廣通河水系和政縣段生態治理工程中泄洪箱涵規模分析

郭 蔚

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

1 概況

廣通河水系和政縣段生態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，發源于太子山中部，上游稱新營河，由南向北東流，經和政、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域，全長5.46 km。

治理河段已建水利工程有大南岔河入匯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，加之三河水庫經過十多年運行，現狀基本淤滿，需要清淤疏浚；河段內防洪體系不完善，水環境、水生態功能脆弱，影響了和政縣城的整體形象，制約著縣城經濟的發展。

為改善城市生態環境，實現鄉村振興，建設和政縣特色小鎮，開展廣通河水系生態綜合治理，提高廣通河行洪能力，改善河道現狀、區域環境、生態環境，減少水庫淤積，是十分必要的。同時，作為少數民族聚集地，該項目的實施，能確保防護區人民群眾生命財產安全，促進各民族團結及社會穩定，為城市經濟發展提供基礎性支持，拓展城市骨架，拉動城市相關產業的發展，從而帶動和促進該流域的社會經濟持續發展，為市民創建一座健康、整潔、優美、人與自然和諧共生的現代化城市。

2 工程總體布局方案

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

由于治理河段上游分布有牙塘河支流小南岔河，汛期發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，同時延長塌壩蓄水的運行周期，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牙塘河和廣通河河段進行河道治理。從河道治理整體效果方面考慮，設計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，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下游；泄洪箱涵頂部布設親水平臺，使泄洪箱涵兼具泄洪排沙和親水平臺的作用，同時與左側堤防形成整體，提高了堤防的安全性。

圖1 廣通河水系和政縣段生態治理工程總體布局示意圖

3 泄洪箱涵規模確定

泄洪箱涵規模的確定對于清洪分治方案的實施效果至關重要。因此，在對箱涵型式及結構尺寸設計之前，應首先進行泄洪箱涵規模的確定。

3.1 箱涵泄洪規模分析

箱涵的規模既要滿足安全下泄一定標準下的洪水，減小蓄水區泥沙淤積和塌壩泄空頻率；同時根據項目實際情況，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增加，而是在達到最大輸沙量后逐步減小。在流量與輸沙量的關系圖中，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，箱涵選取造床流量作為其泄洪的過流流量是合理且經濟的。通常，采用平灘流量作為造床流量，即重現期為1年～2年之間的流量[2]。

因此，設計時應綜合考慮工程區河道的實際狀況，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，同時又要使蓄水區盡量寬，以滿足景觀效果。根據洪水分析成果，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模進行分析比較。

3.2 泄水箱涵規模比較

根據治理河段比降、河寬、堤防高度、泄流量等情況，借鑒類似工程的成功經驗，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行方案比較。

（1）方案一：箱涵的泄流規模為1 年一遇

該方案箱涵泄流規模按照1 年一遇洪水，即牙塘河泄量為54.7 m3/s。

牙塘河設計防洪標準應為50 年一遇，相應洪水流量為477 m3/s，河道內水深約為1.0 m～3.0 m，箱涵按照平均水深取2.0 m進行控制，經水力分析計算，箱涵頂高程在滿足蓄水區擋水要求的同時，在槽內設計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：箱涵的泄流規模為2 年一遇

該方案箱涵泄流規模按照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進行控制，經水力分析計算，箱涵頂高程在滿足蓄水區擋水要求的同時，在槽內設計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。

上述兩個方案各有優缺點及經濟比較見表1。

表1 箱涵泄流規模比較表

3.3 泄水箱涵規模確定

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

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