汾河一壩下游滾水壩建設研究

岳 強

（山西省汾河灌溉管理局一壩分局，山西 太原 030002）

1 問題提出

汾河出蘭村山口，河道由150 m左右拓寬到300～500 m，大量河沙在此淤積。由于沙層厚、沙質好，非法采砂活動十分猖獗。巨大的沙坑遍布河床，對河道和周圍生態破壞十分嚴重，不僅無法行洪過水，而且嚴重威脅兩岸堤防和橋梁等建筑物的安全。

為修復汾河流域生態環境，2008年山西省水利廳啟動了清水復流工程。當年2—3月，汾河灌區結合春澆灌溉情況，制定了局部供水，打通流路，為清水復流創造了條件。但打通后河槽下切10 m左右，太鋼輸礦粉管懸空8 m，跨30 m。汾河一壩站上下游建筑物受淘刷嚴重，局部被沖毀。

2 滾水壩建設必要性分析

20世紀90年代，汾河一壩樞紐所在河段河道坡降為1‰～1.63‰，該段河道基本沖淤平衡，河床穩定，各建筑物基本正常運行。但由于人工挖砂使河道沖淤平衡遭到破壞，汾河一壩樞紐下游河道逐年下切，坡降增大到20‰，致使河流流速加大，沖刷加劇，一壩樞紐無法安全下泄上游來水。

汾河一壩樞紐位于太原市尖草坪區，區內分布有太原鋼鐵公司、太原市第二熱電廠等大型企業，該河段的安全事關太原市的經濟安全和社會穩定，因此，必須盡早對汾河一壩樞紐進行保護。采用滾水壩可以抬高水位、防止或減少沖刷，是解決沙坑破壞河道問題較好的辦法之一。

3 工程實施情況

3.1 工程地質

滾水壩位于汾河一壩樞紐下游400 m處，該處汾河流向 S15°～20°E，主河槽居中間偏右岸，寬 50～80 m，左側形成河漫灘，谷底較平坦，高程789.0～791.5 m，左右岸為Ⅰ級堆積階地和防洪堤，高出河床8～10 m，坡度30°～60°。汾河Ⅰ級堆積地階面高出河床3～5 m，階面較寬，主要由全新統早期洪沖積卵石混合土等組成。壩區出露地層主要為第四系全新統早、晚期洪沖積物和人工堆積物。

壩址區地下水位主要接受大氣降水補給，地下水類型主要為松散巖類孔隙水，含水層為全新統早、晚期洪沖積卵石混合土、級配不良砂、級配不良礫等，富水性較好，地下水埋深大于15 m。河水補給地下水，為補給型河谷。

3.2 工程方案

該河段在太鋼輸礦粉管道上下游各有1個大沙坑，考慮沙坑填平后該段的河道坡降為2‰左右，出太鋼輸礦粉管道后，下游河道坡降2.3‰，接近采砂前坡降，基本穩定，初步制定了同時采用三種措施來控制侵蝕面的方案：一是在西沖砂閘口修建消力池，防止淘刷西沖砂閘；二是在第一個沙坑上游修建滾水壩，抬高水位并使其逐步淤積，保護一壩樞紐；三是在太鋼輸礦粉管道上修建鋼桁架橋，保護太鋼輸礦粉管。

由于該處基底持力層為卵礫石層，兩岸均為透水層，地基及兩岸滲透嚴重，對壩體穩定不利。考慮壩體安全，設置壩高5 m，以上三種措施結合使用可將縱坡由20‰調整至9.3‰。工程投入運行后，該河段重新達到沖淤平衡需要一段時間，一壩樞紐出口會繼續淘刷，所以此段時間仍需對樞紐的消能防沖設施進行保護。

3.3 工程等級確定

滾水壩總庫容7.5萬m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，本工程為小（二）型水庫，工程等級為Ⅴ等，主要建筑物為5級，次要建筑物為5級，洪水標準設計采用20年一遇，相應洪峰流量2000m3/s。

3.4 工程設計

因滾水壩高度不夠，形不成完整的WES曲線，所以選擇了寬頂堰。滾水壩寬頂堰頂寬5 m，壩頂高程794 m，壩底高程 789 m，壩高 5 m，上游邊坡 1∶0.6，下游邊坡1∶0.8，下游消力池長13.5 m，池深1.0 m，海漫長40.0 m，海漫后接防沖槽，槽深1 m。寬頂堰采用M7.5砂漿砌石，表層為M10漿砌料石。

3.5 工程運行與管理

工程位于汾河一壩樞紐以下400 m，該處已有管理機構汾河一壩管理站，管理機構設置人員編制基本按現有規模不變，新增項目機構管理由原有職能科室承擔，不再新增管理人員。汾河一壩管理站隸屬汾河中下游水務管理局，其工程運行由汾河中下游水務管理局統一調配。

4 工程效益

該滾水壩是為保護汾河一壩樞紐防止或減少沖刷而建，建成后可抬高樞紐下游水位至794 m以上，下游縱坡從20‰調整到9.39‰。滾水壩投入運行后，可減少水流對壩體的沖刷，但要達到沖淤平衡還需要一段時間。待沖淤平衡后，樞紐下游段河道主槽將會穩定。

為保護太鋼輸礦粉管道，修建了鋼桁架橋，將管線架高于797 m的高程上，保證了管線安全。

汾河一壩樞紐擔負著向太原鋼鐵公司、太原第二熱電廠以及下游2.4萬hm2農田的灌溉任務，滾水壩建成后可為調節水庫、保障供水安全、穩定當地經濟發揮作用。

近年來，由于地下水的開采，太原市地下水位逐年下降，該地段地層透水性好，且滾水壩未對庫區進行全面防滲，因此滾水壩建成后將對該區域地下水補給發揮很大作用。同時，可形成2萬m2的水面，有效改善區域生態環境。