生态型防洪治理技术在中小河流中的应用

师文鑫

（山西省晋中市水利建筑工程总公司,山西 晋中 030600）

0 引言

中小河流数量众多,且大多分布在山区。水流特性呈现源短流急,洪水陡涨陡落,且易引发山洪泥石流灾害,对居民生命财产和基础设施威胁较大。但是目前相关防洪和洪水调度研究主要集中于主干河道,中小河流防洪减灾问题研究较为欠缺[1-2]。沁河治理以防洪为主,

兼顾河道的生态建设和岸边绿化。河道治理依据地形地势及河道两岸的相关规划,尽量使河道保持近自然态,其防洪治理思路值得推广和借鉴。

1 工程概况

沁河,黄河的一级支流,发源于山西省沁源县,河流在太岳山崇山峻岭间蜿蜒南下,穿越临汾市安泽县,在沁水县官亭圪堆附近流入晋城市,干流全长485 km,流域总面积13532 km2。其中山西省境内河长363 km,流域面积12264 km2,占总面积的91%。

治理河段目前主要存在以下问题：

（1）沁河两岸的防洪标准较低,河道没有系统的规划和治理,不能满足防洪要求。

（2）沁河两岸没有护岸工程,对沿岸的村庄、农田及耕地都会产生威胁。

（3）河床泥沙淤积严重,导致行洪能力降低。河滩地造田,造成河道束窄,影响河道汛期的行洪能力。

总体布局为：在规划河段范围内,对目前堤防不满足防洪安全要求段,结合实际地形进行堤防新建；对堤防高度及强度不满足规划水平段按设防标准予以加高加固；对淤积河段进行疏浚及河道整治工程建设,稳定河势,控制主槽摆动,合理加强工程管理建设。以新建堤防和护岸、疏浚河道及整治工程为主,在提高沁河防洪能力的基础上,在人口密集区进行生态蓄水和绿化。

2 防洪治理

2.1 新建堤防断面型式

堤防断面型式拟采用重力式格网石笼岸墙和斜坡式石笼护堤及钢筋混凝土悬臂式岸墙,现对这三种护岸型式进行比选。

2.1.1 重力式格网石笼岸墙

重力式格网石笼岸墙高3.0 m,顶宽1 m,底宽2.0 m,临水侧边坡以1∶0.5错台,背水侧铅直,基础埋深1.5 m,具体见图1。

图1 重力式格网石笼岸墙

优点为背水侧坡度小,开挖占地少。施工相对较为简单、方便。其缺点墙体占用一部分河道,过流能力略有影响,工程造价相对较高。

2.1.2 斜坡式石笼护堤

斜坡式石笼护堤,坡度为1∶3.0,其结构自下向上依次为基础碾压、200 mm厚砂卵石,300 mm 厚石笼,具体见图2。

图2 斜坡式石笼护堤

2.1.3 钢筋混凝土悬臂式岸墙

钢筋混凝土悬臂式岸墙总高度4.5 m,立板厚度为0.4 m～0.6 m,底板厚0.3 m～0.7 m,为增加墙体的稳定以及减小基底应力,底板在临水侧向外悬挑1.0 m、挡土侧向外悬挑1.4 m,底板总宽3.0 m,结构见图3。其优点是整体性好,耐久性好；缺点是工程造价高。

图3 钢筋混凝土悬臂式岸墙

2.1.4 综合比选

由表1可知,悬臂式岸墙工程投资最高,重力式岸墙次之,斜坡式石笼护堤最低。沁河属于山区河流,沿河两岸滩地大部分均已被老百姓占用作为耕地,并且大多数已被划归基本农田,因此,从节约占地角度考虑,结合投资比较,以及生态和当地已经批复的城市建设规划,断面选定时,主要选用重力式生态石笼和斜坡式生态石笼堤防。

表1 几种断面型式的工程量及投资表

2.2 主槽防护工程

主槽防护工程主要有斜坡式格网石笼护岸和错台式格网石笼护岸。

（1）斜坡式格网石笼护岸

斜坡式格网石笼护岸采用5 m×3 m×0.3 m的格网石笼砌筑,边坡为1∶3 ,格网石笼下铺反滤土工布,基础埋深为1.5 m,基础采用5 m×1 m×0.5 m的格网石笼。

（2）错台式格网石笼护岸

错台式格网石笼护岸采用5 m×3 m×0.5 m的格网石笼砌筑,错台长度为1.5 m,边坡为1∶2,格网石笼下铺砂砾卵石回填,格网石笼上铺 300 mm厚的种植土,基础埋深为1.5 m,基础采用5 m×1 m×0.5 m的格网石笼,在堤脚处设置格网石笼护脚,长5 m,厚500 mm。

2.3 蓄水区水源工程

本项目主要是在满足两岸防洪安全的基础上,在重点村镇及县城附近修建蓄水建筑物,进行蓄水美化,形成水面景观。在河道蓄水美化工程中,国内常用的几种景观壅水坝有：橡胶坝、液压坝、钢坝闸。结合当地情况及规划景观要求,对上述三种坝型进行综合比较。比较结果见表2。

表2 景观壅水坝比较

从经济、景观及性价比几方面综合比较,钢坝闸除投资较大外,其他方面具有较大的优势。所以本工程最终采用的是钢坝闸。

工程建成后,形成蓄水水面34.53万m2,蓄水量43.22万m3,蓄水池水量损失主要为渗漏和蒸发。沁河按水面面积34.53万m2折算成蒸发量为35万m3。坝基渗漏、两岸堤基渗漏和池底渗漏,初步估算渗漏量年渗漏损失为9万m3。由以上分析,年蒸发和渗漏损失共计44万m3,需补水总量为44万m3。沁河日常基流约2万m3/d～3万m3/d,扣除灌溉季节用水,年来水量约600万m3～900万m3,完全可以满足蓄水池的补水要求。

2.4 沁河改线段治理

沁河润城劈山改河段由于1982 年曾发生左岸防洪堤冲垮、大量洪水冲入润城村内、多半房屋被淹的洪灾,给当地人民的生命财产造成了极大的损害,迫切需要治理改造。根据现状地形对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）进行方案比较。

2.4.1 古河道分流方案

方案1,设计洪水在高速口段桩号Z66+760.9处进行分洪,设计洪水一部分（1500 m3/s）由改河劈山段通过,一部分（720 m3/s）由原古河道通过,在劈山口下游汇合,流向下游。方案2,设计洪水在高速口段Z66+760.9 处进行分洪,一部分（1200 m3/s）由改河劈山段通过,一部分（1000 m3/s）经由原河道通过,在劈山口下游汇合,流向下游。

2.4.2 古河道不分流方案

方案3,20 年一遇设计洪水2220 m3/s全部由劈山口通过,现状劈山改河段河道底宽在15 m左右,阔挖至80 m,清淤范围为Z6+696.7至Z10+691.8,河道清淤4.1 km,全河槽清淤。在晋阳高速桥上游现有河道宽度为50 m,仍呈卡口状,当通过设计洪水时,本河段将壅高河道水位,河道左岸约有240 m长的公路临河侧需加高2 m,其余段需要加高1 m。

2.4.3 方案确定

方案1和方案2从工程布置到对古河道现状的影响都相同,只是两个方案分流的流量不同,方案3不影响古河道,但涉及拆迁和移民,从经济的角度比较,最终选定方案1。

同时,结合此段的实际情况,主槽疏浚断面拟定为梯形,底宽30 m～80 m,深1 m～6 m,边坡1∶2,设计纵坡2.1‰～10.2‰,长度5.15 km,疏浚后对主槽采用格网石笼进行防护,主槽边坡1∶2,防护措施自下而上依次为：反滤土工布、200 mm厚的砂砾料,300 mm厚的格网笼石；主槽河道依据设计纵坡和宽度进行清理,只需将高于河底高程的河段进行开挖,并将河道内的违章建筑等进行拆除。

3 结语

通过对沁河两岸的生态治理,使相应河段的堤防达到了标准,清理了河道淤积,加强了工程管理,初步形成了系统的防洪体系,有效保证了河道的防洪安全,通过生态蓄水形成水面景观,既满足了人们亲水近水要求,又为居民提供了开放式公共游憩、娱乐运动的休闲空间。治理全过程始终贯穿生态理念,结合河道行洪功能要求,努力营造出生态湿地和蓄水多种景观,尽可能少的改变河道流态,保持自然生态和形态,造就了较为完整的水生态系统,实现了良性循环和可持续发展。