趙晉
(山西省水利水電科學(xué)研究院,山西太原030002)
山西省第一大河汾河流經(jīng)臨汾市內(nèi)河長(zhǎng)173.5 km,流域面積10 286 km2,汾河閘壩蓄水工程是臨汾市生態(tài)區(qū)建設(shè)的重要組成部分,該工程位于臨汾市城區(qū)西側(cè)的汾河干流上,北起馬務(wù)橋,南至平陽(yáng)橋,全長(zhǎng)約5 km,兩岸無(wú)支流匯入,河道縱坡為0.556‰左右,河床寬約400~500 m,洪水集中在汛期,平時(shí)水量很少。閘壩蓄水工程為四等工程,主要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì),主要樞紐建筑物包括:修建人工復(fù)式河槽、排污暗涵,中隔墻、橡膠壩及附屬建筑物,本次治理工程采用分槽方案,即將主河槽分成兩部分,一部分為泄洪槽,可過(guò)300 m3/s以下的小洪水;另一部分為蓄水區(qū),以供觀賞,當(dāng)來(lái)流超過(guò)泄洪槽的過(guò)流能力時(shí),則洪水翻壩或塌壩過(guò)洪,泄洪槽與蓄水區(qū)之間設(shè)中隔墻。河道主河槽按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),洪水流量1 500 m3/s,全河道過(guò)水能力按原標(biāo)準(zhǔn)50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),洪水流2 690 m3/s,主河槽兩側(cè)各布置一條排污暗涵,長(zhǎng)度均為5 000 m。在馬務(wù)橋上游(樁號(hào)0-150)、擬建的西關(guān)橋上游(樁號(hào)2+400)、平陽(yáng)橋下游(樁號(hào)4+700)設(shè)三道橡膠壩,形成兩座蓄水池。橡膠壩壩長(zhǎng)均為240 m,壩高2.5 m。每道壩的左側(cè)均設(shè)中控室及儲(chǔ)水池,以便壩袋充排水,水源采用打井取水方式。壩下設(shè)高噴防滲墻,三個(gè)壩址處防滲墻的總長(zhǎng)度為1 020 m。蓄水池補(bǔ)水主要利用污水處理廠(chǎng)處理后排出的水,經(jīng)加壓站送入。
本次試驗(yàn)?zāi)P腿?#橡膠壩上游860 m,3#橡膠壩下游840 m,共計(jì)5 km,因試驗(yàn)場(chǎng)地較短,且模型比尺不宜過(guò)小,考慮馬務(wù)大橋至下游彎道段、治理段比較順直,沖淤變化比較均勻,故在不影響彎道及上游水流流態(tài)和沖淤變化的情況下,去掉1 900 m直段,在模型中治理段取3 100 m。模型布置見(jiàn)圖1。
圖1 模型布置圖
根據(jù)分槽治理方案的布置形式,通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)了解河段的沖淤變化,泄洪槽與蓄水區(qū)10年及50年一遇洪水情況,根據(jù)其結(jié)果,提出對(duì)上游進(jìn)口段、過(guò)橋墩段、彎道段、下游出口段等部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出建議,為工程防沖措施提供依據(jù)。
在Q=300 m3/s時(shí),僅泄洪槽過(guò)水,在0-171斷面上游因過(guò)水?dāng)嗝娲?,槽寬約240 m,流速小,故在該段基本為淤積,只在進(jìn)口前有少量沖刷,Q=1 500 m3/s洪水橡膠壩塌落,治理段要全斷面過(guò)水,左側(cè)沖刷,中部以右淤積,當(dāng)出現(xiàn)50年一遇洪水(Q=2 690 m3/s)時(shí),進(jìn)口沖刷比較嚴(yán)重,最大沖坑深度約為1.15 m,到0-198斷面沖刷逐漸減弱。
3.2.1 施放Q=300 m3/s洪水后沖刷情況
通過(guò)施放洪水,測(cè)得該治理段各斷面的最大沖刷深度見(jiàn)表1。
表1 Q=300 m3/s沿程沖淤變化最大值(單位m)
由表1可知:Q=300 m3/s時(shí),水流經(jīng)過(guò)1#橡膠壩后,在橡膠壩下游,因左右兩側(cè)均有鉛絲籠防護(hù),故泄洪槽中部均產(chǎn)生沖刷,在馬務(wù)橋下游100 m(即0+100)沖刷較深,最大沖刷深度1.47 m,各橡膠壩下游30 m范圍內(nèi)沖刷嚴(yán)重,最大沖刷深度約為0.94 m。
3.2.2 施放10年一遇及50年一遇洪水后沖刷情況
10年一遇洪水(Q=1 500 m3/s)和50年一遇洪水(Q=2 690 m3/s)時(shí),蓄水區(qū)與泄洪槽河床均產(chǎn)生沖刷,局部地區(qū)產(chǎn)生淤積,兩座橋左、右側(cè)均有淤積,彎道下游左岸沖刷,右岸淤積,在馬務(wù)橋下游100 m(0+100斷面)右側(cè)附近及各橡膠壩下游沖刷比較嚴(yán)重,詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表2,表3。
泄洪槽出口處,由于經(jīng)常過(guò)小洪水,靠近右岸河床下切形成一小槽,使整個(gè)下游左岸淤積,右岸沖刷。泄洪槽單獨(dú)過(guò)水Q=300 m3/s時(shí),沖刷最深處在中隔墻末端附近,沖刷深度為3.43 m,最深點(diǎn)高程為417.37 m,當(dāng)Q=1 500 m3/s時(shí),沖刷最深處在蓄水區(qū)末端,最深點(diǎn)高程418.15m,當(dāng)Q=2 690 m3/s時(shí),沖刷最深點(diǎn)在5+000附近右側(cè),最深點(diǎn)高程為418.59 m。
表2 Q=1 500 m3/s沿程沖淤變化最大值(單位m)
表3 Q=2 690 m3/s沿程沖淤變化最大值(單位m)
因河道中水流受地形條件、水流條件及紊動(dòng)等各方面的影響,不同流量下河床均有一定的沖淤變化,而橡膠壩為固定河床建筑物,糙率小,無(wú)沖刷,起到一個(gè)寬頂堰的作用,水流經(jīng)過(guò)橡膠壩時(shí),水面有一定降低、流速增大,使各橡膠壩后出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象。橋上、下游斷面,由于斷面擴(kuò)寬,加之橋墩的影響,故在蓄水區(qū)左岸,泄洪槽右岸形成淤積,各橋墩周?chē)芩骼@流作用而產(chǎn)生不同程度的沖刷,在馬務(wù)橋橋墩后形成幾道沙脊,脊與脊之間形成一小沖槽,其最大沖深達(dá)2.85 m(Q=2 690 m3/s)、1.14 m(Q=1 500 m3/s)。在馬務(wù)橋后,由于水流過(guò)橋擴(kuò)散后至0+100又縮至原寬度,使該處流速突然變大,引起該斷面沖刷嚴(yán)重。彎道段由于水流受離心力作用,并且產(chǎn)生折沖水流,故引起左岸沖刷,右岸淤積。而3#橡膠壩下游,由于該處彎道段與3+400的彎道轉(zhuǎn)彎方向一致,使水流平順進(jìn)入下游彎道,該處水流受中隔墻的影響右岸形成一小沖槽,而左岸淤積。
Q=300 m3/s時(shí),由于僅有泄洪槽過(guò)水,過(guò)水?dāng)嗝鎸挾葹?0 m左右,而1#橡膠壩上游、3#橡膠壩下游河道寬度為240 m,受水流繞流擴(kuò)散作用,中隔墻末端處流速突然增加,該處沖刷水深達(dá)3.43 m,故應(yīng)在該處增加防護(hù)措施。
從河道沖淤地形看,在橡膠壩、堤后和彎道凸岸以及中隔墻兩側(cè)都有一定沖刷,應(yīng)采用相應(yīng)厚度的鉛絲籠加以防沖,特別是中隔墻上、下游的頭部沖刷比較嚴(yán)重,應(yīng)采取必要的防護(hù)措施。
橋墩井柱周?chē)灿幸欢_刷,但井柱分散沖刷不甚大,故可暫不予以防沖處理,待以后發(fā)現(xiàn)沖刷嚴(yán)重時(shí)再做處理。