張亞維

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001)

武威位于甘肅省中部河西走廊東端,歷史上曾是戰(zhàn)略要塞,南面是巍巍的祁連山,東北為浩瀚的騰格里沙漠,中部走廊平原東連咽喉要沖山的古浪峽,西與永昌縣東大河洪積扇戈壁灘相接,正北有北沙河與永昌、民勤縣為界,總面積33 249 km2。

金塔河是內(nèi)陸河流域石羊河水系的一條主要支流,楊家壩河是金塔河的骨干行洪河道。楊家壩河橫穿武威市境內(nèi),該段地理位置重要,左岸是武威市主城區(qū),是防洪重點(diǎn)區(qū)。楊家壩河武威城區(qū)段治理河段全長 7.08 km,防護(hù)堤內(nèi)河道最寬 246m,最窄 65m,河道深泓落差近 86 m,平均比降達(dá)12.11‰。河床表層為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層(al-p lQ43),下部為沖洪積含漂石砂卵礫石層(al-p lQ41),河床質(zhì)主要為洪積砂卵礫石,其卵礫石以變質(zhì)砂巖、灰?guī)r為主,粒徑 0.2 cm～8 cm,次圓狀,上游河床質(zhì)粒徑主要由較大的卵石組成,通過歷次洪水逐漸向下游過渡為卵礫石。

河道平面形態(tài)基本處于一個(gè) “S”型微彎河段,受兩岸已有堤防的約束作用和河道內(nèi) 8座橋梁的控制,平面形態(tài)上基本穩(wěn)定,河道多年來年際之間沖淤基本平衡。

工程區(qū)多年平均降水量 158.4mm,6月至 9月降水量最多,占全年總降水量的 68.6%,4月至 5月降水量占全年的 13.6%左右,10月至 12月和 1月至3月降水占全年的 17.8%。

年平均氣溫為 7.7℃,極端最低氣溫出現(xiàn)在二月份,為-29.5℃,極端最高氣溫出現(xiàn)在七月份,為 38.5℃。年降水量 158.4mm,蒸發(fā)量 2021.0mm。最大凍土深度 142 cm。

工程區(qū)設(shè)計(jì)斷面 100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量 545m3/s。工程區(qū)上游約 18 km修建有南營水庫,由于南營水庫至工程區(qū)斷面之間區(qū)間流域面較小,只相當(dāng)于該庫控制面積的 5.6%,所以工程區(qū)斷面輸沙量主要來自水庫的下泄沙量。經(jīng)分析工程區(qū)斷面年懸移質(zhì)輸沙量 22.66萬 t。

1 工程總體布置

楊家壩河具有泥沙多、洪峰高、比降大的特性,作為城市河道蓄水景觀工程,如何解決汛期洪水、泥沙的安全下泄,以及蓄水景觀工程自身的運(yùn)行安全,是工程的關(guān)鍵。

對于市區(qū) 7.08 km河道,根據(jù)河道現(xiàn)狀和已建堤防高度,結(jié)合上游水庫的調(diào)度運(yùn)行方式,綜合考慮河道行洪、排沙、工程投資及景觀要求等諸多因素,設(shè)計(jì)布置了一槽(清洪不分)方案和二槽(清洪分治)方案,兩種蓄水及行洪方式。

1.1 一槽(清洪不分)方案

一槽方案是將河道全部作為蓄水區(qū),同時(shí)兼有蓄水和泄洪排沙的功能。平時(shí)為全河槽(一槽)蓄水湖區(qū),為供觀賞游樂的景觀湖水面。每年的 5～9月汛期上游水庫泄洪排沙時(shí),根據(jù)泄水量的大小,景觀蓄水區(qū)采取低水位運(yùn)行或全部塌壩運(yùn)行等相應(yīng)的調(diào)度運(yùn)行方式,確保上游洪水及泥沙自工程區(qū)河道安全下泄;主汛期過后,可立壩重新蓄水,形成景觀湖。

治理段河道平均比降為 12.11‰左右,在確保防洪安全、維持河道平均比降不變的前提下,階梯形的適度調(diào)緩河道比降,采用橡膠壩與跌水堰間隔布置,形成基本連續(xù)的蓄水梯級湖區(qū),規(guī)劃 6.09 km治理河段共布設(shè) 10座橡膠壩、24座跌水堰,共形成 10級基本連續(xù)的蓄水景觀湖區(qū),單級湖區(qū)長200～570m,蓄水水深 0.1～2.5m。

該方案形成的蓄水景觀湖總長約 6.09 km,寬 186 m,湖區(qū)面積為 77.7萬 m2(1 166畝),一次蓄水量為 60萬 m3。每年泄洪排沙后需重新蓄水一次,按每年泄空一次估算,該方案每年的運(yùn)行蓄水量為 120萬 m3(不含為改善水質(zhì)、蒸發(fā)滲漏損失所需的補(bǔ)水量)。

1.2 二槽(清洪分治)方案

鑒于全河槽蓄水方案淤積不可避免,且每年的泄洪排沙期需塌壩泄空運(yùn)行,主汛期 7～9月無法正常蓄水,即使主汛期采用低水位運(yùn)行,但平均每年水庫下泄的輸沙量 22.66萬 t(17.2萬 m3)將大部分淤積在蓄水區(qū)河道內(nèi),全河槽蓄水方案蓄水區(qū)容積僅 60萬 m3,這樣不到 4年的時(shí)間蓄水區(qū)就將淤滿。

為此,提出采用清洪分治方案,此方案將治理段河道劃分為蓄水區(qū)及行洪區(qū)兩部分,在靠近河道右岸堤防修建泄洪槽,左側(cè)為蓄水河槽。

規(guī)劃泄洪槽設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為 100 m3/s,即：當(dāng)上游水庫下泄洪水低于 100m3/s時(shí),水庫的泄洪排沙均自泄洪槽排入工程區(qū)下游,景觀蓄水區(qū)均可正常運(yùn)行,不受上游水庫及河道泄洪、排沙的影響;當(dāng)上游下泄水量超過 100 m3/s時(shí),蓄水區(qū)方塌壩泄空,全河道過洪,以確保城市防洪安全。

該方案在適度調(diào)緩蓄水河槽河道比降的基礎(chǔ)上,在蓄水河槽內(nèi)亦采用橡膠壩與跌水堰間隔布置,形成基本連續(xù)的蓄水梯級湖區(qū),深水、淺水相間布置,水景觀可按水深情況劃分為不同的功能區(qū),如淺水嬉戲區(qū)、深水劃船區(qū)、音樂噴泉區(qū)等。規(guī)劃 6.09 km治理河段共布設(shè) 10座橡膠壩、24座跌水堰,橡膠壩壩高 2.5m,跌水堰高 0.5m,共形成 10級基本連續(xù)的蓄水景觀湖區(qū),單級湖區(qū)長200～570m,蓄水水深 0.1m～2.5m。

本工程低于 100 m3/s洪水標(biāo)準(zhǔn)情況下,蓄水河槽按蓄清水功能運(yùn)行,平時(shí)為蓄水水面,洪水或不滿足景觀水質(zhì)要求的水自泄洪槽泄流,為平時(shí)主要的泄洪通道;高于 100m3/s洪水標(biāo)準(zhǔn)情況下,河道必須全斷面過洪,蓄水河槽橡膠壩塌壩,與泄洪槽共同泄洪,達(dá)到暢泄大洪水的目的,洪水過后,

方可立壩蓄水。

采用二槽方案形成的蓄水景觀湖總長 6.09 km,寬176m,湖區(qū)面積為 71萬 m2(1066畝),一次蓄水量為55萬 m3。由于只在上游下泄超過 100m3/s的洪水時(shí),左側(cè)的蓄水景觀湖方塌壩泄空,與泄洪槽共同泄洪,因此,該方案在蓄水區(qū)水質(zhì)滿足的條件下,可多年蓄水運(yùn)行不塌壩,每年僅需為蒸發(fā)滲漏損失、以及改善水質(zhì)而進(jìn)行補(bǔ)水,每年的運(yùn)行蓄水量為 55萬 m3(不含為改善水質(zhì)、蒸發(fā)滲漏損失所需的補(bǔ)水量),充分節(jié)約了水資源。

2 方案比選

根據(jù)工程區(qū)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)從兩方案的景觀效果、泥沙淤積、需水量、蓄水區(qū)運(yùn)行周期、對灌區(qū)的影響、防洪度汛、投資、以及運(yùn)行管理等多方面進(jìn)行綜合分析,推薦工程的總體方案采用清洪分治方案,即二槽方案。比較詳見下表。

表1 一槽和二槽方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

3 結(jié)論

通過布置堆砂導(dǎo)流壩及泄洪槽,成功解決了蓄水與行洪的矛盾,也基本解決了淤積問題,為城區(qū)河道防洪景觀生態(tài)治理工程的設(shè)計(jì)提供了新思路。同時(shí)對工程的運(yùn)行管理、水情預(yù)報(bào)和合理調(diào)度提出了更高要求。

[1](GB 50286—98)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2](SL252—2000)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn).

[3](SL44—2006)水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范.

[4](GB 50201-94)防洪標(biāo)準(zhǔn).

[5](SL227—98)橡膠壩技術(shù)規(guī)范.