府谷县清水川防洪工程建设影响探析
2021-09-15齐小利
齐小利
(府谷县应急救援保障中心，陕西 府谷 719499)
府谷县清水川工业园区防洪工程(以下简称项目工程)位于府谷县清水川镇白家园则至凤凰塔，全长1.158 km，其中右岸1.158 km，左岸长1653.6 m。设计防洪标准为50 a一遇洪水。因为工程地处黄土高原区，地貌复杂，河道为游荡性河流，为确保项目工程充分发挥作用，需对项目建设带来的影响进行分析。
1 概述
清水川在府谷县内长47.0 km，地貌为黄土梁峁纵横，地势为西北高、东南低。多年平均流量1.2 m3/s，最大流量1980 m3/s，为确保清水川工业园区防洪安全，建设白家园则至凤凰塔防洪工程。
1.1 右岸河堤设计
在k0+000～k1+031间修筑河堤，其型式为右仰斜式路肩墙。采用M7.5浆砌块片石，外包30 cmC30混凝土。每隔10 m～15 m设置沉降(伸缩)缝2 cm，用沥青麻絮在墙内、外、顶三面嵌塞，中间用胶土填充。分段主要尺寸见表1。
表1 右岸河堤工程主要尺寸表
河堤工程顶部设防浪墙，高1.10 m，宽0.50 m，结构为M7.5浆砌砖。河堤墙体基础嵌入岩层1.0 m，挡墙高度视基底开挖情况进行调整。
1.2 左岸河堤设计
左岸河堤由北向南布设，总体按180 m堤距设计，部分堤距为142 m。堤顶设计纵坡由上游至下游为5%。堤型式和右岸相同。河堤背侧为填方，堤顶宽3 m(包括墙身宽度)。河堤分段设计主要尺寸见表2。河堤墙体基础嵌入岩层0.5 m，挡墙高度视基底开挖情况进行调整。
表2 分段设计主要尺寸表
2 河道设计洪水分析
根据《清水川防洪工程施工设计》，项目工程的防洪标准为50 a一遇洪水，其防护对象为乡村防护区。项目工程防洪标准符合《防洪标准》的要求。项目河段位于清水水文站上游，河段起点(在河段的下游端)距清水站3.3 km，河段终点(在河段的上游端)距清水站5.0 km，项目河段两岸无较大支流，河段集水面积只有6.3 km2，因此，整个河段的设计洪水按河段起点断面进行计算。因项目河段距清水水文站较近，区间无较大支流汇入，区间集水面积很小，出于对项目工程偏安全、项目河段防洪偏安全考虑，项目河段的设计洪峰流量直接采用清水站的值，即50 a一遇洪峰流量为3520 m3/s，相应的洪水位为919.21 m。项目河段天然河道呈“U”型断面，右岸为已建成清水川工业园区进场道路路堤，左岸山坡较陡，断面较稳定。
3 河势影响分析
3.1 河段河势演变分析
项目河段处在清水川下游，河段宽阔，河谷宽400 m左右。根据实地勘测，河床组成为岩石、沙质壤土、卵石、砾石。右岸岸坡较陡，基岩裸露，左岸岸坡较缓，一级阶地宽100多米，为当地居民的耕地。上游段主槽靠近左岸，左岸为岩石陡岸坡，右岸为宽100多米的阶地，阶地与岩石陡岸坡相接。下游右岸为已建成的清水川工业园区进场道路及河堤，左岸为自然岸坡。项目河段除下段的河堤工程，全河段为天然河道。在两岸山体和弯道控制下，主槽从上游段由左岸转向右岸，然后基本靠近右岸，主河槽基本稳定。冲淤变化不大，冲淤基本平衡。项目河段下游有清水水文站，项目河段河床组成、河道情势与清水水文站相似，采用清水站实测资料对项目河段河道演变做进一步的定量分析。依据清水站1980年以来的实测资料，分年代点绘清水站历年大断面套绘图，见图1～图3。
图1 清水水文站80年代大断面套绘图
图2 清水水文站90年代大断面套绘图
图3 清水水文站近几年大断面套绘图
根据清水水文站1977年以来实测断面资料，计算造床洪水下，断面平均水深，从而得出历年平均河底高程见表3。点绘清水站历年河底高程变化过程见图4。
表3 清水水文站历年河底高程成果表
图4 清水水文站历年河底高程变化过程
通过以上分析可见：
(1)天然条件时，纵向变化冲淤基本平衡
从平均河底高程分析结果看，清水川水文站测验断面冲淤交替出现，冲淤变化较小，冲淤基本平衡。曾出现连续冲刷年组和连续淤积年组，连续冲刷年组最大冲刷量为0.39 m，连续淤积年组最大淤积量为0.40 m。2011年后，因清水川工业园区河堤建设，缩窄了河道行洪断面，改变河道自然演变规律，河床表现为冲刷，目前平均高程连续冲刷量为0.70 m。
(2)河道横向演变小，河谷保持稳定
根据清水川水文站历年大断面图可见，河道横向演变较小。修建堤防前，造床洪水相应的水位下，水面宽为145 m～167 m，变幅为22 m；2011年之后，因河堤工程建设，水面宽缩窄了20 m。由于河道较宽，中低水时出现分汊现象，高水时，中泓线摆动较小。
(3)项目河段冲淤变化预测
根据清水川水文站天然状态下河道冲淤变化规律，预测项目河段冲淤变化范围，天然洪水引起的项目河段的冲淤将交替出现，可能出现连续冲刷年组和连续淤积年组，连续冲刷量取0.55 m，淤积量取0.67 m。
3.2 对河床演变影响分析
(1)对水位的影响
项目工程建设使河道行洪断面缩窄，河段内水位将会抬高，在设计洪水下，水位将抬高0.04 m～0.60 m。
(2)对河道平面起控制作用
右岸项目工程与前期建设的河堤相接，向上游延伸1158 m，左岸河堤沿一级阶地边缘布线，终点与右岸堤防的起点相对应，上游延伸至凤凰塔村，全长1653.6 m。堤防建成后，河道平面达到有效控制，将保持稳定。
(3)对河床冲淤变化的影响
项目工程建设后，使河道行洪断面缩窄，在造床洪水下，水面宽由天然状态下的300 m～400 m，控制在180 m，最窄断面控制在160 m范围内，对水流起到压缩作用，会使河段水流流速增加，水流挟沙能力增大，河床将主要表现为冲刷，直至水流达到新的动态平衡。
4 堤防影响评价
4.1 法规规划适应性评价
防洪工程经过府谷县委、县政府审批，其设计洪水标准符合《防洪标准》的规定，也与《府谷县防洪规划》基本适应。堤距不能满足规划要求的河段位于项目河段的中部，该河段右岸为岩石陡岸坡，岸坡参差不齐；左岸为耕地及农灌设施，如按规划堤距实施，则使居民的利益受损，不能实施。如果整治右岸岸坡，工程量很大，工程造价也大大增加。考虑各方利益，设计堤距较规划堤距小。
4.2 河道行洪影响评价
4.2.1 施工期影响评价
项目工程全线处在清水川河道内，河堤工程的基坑开挖产生大量土石方，如果处理不当将会影响河道行洪。另外，施工设施、施工道路、工程物料等，如果布置不合理，也将影响清水川行洪。清水川洪水期主要集中在汛期，即6月～9月，非汛期基流很小，甚至干涸。所以，要将施工期安排在非汛期，以消除施工对河道行洪的影响，保障安全。
4.2.2 建成后影响评价
在设计洪水下，项目工程建设后，上段较天然河道水位抬高0.04 m～0.19 m，下段较天然河道水位抬高0.04 m～0.60 m。左岸堤顶高出设计洪水位0.76 m以上，右岸堤顶高出设计洪水位3.16 m以上，对河道行洪没有影响。
4.3 河势稳定影响评价
项目工程对河段河势稳定的影响主要表现为：水位较天然河道时有所抬高，河道平面达到有效控制，加剧河道一般冲刷，在河堤堤脚产生局部冲刷。在设计洪水下，项目工程建设虽然使河道水位抬高0.04 m～0.60 m，但两岸河堤堤顶均高出建设后的设计洪水位，洪水被控制在河堤内，使河势保持稳定。项目工程建设对水流起到压缩作用，会使河床冲刷增强，但在洪水条件、河道边界条件、河床组成条件的共同作用下，河道冲淤变化将达到新的动态平衡，冲淤变化趋于稳定。项目河段下段受两岸河堤控制，上段受左岸河堤及右岸天然岩石陡岸坡的控制，河道平面将保持稳定。
总之，项目工程建设对提高河段的防洪能力、保持河段河势稳定是有益的。
4.4 其他设施影响评价
(1)项目河段上段右岸一级阶地为当地居民耕地，根据《防洪标准》(GB 50201-2014)的规定，其防洪标准为10 a一遇洪水。项目河段10 a一遇洪峰流量为1970 m3/s，项目工程建设前后，1断面相应水位均为926.54 m，水位不抬高，不新增淹没影响范围；受上游弯道控制，主流仍靠近左岸，所以，对其没有影响。
(2)项目工程左岸河堤设计防洪标准为50 a一遇洪水，左岸现有设施及耕地的防洪标准为10 a一遇洪水，项目建设对其起着防护作用。
4.5 防汛抢险影响评价
建设项目不改变现有交通体系，所以，对防汛抢险没有影响。但在施工期间，施工车辆可能影响交通，同时对防汛抢险产生影响。所以，建设项目在施工期，要采取相应措施，保证交通畅通，同时降低对防汛抢险的影响。
5 消除或减轻工程影响措施
5.1 工程措施
项目工程的左岸河堤工程，堤顶超高不符合《堤防工程设计规范》的规定，要采取相应的工程措施，以保证工程安全。因设计堤顶高出设计洪水位，考虑波浪爬高、风壅高度及安全超高后，堤顶标高不符合《堤防工程设计规范》规定，为此，应该在堤顶上部增设防浪墙，其设计可同右岸防浪墙设计，即防浪墙高1.1 m，宽0.5 m，采用砖混结构。
5.2 非工程措施
(1)项目施工期要安排在清水川的枯水期，即10月～次年5月，以减少对汛期行洪的影响，也可避免洪水对项目工程建设造成损失。
(2)在施工期间，根据来水情况，要做好防护措施，以确保河道行洪，工程防洪安全。建设、施工单位对施工车辆统一调度，避免造成对防汛抢险的影响。
(3)施工结束，要彻底清除弃渣等，以保证泄洪畅通，并要通过河道主管部门验收。
6 结语
经过分析讨论，在设计洪水下，项目工程建成后，项目河段上段洪水位较天然河道抬高0.04 m～0.19 m，下段洪水位较天然河道抬高0.04 m～0.60 m，增强了河道冲刷。但由于堤防高于设计洪水位，洪水控制在安全河道里，所以对河道行洪没有影响，对维护河势稳定、保障当地防洪安全是有利的，只要避开汛期施工，做好施工期管理和施工后的清障工作，不会产生不利影响的。
