙量后逐步減小。在流量與輸沙量的關(guān)系圖中，流量在接近造床流量的過程中，輸沙量會顯著提高，而當(dāng)流量大于造床流量后，輸沙能力減小，造成河床淤積。因此，為解決中小洪水的泥沙問題，采用箱涵泄洪排沙時(shí)，箱涵選取造床流量作為其泄洪的過流流量是合理且經(jīng)濟(jì)的。通常，采用平灘流量作為造床流量，即重現(xiàn)期為1年～2年之間的流量[2]。

因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮工程區(qū)河道的實(shí)際狀況，確定箱涵過流的具體流量，保證箱涵滿足一定洪水的泄洪要求，同時(shí)又要使蓄水區(qū)盡量寬，以滿足景觀效果。根據(jù)洪水分析成果，牙塘河1 年一遇洪水流量為54.7 m3/s，2 年一遇洪水流量為73 m3/s。因此，將1 年一遇洪水和2 年一遇洪水作為箱涵泄流規(guī)模進(jìn)行分析比較。

3.2 泄水箱涵規(guī)模比較

根據(jù)治理河段比降、河寬、堤防高度、泄流量等情況，借鑒類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，采用鋼筋砼矩形槽斷面；由于康和大橋凈空有限，受橋梁高度的限制，箱涵高度不宜大于3.0 m，因此，斷面形式需要采用寬淺式。箱涵水深按不高于20 年一遇洪水位控制進(jìn)行方案比較。

（1）方案一：箱涵的泄流規(guī)模為1 年一遇

該方案箱涵泄流規(guī)模按照1 年一遇洪水，即牙塘河泄量為54.7 m3/s。

牙塘河設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為50 年一遇，相應(yīng)洪水流量為477 m3/s，河道內(nèi)水深約為1.0 m～3.0 m，箱涵按照平均水深取2.0 m進(jìn)行控制，經(jīng)水力分析計(jì)算，箱涵頂高程在滿足蓄水區(qū)擋水要求的同時(shí)，在槽內(nèi)設(shè)計(jì)水位以上加安全超高0.5 m左右，牙塘河箱涵過洪尺寸為4.0 m×2.8 m 。

（2）方案二：箱涵的泄流規(guī)模為2 年一遇

該方案箱涵泄流規(guī)模按照2 年一遇洪水，即牙塘河泄量為73 m3/s。箱涵按照平均水深取2.0 m進(jìn)行控制，經(jīng)水力分析計(jì)算，箱涵頂高程在滿足蓄水區(qū)擋水要求的同時(shí)，在槽內(nèi)設(shè)計(jì)水位以上加安全超高0.5 m左右，牙塘河箱涵過洪尺寸為6.0 m×2.3 m。

上述兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 箱涵泄流規(guī)模比較表

3.3 泄水箱涵規(guī)模確定

從表1比較結(jié)果看，方案一箱涵泄洪能力相對較低，工程運(yùn)行后，塌壩次數(shù)較多，這樣，不但需水量加大，運(yùn)行管理成本也增加。兩個(gè)方案在同樣滿足泄流及水深一致的前提下，方案一泄流規(guī)模為1 年一遇，箱涵寬度為4.0 m，方案二泄流規(guī)模為2 年一遇，箱涵寬度為6.0 m，兩個(gè)方案泄流能力相差較大，但工程直接費(fèi)相差287.72萬元，投資相差較小。為了提高箱涵過洪能力，降低蓄水區(qū)過洪幾率，減少擋水建筑物塌壩次數(shù)，特別是可有效延長夏季汛期蓄水區(qū)的運(yùn)行周期，選用方案二較為合理，即箱涵的泄流規(guī)模為2 年一遇的過洪能力，箱涵過洪寬度為6 m，高度為2.3 m。

4 結(jié)語

在河道生態(tài)治理工程中，常采用箱涵過洪的型式來對河道進(jìn)行清洪分治，營造城市河道蓄水景觀。本文結(jié)合廣通河水系和政縣段生態(tài)綜合治理工程實(shí)際情況，綜合考慮箱涵過洪能力、景觀蓄水效果、建筑物交叉、運(yùn)行管理、工程投資等各方面進(jìn)行分析比選，得出較為合理泄洪規(guī)模，型式及結(jié)構(gòu)尺寸，解決了洪水泥沙與蓄水的矛盾、蓄水區(qū)泥沙淤積、蓄水區(qū)頻繁塌壩等問題，延長了蓄水區(qū)的運(yùn)行周期。廣通河水系和政縣段水生態(tài)環(huán)境的改善，提高了人居環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)了人水和諧，完善了城市功能，為和政縣構(gòu)建自然生態(tài)、活力親水、魅力特色的濱水生態(tài)廊道。通過本文對清洪分治方案中泄洪箱涵規(guī)模分析確定，可為同類工程設(shè)計(jì)提供一定參考價(jià)值。