張 莉

（臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)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(fù)與保護(hù)工程位于臨汾城區(qū)西側(cè)的汾河干流上，北起馬務(wù)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(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，洪峰流量1502m3/s；全河道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量2690m3/s。主河槽東西兩側(cè)各布置一條排污暗涵，河槽中間設(shè)中隔堤，東西側(cè)均布置內(nèi)河堤，在馬務(wù)橋上游（樁號(hào)-1-150）、下游（樁號(hào) 0+900）、西關(guān)橋下游（樁號(hào)2+860）、平陽橋下游（樁號(hào)4+850）設(shè)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(jì)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(cè)蓄水池為主壩，共3跨，每跨長60m；西側(cè)泄洪槽內(nèi)的副壩長80m，全長260m，壩高2.0m，每道壩的東側(cè)均設(shè)加壓站及調(diào)節(jié)水池。3號(hào)壩和4號(hào)壩下設(shè)高噴防滲墻，兩個(gè)壩址處防滲墻總長度720m。蓄水池補(bǔ)水利用龍子祠灌溉退水，不足時(shí)引污水處理中所得水。

2 方案比選

根據(jù)工程實(shí)際情況，擬定3個(gè)蓄水池寬度、單雙槽方案、兩種壩型、兩種排污暗涵結(jié)構(gòu)型式、4個(gè)排污暗涵尺寸及兩種抗沖措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.1 蓄水池寬度

2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

本段河道長6.27 km，馬務(wù)橋到平陽大橋間兩岸堤距約400m，馬務(wù)橋上游及平陽橋下游兩岸堤距約300m，馬務(wù)、西關(guān)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(shí)測(cè)為1/1700，部分?jǐn)嗝孢_(dá)不到50年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。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(xì)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(shè)計(jì)堤防距離以400m計(jì)，按主河槽下泄流量1502m3/s，深度為2.5～3.0m，采用曼寧公式計(jì)算各種池深下對(duì)應(yīng)的池寬。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 蓄水池深度寬度方案比較

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

對(duì)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(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)堤頂超高統(tǒng)一取1.5m，主槽深2.8m。經(jīng)計(jì)算可知，兩岸堤防之間均可通過50年一遇洪水，個(gè)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(cè)設(shè)東河堤，西側(cè)設(shè)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(shí)間不能蓄水。

2.2.2 雙槽方案

槽總寬260m，蓄水池設(shè)在東側(cè)，泄洪槽設(shè)在西側(cè)。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(shí)，過水流量為329m3/s，對(duì)應(yīng)的蓄水池寬為180m。兩槽中間設(shè)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(cè)仍保持180m寬的水面。洪水流量超過329m3/s時(shí)，蓄水池側(cè)橡膠壩部分坍壩或全部坍壩運(yùn)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(yàn)結(jié)論

通過對(duì)雙槽方案動(dòng)床和定床試驗(yàn)得出：整治后的河道能滿足泄流能力；整治后的河道進(jìn)出口體型、泄洪時(shí)水流均比較平順，沒有出現(xiàn)回流和折沖現(xiàn)象，也無嚴(yán)重的水流集中和波動(dòng)。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(dá)50m，立門、臥門時(shí)間短，可任意調(diào)節(jié)開啟度，使用壽命為50年，但造價(jià)高，施工技術(shù)有待完善。

2.3.2 橡膠壩方案

橡膠壩在景觀建設(shè)及環(huán)境綜合整治工程已得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)日臻成熟，壩長可達(dá)100m以上，壩高可自由控制，造價(jià)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(jí)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(shí)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(jié)構(gòu)型式

2.4.1 結(jié)構(gòu)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(hù)坡結(jié)構(gòu)，蓄水池水上娛樂、游船碼頭等多種功能。優(yōu)點(diǎn)是：不需另設(shè)蓄水池邊墻和灘地交通路面。缺點(diǎn)是：對(duì)基礎(chǔ)施工、施工進(jìn)度及技術(shù)、止水處理等要求較高，且造價(jià)高。

二是鋼筋混凝土箱型暗涵加護(hù)坡式河堤方案。兩側(cè)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(jié)合鉛絲籠塊石護(hù)坡型式，蓄水池兩岸灘地交通應(yīng)另鋪筑路面。優(yōu)點(diǎn)是：工程簡單，施工方便，投資較少。缺點(diǎn)是：蓄水池需另設(shè)河堤，灘地交通需另鋪筑路面。

經(jīng)綜合比較，推薦鋼筋混凝土箱型暗涵加護(hù)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(yùn)用時(shí)暗涵水深以2.0m計(jì)（以無壓流計(jì)）。暗涵過流能力、造價(jià)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(bào)告》成果，石灘站以上的七一渠渠首設(shè)計(jì)引水流量23m3/s，其中小于15m3/s時(shí)全部用于灌溉，大于15m3/s時(shí)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(jìn)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(shè)有韓村、土師等揚(yáng)水站，故汾河石灘站到馬務(wù)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(jì)，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(chǔ)抗沖措施方案

2.5.1 洪水沖深計(jì)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(xué)與設(shè)計(jì)管理》中非黏性河床沖刷公式計(jì)算得：當(dāng)河道通過10年一遇洪水時(shí)，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(dāng)河道通過50年一遇洪水時(shí)，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(jié)果可知，50年一遇洪水為沖刷控制情況，邊墻基礎(chǔ)按此種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.5.2 池（槽）岸坡基礎(chǔ)抗沖措施方案比選

一是板樁基礎(chǔ)方案。初擬板厚800 mm，長度按沖深計(jì)算結(jié)果考慮邊墻穩(wěn)定及承載力要求，經(jīng)計(jì)算板樁的最小長度為15m，每米總造價(jià)530.2元。優(yōu)點(diǎn)是：抗沖措施可靠、穩(wěn)定，安全性能好；日常維修費(fèi)用少。缺點(diǎn)是：造價(jià)高；施工中使用的機(jī)械設(shè)備較多，且技術(shù)要求較高。

二是鉛絲籠塊石護(hù)基方案。臨水側(cè)鋪設(shè)長10m，厚1.0m的鉛絲籠塊石護(hù)基防沖，每米總造價(jià)202元。優(yōu)點(diǎn)是：造價(jià)低；工藝簡單，施工技術(shù)難度小。缺點(diǎn)是：抗沖可靠性差；日常維修費(fèi)用多。

經(jīng)綜合比較，采用鉛絲籠護(hù)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(shè)計(jì)提出在3號(hào)和4號(hào)壩址處對(duì)地基進(jìn)行高噴灌漿垂直防滲方案。設(shè)計(jì)墻深25.5m，當(dāng)防滲墻長度為360m時(shí)，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(zhì)條件”范圍，最終設(shè)計(jì)高噴防滲墻每條壩址處長360m。

3 結(jié)語

工程實(shí)施后，不僅有效提高了本段堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)，減輕了臨汾市城區(qū)河道防洪壓力；同時(shí)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(diào)節(jié)氣溫；河岸兩側(cè)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(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)園林城市和河道綜合治理的雙贏。