生態型防洪治理技術在中小河流中的應用

師文鑫

（山西省晉中市水利建筑工程總公司,山西 晉中 030600）

0 引言

中小河流數量眾多,且大多分布在山區。水流特性呈現源短流急,洪水陡漲陡落,且易引發山洪泥石流災害,對居民生命財產和基礎設施威脅較大。但是目前相關防洪和洪水調度研究主要集中于主干河道,中小河流防洪減災問題研究較為欠缺[1-2]。沁河治理以防洪為主,

兼顧河道的生態建設和岸邊綠化。河道治理依據地形地勢及河道兩岸的相關規劃,盡量使河道保持近自然態,其防洪治理思路值得推廣和借鑒。

1 工程概況

沁河,黃河的一級支流,發源于山西省沁源縣,河流在太岳山崇山峻嶺間蜿蜒南下,穿越臨汾市安澤縣,在沁水縣官亭圪堆附近流入晉城市,干流全長485 km,流域總面積13532 km2。其中山西省境內河長363 km,流域面積12264 km2,占總面積的91%。

治理河段目前主要存在以下問題：

（1）沁河兩岸的防洪標準較低,河道沒有系統的規劃和治理,不能滿足防洪要求。

（2）沁河兩岸沒有護岸工程,對沿岸的村莊、農田及耕地都會產生威脅。

（3）河床泥沙淤積嚴重,導致行洪能力降低。河灘地造田,造成河道束窄,影響河道汛期的行洪能力。

總體布局為：在規劃河段范圍內,對目前堤防不滿足防洪安全要求段,結合實際地形進行堤防新建；對堤防高度及強度不滿足規劃水平段按設防標準予以加高加固；對淤積河段進行疏浚及河道整治工程建設,穩定河勢,控制主槽擺動,合理加強工程管理建設。以新建堤防和護岸、疏浚河道及整治工程為主,在提高沁河防洪能力的基礎上,在人口密集區進行生態蓄水和綠化。

2 防洪治理

2.1 新建堤防斷面型式

堤防斷面型式擬采用重力式格網石籠岸墻和斜坡式石籠護堤及鋼筋混凝土懸臂式岸墻,現對這三種護岸型式進行比選。

2.1.1 重力式格網石籠岸墻

重力式格網石籠岸墻高3.0 m,頂寬1 m,底寬2.0 m,臨水側邊坡以1∶0.5錯臺,背水側鉛直,基礎埋深1.5 m,具體見圖1。

圖1 重力式格網石籠岸墻

優點為背水側坡度小,開挖占地少。施工相對較為簡單、方便。其缺點墻體占用一部分河道,過流能力略有影響,工程造價相對較高。

2.1.2 斜坡式石籠護堤

斜坡式石籠護堤,坡度為1∶3.0,其結構自下向上依次為基礎碾壓、200 mm厚砂卵石,300 mm 厚石籠,具體見圖2。

圖2 斜坡式石籠護堤

2.1.3 鋼筋混凝土懸臂式岸墻

鋼筋混凝土懸臂式岸墻總高度4.5 m,立板厚度為0.4 m～0.6 m,底板厚0.3 m～0.7 m,為增加墻體的穩定以及減小基底應力,底板在臨水側向外懸挑1.0 m、擋土側向外懸挑1.4 m,底板總寬3.0 m,結構見圖3。其優點是整體性好,耐久性好；缺點是工程造價高。

圖3 鋼筋混凝土懸臂式岸墻

2.1.4 綜合比選

由表1可知,懸臂式岸墻工程投資最高,重力式岸墻次之,斜坡式石籠護堤最低。沁河屬于山區河流,沿河兩岸灘地大部分均已被老百姓占用作為耕地,并且大多數已被劃歸基本農田,因此,從節約占地角度考慮,結合投資比較,以及生態和當地已經批復的城市建設規劃,斷面選定時,主要選用重力式生態石籠和斜坡式生態石籠堤防。

表1 幾種斷面型式的工程量及投資表

2.2 主槽防護工程

主槽防護工程主要有斜坡式格網石籠護岸和錯臺式格網石籠護岸。

（1）斜坡式格網石籠護岸

斜坡式格網石籠護岸采用5 m×3 m×0.3 m的格網石籠砌筑,邊坡為1∶3 ,格網石籠下鋪反濾土工布,基礎埋深為1.5 m,基礎采用5 m×1 m×0.5 m的格網石籠。

（2）錯臺式格網石籠護岸

錯臺式格網石籠護岸采用5 m×3 m×0.5 m的格網石籠砌筑,錯臺長度為1.5 m,邊坡為1∶2,格網石籠下鋪砂礫卵石回填,格網石籠上鋪 300 mm厚的種植土,基礎埋深為1.5 m,基礎采用5 m×1 m×0.5 m的格網石籠,在堤腳處設置格網石籠護腳,長5 m,厚500 mm。

2.3 蓄水區水源工程

本項目主要是在滿足兩岸防洪安全的基礎上,在重點村鎮及縣城附近修建蓄水建筑物,進行蓄水美化,形成水面景觀。在河道蓄水美化工程中,國內常用的幾種景觀壅水壩有：橡膠壩、液壓壩、鋼壩閘。結合當地情況及規劃景觀要求,對上述三種壩型進行綜合比較。比較結果見表2。

表2 景觀壅水壩比較

從經濟、景觀及性價比幾方面綜合比較,鋼壩閘除投資較大外,其他方面具有較大的優勢。所以本工程最終采用的是鋼壩閘。

工程建成后,形成蓄水水面34.53萬m2,蓄水量43.22萬m3,蓄水池水量損失主要為滲漏和蒸發。沁河按水面面積34.53萬m2折算成蒸發量為35萬m3。壩基滲漏、兩岸堤基滲漏和池底滲漏,初步估算滲漏量年滲漏損失為9萬m3。由以上分析,年蒸發和滲漏損失共計44萬m3,需補水總量為44萬m3。沁河日常基流約2萬m3/d～3萬m3/d,扣除灌溉季節用水,年來水量約600萬m3～900萬m3,完全可以滿足蓄水池的補水要求。

2.4 沁河改線段治理

沁河潤城劈山改河段由于1982 年曾發生左岸防洪堤沖垮、大量洪水沖入潤城村內、多半房屋被淹的洪災,給當地人民的生命財產造成了極大的損害,迫切需要治理改造。根據現狀地形對改河段按古河道分流（方案1、方案2）和不分流（方案3）以及不同分流量（方案1、方案2）進行方案比較。

2.4.1 古河道分流方案

方案1,設計洪水在高速口段樁號Z66+760.9處進行分洪,設計洪水一部分（1500 m3/s）由改河劈山段通過,一部分（720 m3/s）由原古河道通過,在劈山口下游匯合,流向下游。方案2,設計洪水在高速口段Z66+760.9 處進行分洪,一部分（1200 m3/s）由改河劈山段通過,一部分（1000 m3/s）經由原河道通過,在劈山口下游匯合,流向下游。

2.4.2 古河道不分流方案

方案3,20 年一遇設計洪水2220 m3/s全部由劈山口通過,現狀劈山改河段河道底寬在15 m左右,闊挖至80 m,清淤范圍為Z6+696.7至Z10+691.8,河道清淤4.1 km,全河槽清淤。在晉陽高速橋上游現有河道寬度為50 m,仍呈卡口狀,當通過設計洪水時,本河段將壅高河道水位,河道左岸約有240 m長的公路臨河側需加高2 m,其余段需要加高1 m。

2.4.3 方案確定

方案1和方案2從工程布置到對古河道現狀的影響都相同,只是兩個方案分流的流量不同,方案3不影響古河道,但涉及拆遷和移民,從經濟的角度比較,最終選定方案1。

同時,結合此段的實際情況,主槽疏浚斷面擬定為梯形,底寬30 m～80 m,深1 m～6 m,邊坡1∶2,設計縱坡2.1‰～10.2‰,長度5.15 km,疏浚后對主槽采用格網石籠進行防護,主槽邊坡1∶2,防護措施自下而上依次為：反濾土工布、200 mm厚的砂礫料,300 mm厚的格網籠石；主槽河道依據設計縱坡和寬度進行清理,只需將高于河底高程的河段進行開挖,并將河道內的違章建筑等進行拆除。

3 結語

通過對沁河兩岸的生態治理,使相應河段的堤防達到了標準,清理了河道淤積,加強了工程管理,初步形成了系統的防洪體系,有效保證了河道的防洪安全,通過生態蓄水形成水面景觀,既滿足了人們親水近水要求,又為居民提供了開放式公共游憩、娛樂運動的休閑空間。治理全過程始終貫穿生態理念,結合河道行洪功能要求,努力營造出生態濕地和蓄水多種景觀,盡可能少的改變河道流態,保持自然生態和形態,造就了較為完整的水生態系統,實現了良性循環和可持續發展。