汾河兰村至柴村桥段河道整治方案

2012-04-14路正锋

山西水利科技 2012年2期

路正锋

（太原市水利勘测设计院山西太原 030000）

1 汾河兰村至柴村桥段河道情况概述

汾河在兰村出峡谷后进入太原盆地，汾河兰村至柴村桥段河道长9.8 km，属山区河流向平原河流过渡段，河道逐渐展宽，河床比降逐渐变缓，据1976年—1985年的实测断面资料分析，河道纵坡1‰～1.63‰，大量较粗的泥沙淤积在该河段，沙层厚、沙质好。从上世纪80年代开始采沙，特别是上世纪90年代末和本世纪初，非法采沙猖獗。上世纪90年代前，该段河道主槽虽摇摆不定,但基本上能维持复式断面形式,主槽宽80 m左右，槽深1.2 m。上世纪90年代末和本世纪初，河道内巨大的沙坑密密麻麻，遍布河床，沟壑纵横，20～30 m深的沙坑随处可见，河床平均下挖20 m左右，严重威胁两岸堤防和桥梁的安全。汾河一坝是汾河灌区内第一座引水枢纽工程，位于上兰村西南汾河峡谷出山口处。

2004年8月2日，《人民日报》以“汾河非法采沙太猖獗”为题，对汾河采沙问题进行报道。中央领导也对此作出批示。此后，山西省政府、太原市政府和水利部门采取了切实有效措施,严禁非法采沙，使该段河道的非法采沙得到遏制。但多年来的私挖乱采，对河道本身和周围生态环境的破坏是一时无法恢复的。

2008年初山西省委省政府提出对汾河流域进行生态修复，山西省水利厅迅速启动了汾河清水复流工程，为了打通尖草坪段河道的流路，2008年2月底、3月初结合春浇灌溉，制造局部洪水、用水力打通流路，经过几次放水试验，打通了流路，为汾河清水复流创造了条件。但打通后的河槽下切了10 m左右，造成太钢输矿粉管道悬空30 m长、8 m高，上游一坝鱼嘴和东西冲沙闸基础淘刷严重，局部被冲毁。

2 该段河道存在的问题

1）人工挖沙沙坑大且多，河道破坏严重。从上世纪80年代开始在该段河道内采沙，特别是上世纪90年代末和本世纪初，太原市建筑用砂大部分在此河段挖取，20～30m深的沙坑随处可见，河床平均下挖20m左右，部分沙坑紧邻汾河两侧大堤，直接威胁到了两岸大堤的安全。

2）汾河一坝枢纽各建筑物淘刷破坏严重。上世纪90年代前汾河一坝枢纽所在河段河道坡降为1‰～1.63‰，一坝枢纽各建筑物下游均无消能设施，但该段河道基本冲淤平衡、河床稳定，各建筑物基本能正常运行。进入上世纪90年代后，由于人工挖沙使河道冲淤平衡遭到破坏，一坝枢纽下段河道逐年下切，坡降由1‰增大到16‰，坡降增大致使流速加大、冲刷加剧。挖沙前一坝枢纽各建筑物出口高程基本与河槽齐平，目前一坝枢纽下段河道下切1.0～5.0 m不等，已无法安全下泄上游来水。

3 治理原则及治理目标

根据该段河道的实际情况，治理原则确定为：

（1）不降低河道行洪能力的原则。新建工程顶部基本低于挖沙前河道主槽底高程，不影响河道安全行洪。

（2）修复为主、改建为辅的原则。鱼嘴溢流坝始建于明朝，具有悠久的历史，对溢流坝坝体掏空段进行修复，仅改建近年来陆续补充的溢流坝下游及鱼嘴背侧的防冲铅丝石笼和中、西冲沙闸消能防冲设施。

（3）立足河道现状、统筹规划、循序渐进的原则。根据河道内沙坑对河道的危害程度，按照轻重缓急逐步回填。

汾河兰村至柴村桥段河道私挖乱采留下的巨大沙坑随处可见，一次恢复该段河道需要巨大的物力、财力，遵循“循序渐进”的原则，逐步对该段河道进行恢复。首要目标是对一坝枢纽下段进行整治，稳定该段河道主槽，遏制河床继续下切。最终目标是恢复该段河道，彻底改变该段河道千疮百孔的面貌，使该段河道可以安全下泄洪水，保证尖草坪区及太原市的防洪安全。

4 治理方案选择

该段河道在太钢输矿粉管道上下游各有1个大沙坑，考虑沙坑填平后，鱼嘴至太钢输矿粉管道段的河道坡降由原来的1‰～1.63‰增大至20‰左右，在设计中对一坝枢纽至太钢输矿粉管道段河道进行了研究，选定两种方案进行了比较，第一种方案为2个控制侵蚀面，第二种方案为3个控制侵蚀面。

第一种方案：在西冲沙闸出口处修建消力池，消力池坎顶高程797.2 m，做为第一个侵蚀控制面，在太钢输矿粉管道处修建一道滚水坝，调整纵坡，同时做为第二个侵蚀控制面。该方案将管线保护于坝中，坝顶高程根据管线高程确定为796.0 m，坝轴线长125 m，坝高11.0 m，其中基础埋深3 m，坝下游设消力池、海漫及防冲槽，为了延长渗径，在滚水坝上游河底铺设土工膜，土工膜上铺设0.5 m厚的黄土及0.5 m厚的砂粒料保护层。上游设黏土铺盖，并对上下游两岸进行防护。

第二种方案：在西冲沙闸出口处修建消力池，消力池坎顶高程同样为797.2 m，做为第一个侵蚀控制面，在第一个沙坑上游修建一道滚水坝，调整纵坡，同时做为第二个侵蚀控制面，在太钢输矿粉管道处修建钢桁架桥，将管线架高于797.0 m高程上，并对桥上下游两岸及河底进行防护，做为第三个侵蚀控制面。该方案滚水坝坝顶高程794.0 m，坝轴线长83.9 m，坝高5.0 m，其中基础埋深2 m，坝下游设消力池、海漫及防冲槽，为了延长渗径，在滚水坝上游河底铺设土工膜，土工膜上铺设0.5 m厚的黄土及0.5 m厚的砂粒料保护层，并对上下游两岸进行防护。

从调整纵坡上来说，第一种方案可以将纵坡调整至1.9‰，接近挖沙前水平，第二种方案可将纵坡由20‰调整至9.3‰；从工程安全角度来说，第一种方案由于受太钢输矿粉管道顶高程的限制坝高较高，为11.0 m，第二种方案坝高5.0 m。第一种方案可将一坝枢纽下段坡降调整至河道挖沙前水平，但较第二种方案对地质条件要求高，该处基底持力层为卵砾石层，两岸均为透水层，地基及两岸渗透严重，对坝体稳定不利，出于安全考虑，设计中推荐了第二种方案。

5 推荐方案设计

该方案滚水坝投入运行后该段河道重新达到一种冲淤平衡需要一段时间，在此段时间内，一坝枢纽各建筑物出口会继续淘刷，为了解决此时间段内一坝枢纽的安全运行问题，仍需对近年来陆续增加的已破坏的一坝枢纽各建筑物的消能防冲工程进行改建，主要有西消力池、中冲沙闸加固工程、鱼嘴溢流坝下游及背侧加固工程。

同时，该段有3个大沙坑，第一个沙坑位于西岸，从西冲沙闸下游约200 m处开始至太钢输矿粉管道处，另两个分别在东岸太钢输矿粉管道上下游。按照需要回填的轻重缓急分三阶段对沙坑进行回填，首先回填西岸沙坑，与滚水坝一起实施，因为该沙坑距右岸堤防仅10～30 m，沙坑深10 m左右，已严重威胁西大堤及西干渠的安全；根据经验，沙坑回填后需对坡脚进行防护，否则河道下泄来水一两次后就会将回填土全部冲走，设计中采用了墙式护岸型式。其次回填滚水坝下游、太钢输矿粉管道上游的沙坑，应在滚水坝建成后第一次下泄来水前回填完毕，以保证滚水坝的安全。在完成上述两个沙坑的回填后逐步回填太钢输矿粉管道下游的沙坑。同时尽快实施太钢管线处的防护工程，以形成一个比较完整的防护体系。