汾河临汾城区段河道整治方案比选

张 莉

（临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000）

1 概述

汾河临汾市城区段生态环境综合治理修复与保护工程位于临汾城区西侧的汾河干流上，北起马务桥上游涝、洰河入汾口，南至平阳桥下游，全长约6.27 km。主河槽设计洪水标准为10年一遇，洪峰流量1502m3/s；全河道设计洪水标准为50年一遇，洪峰流量2690m3/s。主河槽东西两侧各布置一条排污暗涵，河槽中间设中隔堤，东西侧均布置内河堤，在马务桥上游（桩号-1-150）、下游（桩号 0+900）、西关桥下游（桩号2+860）、平阳桥下游（桩号4+850）设4道橡胶坝，形成3座蓄水池，长度分别为2.05 km，1.96 km，1.99 km，总计6.0 km，水深0.8～2.3m，水面面积161.4万m2，总蓄水量244万m3。橡胶坝分四跨，东侧蓄水池为主坝，共3跨，每跨长60m；西侧泄洪槽内的副坝长80m，全长260m，坝高2.0m，每道坝的东侧均设加压站及调节水池。3号坝和4号坝下设高喷防渗墙，两个坝址处防渗墙总长度720m。蓄水池补水利用龙子祠灌溉退水，不足时引污水处理中所得水。

2 方案比选

根据工程实际情况，拟定3个蓄水池宽度、单双槽方案、两种坝型、两种排污暗涵结构型式、4个排污暗涵尺寸及两种抗冲措施进行技术经济比较。

2.1 蓄水池宽度

2.1.1 设计参数

本段河道长6.27 km，马务桥到平阳大桥间两岸堤距约400m，马务桥上游及平阳桥下游两岸堤距约300m，马务、西关及平阳3座桥孔宽500～560m。主河槽深度2.5m左右，两岸堤防顶与主河床底高差5.3～6.5m。河道纵坡实测为1/1700，部分断面达不到50年一遇的防洪标准。建成后的主河槽作为蓄水池，满足下泄10年一遇洪水流量1502m3/s，两岸堤防高度满足下泄50年一遇洪水流量2690m3/s及超高要求。主河床为粉细砂，河道顺直，水深在2m以上，糙率采用0.023；滩面整治后种植草皮低杆植物糙率取0.029。

2.1.2 蓄水池宽度方案比选

本段河道设计堤防距离以400m计，按主河槽下泄流量1502m3/s，深度为2.5～3.0m，采用曼宁公式计算各种池深下对应的池宽。计算结果见表1。

表1 蓄水池深度宽度方案比较

根据计算结果分析可知，池深3.0m时，水面窄；池深2.5m时，工程量过大；采用方案Ⅱ符合要求。

对全河道通过50年一遇洪水流量2690m3/s，选取4座橡胶址处的四个断面进行计算，设计堤顶超高统一取1.5m，主槽深2.8m。经计算可知，两岸堤防之间均可通过50年一遇洪水，个别段堤防高度不满足超高要求，部分段东河堤加高0～52 cm，西河堤加高0～75 cm。

2.2 单双槽方案比选

2.2.1 单槽方案

槽宽240m，槽深3.0m，东侧设东河堤，西侧设西河堤。该方案工程简单、投资较少，但由于本河段地处汾河下游，中小洪水发生几率高，影响蓄水池水面的功能；汛期6—9月蓄水池大部分时间不能蓄水。

2.2.2 双槽方案

槽总宽260m，蓄水池设在东侧，泄洪槽设在西侧。本河段洪水流量大于300m3/s，400m3/s年平均出现次数分别为1.8次、1.2次，拟定泄洪槽宽80m，水深2.3m时，过水流量为329m3/s，对应的蓄水池宽为180m。两槽中间设中隔堤。

该方案非汛期双槽蓄水，形成260m宽的水面；汛期泄洪槽坍坝过洪，蓄水池侧仍保持180m宽的水面。洪水流量超过329m3/s时，蓄水池侧橡胶坝部分坍坝或全部坍坝运行，管理较方便。但中隔堤选择土堤，下部混凝土高喷防渗墙深27m，增加中隔堤长度6.41 km，投资较大，施工难度大。

2.2.3 试验结论

通过对双槽方案动床和定床试验得出：整治后的河道能满足泄流能力；整治后的河道进出口体型、泄洪时水流均比较平顺，没有出现回流和折冲现象，也无严重的水流集中和波动。因此，推荐采用双槽方案。

2.3 坝型及坝高确定

2.3.1 钢坝闸方案

液压升降钢坝闸是一种新坝型，坝长可达50m，立门、卧门时间短，可任意调节开启度，使用寿命为50年，但造价高，施工技术有待完善。

2.3.2 橡胶坝方案

橡胶坝在景观建设及环境综合整治工程已得到广泛应用，其技术日臻成熟，坝长可达100m以上，坝高可自由控制，造价低，使用寿命一般为15年。

综合比较，推荐橡胶坝方案。根据汾河流域规划的整体布置，地级市汾河蓄水工程采用低坝蓄水，最大坝高不超过1.5～2.0m的原则，同时考虑到池中水深过浅，影响景观需要，确定坝高为2.0m。

2.4 排污暗涵结构型式

2.4.1 结构型式比选

一是钢筋混凝土箱型暗涵方案。该涵洞除排泄上游及两岸污水外，还兼有橡胶坝蓄水池边墙、主河槽两岸交通要求的混凝土路面，滩地的护坡结构，蓄水池水上娱乐、游船码头等多种功能。优点是：不需另设蓄水池边墙和滩地交通路面。缺点是：对基础施工、施工进度及技术、止水处理等要求较高，且造价高。

二是钢筋混凝土箱型暗涵加护坡式河堤方案。两侧滩地下埋钢筋混凝土箱型暗涵排污，蓄水池采用梯形断面，河堤采用浆砌石挡土墙结合铅丝笼块石护坡型式，蓄水池两岸滩地交通应另铺筑路面。优点是：工程简单，施工方便，投资较少。缺点是：蓄水池需另设河堤，滩地交通需另铺筑路面。

经综合比较，推荐钢筋混凝土箱型暗涵加护坡式河堤方案。

2.4.2 暗涵尺寸比选

根据蓄水池深2.8m，橡胶坝高2.0m，运用时暗涵水深以2.0m计（以无压流计）。暗涵过流能力、造价等见表2。

表2 排污暗涵尺寸方案比较表

根据《临汾地区汾西灌区改建配套工程可行性研究报告》成果，石滩站以上的七一渠渠首设计引水流量23m3/s，其中小于15m3/s时全部用于灌溉，大于15m3/s时作为李村电站发电供水。石滩以下汾河右岸支流均为季节性河道，左岸支流洪安涧河虽无控制性水库，但上游建有跃进渠、泽垣渠等引水渠首，其他支流曲亭河、涝巨河上均有中型水库，并且汾河干流两岸设有韩村、土师等扬水站，故汾河石滩站到马务桥之间非汛期基本上无清水汇入。由于水力发电不消耗水量，七一渠首引水消耗水量以15m3/s计，下泄流量为12m3/s的出现频率为76%。因此，选用方案Ⅳ，其净尺寸为2.2m×2.5m（宽×高）的涵洞。

2.5 池（槽）岸坡基础抗冲措施方案

2.5.1 洪水冲深计算

河床床沙平均粒径0.03 cm，主河槽宽260m，河道总宽度400m，10年一遇洪水1502m3/s，50年一遇洪水2690m3/s。采用《闸坝工程水力学与设计管理》中非黏性河床冲刷公式计算得：当河道通过10年一遇洪水时，主河床一般冲刷深度1.57m，建筑物局部冲刷深度1.96m，河道凹岸局部冲刷深度2.66m；当河道通过50年一遇洪水时，主河床一般冲刷深度1.67m，建筑物局部冲刷深度2.09m，河道凹岸局部冲刷深度2.84m。从以上结果可知，50年一遇洪水为冲刷控制情况，边墙基础按此种情况进行设计。

2.5.2 池（槽）岸坡基础抗冲措施方案比选

一是板桩基础方案。初拟板厚800 mm，长度按冲深计算结果考虑边墙稳定及承载力要求，经计算板桩的最小长度为15m，每米总造价530.2元。优点是：抗冲措施可靠、稳定，安全性能好；日常维修费用少。缺点是：造价高；施工中使用的机械设备较多，且技术要求较高。

二是铅丝笼块石护基方案。临水侧铺设长10m，厚1.0m的铅丝笼块石护基防冲，每米总造价202元。优点是：造价低；工艺简单，施工技术难度小。缺点是：抗冲可靠性差；日常维修费用多。

经综合比较，采用铅丝笼护基方案。

2.6 主河槽防渗方案确定

本段河道蓄水后不作防渗的情况下，向下游漏水量为每年35.2万m3。为减少渗漏损失量，维持橡胶坝地基渗透稳定，尽量减少工程投资，设计提出在3号和4号坝址处对地基进行高喷灌浆垂直防渗方案。设计墙深25.5m，当防渗墙长度为360m时，每年渗漏水量减少为7.0万m3，占蓄水总量的2.9%，属于“优良水文地质条件”范围，最终设计高喷防渗墙每条坝址处长360m。

3 结语

工程实施后，不仅有效提高了本段堤防防洪标准，减轻了临汾市城区河道防洪压力；同时利用河道蓄水，净化了城区空气，消除了水体污染，增加了空气湿度，有助于调节气温；河岸两侧绿化美化，改善了临汾市城区区域生态环境，提升了城市品位和人民生活质量，实现了生态园林城市和河道综合治理的双赢。