汾河干流某段河势演变及堤防方案研究

2023-09-12谢洪

陕西水利 2023年9期

谢洪

（山西东山供水工程建设管理有限公司,山西太原 030002）

1 引言

堤防工程是重要的防洪建筑,堤防工程方案对河道行洪影响较大。在河道治理工程中,需要根据实际情况,采取合理的堤防型式,从而降低工程投资,保障河道行洪安全[1-4]。河道的河势演变是影响堤防工程安全的一个重要因素,在河道工程治理前,对河道冲淤情况进行分析,可为河道治理工程设计提供参考[5-7]。

2 工程概况

汾河某段河道流域形状成条带形,自西向东南方向流入汾河,在襄汾县三跨桥上游150 m 处注入汾河,流域平均宽度4.9 km,平均纵坡11.81‰,峪口以上平均纵坡为14‰,峪口以下为10‰～8‰。生态修复治理段总长度3.223 km。

3 河势演变情况分析

3.1 泥沙情况调查分析

统计分析柴庄水文站1964年7月～2010年6月年实测径流量、输沙量、含沙量,1964年7月～2010年6月柴庄水文站多年平均水沙量分别为7.63亿m3和988万t,其中汛期水沙量分别占全年的61.5%和91%,输沙量主要集中于汛期。

根据柴庄断面不同年份套绘图可以得知,1990年前,断面呈微淤状态。1990年后,主槽冲刷,边滩淤积,断面缩窄,尤其2000年～2010年间,主槽冲深下切严重。

从历年断面的冲淤厚度分析,20世纪90年代以前断面呈淤积状态；不同时段的年平均淤积厚度在0.004 m～0.029 m之间。20世纪90年代以后,由于来水来沙锐减,沙量的减沙幅度大于水量,含沙量较小,断面发生冲刷。

根据《汾河流域2021年秋汛洪水复盘分析报告》,柴庄站河道冲淤变化：测验断面起点距10.0 m～75 m为河道主槽,基本稳定,冲淤变化不大,测验断面起点距75.0 m～200.0 m滩地处呈明显冲刷变化。

3.2 河势演变分析

根据上述泥沙冲淤分析,汾河主河槽在将来的摆动主要受到两岸河堤情况和上游来水量的影响。随着来水、来沙量的变化,河道可能发生冲刷和淤积情况。当上游来水量处于较小的水平时,水流可基本在主槽内稳定流动,平面形态基本不可能发生较大的变化,此时,水流流速低,容易发生淤积。当上游来水量较大时,水流流速增大,此时将导致河道主槽纵向变形加剧。当发生超大规模的洪水时,河道平面上易出现溢流、冲刷现象。根据调查,历史上主槽发生大幅度摆动的可能性较小。

根据上述分析可以得知,汾河治理段未来的河道演变趋势为：中小水条件下,河道岸坡在平面上保持稳定,河道纵向冲刷、淤积均可能发生。根据调查,治理段河道受两岸地形影响,发生大幅度变化的可能性较低,但可导致河道纵向冲刷严重,当连年枯水时,河道有可能出现淤积。

4 堤防方案分析

4.1 堤防型式比选

常见的堤防型式主要有：混凝土重力式挡墙、悬臂式挡土墙、浆砌石重力式挡墙、土堤等进行比选,优缺点见表1。

表1 堤防型式比选

表2 重力式堤防抗滑及抗倾稳定计算成果表

表3 仰斜式堤防抗滑及抗倾稳定计算成果表

经以上综合比较,结合本工程的实际运行条件,本工程位于城区中心,应尽可能减小占地,则土堤不适宜本工程；工程未治理段主要处于蓄水区,需采用防渗性较好的堤防型式,则浆砌石挡墙不适宜本工程；另重力式挡墙较悬臂式挡墙施工面小、施工技术相对容易,且每延米投资相差不大,因此采用混凝土重力式挡土墙。

4.2 堤顶高程确定

堤顶超高Y应按下式计算：

式中：R为设计波浪爬高,m；e为设计风壅水面高度,m；A为安全加高值,m。

图1 设计堤顶高程

河道治理段河道大部分地基为砂卵砾石,采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）附录D计算公式,本次不在赘述。

经计算,河槽冲刷深度平均在1.5 m～2.0 m之间,最大冲刷深度为2.73 m。根据《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）第4.2.8条第一款规定,墙趾埋深宜为冲刷深度下0.5 m～1.0 m。根据工程设计,垂直防渗墙、挡墙与垂直防渗墙之间水平防渗均从桩号0+395开始至7#坝上游结束。桩号0-098～0+395段,挡墙埋深均为2 m,根据冲刷计算结果,墙趾埋深在冲刷线0.5 m以下,符合规范要求。桩号0+395～7#坝上游侧,该段墙趾埋深均为2 m,部分段不满足防冲要求,工程设计对墙趾前至垂直防渗段采用0.5 m厚混凝土进行水平防渗,水平防渗与墙趾及垂直防渗墙之间采用橡胶止水条止水,可有效防止水流冲刷,满足行洪冲刷要求。7#坝下游至入汾口段,设计墙趾埋深均为2.1 m,根据冲刷计算结果,墙趾埋深在冲刷线0.5 m以下,符合规范要求。