楊菊香

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

已建的汾河太原城區(qū)段一期、二期治理工程北起柴村橋，南至祥云橋下游500 m，總長(zhǎng)約20 km；汾河太原段綜合治理三期工程是二期工程的延續(xù)，工程區(qū)位于太原市南部新區(qū)的汾河主河道上，北起二期工程末端的祥云橋下游500 m處，南至?xí)x祠迎賓路下游2 km處，全長(zhǎng)約12 km。治理段以上流域面積9 972 km2，地形地貌屬石山區(qū)、土石山區(qū)和黃土丘陵區(qū)。治理段以上已建的水利工程主要有汾河水庫(kù)和汾河二庫(kù)。

該段河道原本地處太原市主城區(qū)之外的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地段，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，河道現(xiàn)狀寬度為300～330 m，東、西大堤均為梯形斷面土堤。隨著太榆同城化的推進(jìn)及太原市建設(shè)的“南進(jìn)”，太原市南部新區(qū)建設(shè)提上日程，南部新區(qū)橫跨汾河兩岸，西岸為晉陽(yáng)文化生態(tài)區(qū)，東岸為汾東商務(wù)區(qū)。目前該段河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足太原市區(qū)100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

本治理段河道采用復(fù)式斷面，由行洪主槽（即蓄水池）及兩側(cè)的景觀平臺(tái)組成，治理后總寬度為430～450 m。該工程采用全槽蓄水，結(jié)合南部新區(qū)的總體布局，共設(shè)有1#、2#、3#三座橡膠壩，分別布置在小店橋上游100 m處、南部規(guī)劃的12號(hào)道路線下游100 m處和治理段末端主槽內(nèi)，形成3座蓄水池。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98），本工程防洪大堤按1級(jí)堤防設(shè)計(jì)[1]。本工程共設(shè)有3座蓄水池，蓄水總量1 120萬(wàn)m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），蓄水工程為Ⅲ等工程，相應(yīng)壅水壩及岸墻按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)[2]。

2 氣象及水文條件

工程區(qū)屬于暖溫帶干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年內(nèi)四季分明。根據(jù)太原市氣象統(tǒng)計(jì)資料，多年平均降雨量431.2 mm，其中汛期6～9月降水量占全年總量的70%以上，并且多以暴雨形式出現(xiàn)，多年平均蒸發(fā)量1 702.1 mm，多年平均氣溫10.0℃，極端最高溫度37.4℃（1998年），極端最低氣溫-22.7℃（1972年），最大風(fēng)速22 m/s，最大凍土深度為72 cm，無(wú)霜期約180 d。

本工程治理段的汾河干流無(wú)水文站，工程上游干、支流及下游附近的瀟河支流先后設(shè)有靜樂、蘭村、汾河二壩、上靜游、蘆家莊及汾河水庫(kù)等水文站，工程涉及的風(fēng)峪溝上設(shè)有店頭水文站。各站有建站或重建站以來(lái)的洪水資料，由山西省水文總站整編、審查，成果可靠，經(jīng)分析后未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或可疑之處，可直接用于洪水設(shè)計(jì)工作。

經(jīng)本次復(fù)核計(jì)算并結(jié)合專家審查意見，本次設(shè)計(jì)洪水成果仍采用已批復(fù)的“太原市城市總體規(guī)劃”成果：本治理段汾河河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，設(shè)計(jì)洪峰流量為3 450 m3/s。

3 河道現(xiàn)狀及過流能力計(jì)算

3.1 河道現(xiàn)狀

該段河道屬平原型河流[3]，原本地處太原市主城區(qū)之外的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地段，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)僅為20年一遇，河道現(xiàn)狀寬度為300～330 m，東、西大堤均為梯形斷面土堤，未防護(hù)，且兩岸地勢(shì)低洼，為地上懸河。隨著太榆同城化的推進(jìn)及太原市建設(shè)的“南進(jìn)”，太原市南部新區(qū)建設(shè)提上日程，南部新區(qū)橫跨汾河，由晉陽(yáng)新區(qū)和汾東新區(qū)兩部分組成，西岸為晉陽(yáng)文化生態(tài)區(qū)，以晉陽(yáng)古城為底蘊(yùn)，以晉陽(yáng)湖為依托，打造晉陽(yáng)新城，東岸為汾東商務(wù)區(qū)，是南部新區(qū)的重要組成部分、核心區(qū)域，防洪任務(wù)十分重要。

3.2 過流能力計(jì)算

表1 汾河三期現(xiàn)狀河道洪水水面線計(jì)算成果表

根據(jù)現(xiàn)狀河道實(shí)測(cè)縱橫斷面資料，復(fù)核現(xiàn)狀河道的實(shí)際過流能力，其中兩岸堤防對(duì)應(yīng)安全超高根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）并結(jié)合工程實(shí)際情況按1.5 m考慮。采用灘槽不同糙率的一維恒定非均勻漸變流方程進(jìn)行計(jì)算[4]。計(jì)算公式為：

式中：Z為斷面水位，m；Q為斷面流量，m3/s；v為平均流速，m/s；α、ξ分別為動(dòng)能修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；K為綜合流量系數(shù)，由下式確定：

式中Ai、Ri、ni分別為左灘、中槽、右灘的流量系數(shù)、過水面積水力半徑和糙率。

河床糙率選擇主要根據(jù)河段河床質(zhì)組成及床面情況等，主槽糙率取0.027 5，灘地糙率取0.040。經(jīng)水面線計(jì)算，本次汾河干流治理段河段現(xiàn)狀最大過流能力為2 000 m3/s，可達(dá)20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，但遠(yuǎn)不能滿足100年一遇洪峰流量。汾河三期現(xiàn)狀河道不同流量情況的洪水水面線計(jì)算成果見表1。

由上述計(jì)算可知，當(dāng)遭遇100年一遇洪水3 450 m3/s時(shí)，現(xiàn)狀河道多數(shù)斷面超高不能滿足1.5 m的要求，部分?jǐn)嗝娉邇H為0.2～0.3 m，將很有可能形成漫頂，對(duì)兩岸均有防洪隱患；若按堤頂超高1.5 m考慮，此時(shí)的流量?jī)H為2 000 m3/s。

4 工程建成后行洪能力計(jì)算

汾河太原段綜合治理三期工程河道治理長(zhǎng)度為12 km，治理后的河道為復(fù)式斷面，總寬度為430～450 m，其中主槽寬300～340 m，主槽兩側(cè)為景觀平臺(tái)，景觀平臺(tái)寬80～150 m，平臺(tái)外側(cè)為東西大堤，大堤高出平臺(tái)2.0～3.7m。蓄水主槽最大行洪流量為2000m3/s，達(dá)20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)；流量超過2 000 m3/s時(shí)，景觀平臺(tái)參與泄洪，大堤滿足100年一遇3 450 m3/s防洪標(biāo)準(zhǔn)。

水面線同樣采用3.2節(jié)的計(jì)算方法，依據(jù)治理后河道斷面資料分析，治理段河道比較平緩、寬闊，屬緩流區(qū)，故自下而上逐斷面推算河道水面線，從推求河道河段最下游斷面開始，把該斷面過設(shè)計(jì)流量時(shí)的水位作為起始水位，逐斷面推算上游斷面的水位[5]。汾河三期治理后河道100年一遇洪水水面線計(jì)算成果見表2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，河道治理后在保證安全超高1.5 m的情況下，過流能力可以達(dá)到100年一遇的洪峰流量3 450 m3/s。

5 結(jié)語(yǔ)

汾河太原段綜合治理三期工程興建后，治理段河道為復(fù)式斷面，由蓄水池及兩側(cè)的景觀平臺(tái)組成，河道過水?dāng)嗝嬗涩F(xiàn)狀的300～330 m拓寬為430～450 m，加大了過水面積，增強(qiáng)了防洪能力，同時(shí)兩岸防洪堤也要根據(jù)計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)地防護(hù)加高，以達(dá)到安全超高1.5 m的要求。工程建成后可使本河段防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的20年一遇提高到100年一遇，可滿足太原南部新區(qū)對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 汾河三期治理后河道100年一遇洪水水面線計(jì)算成果表

[1]中華人民共和國(guó)水利部.GB50286-98.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1998:6-7.

[2]長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL252-2000.水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)水利水電出版社，2000:7-8.

[3]李英明，潘軍峰.山西河流[M].北京:科學(xué)出版社，2004:25-30.

[4]鄭文康，劉翰湘.水力學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，1991：223-226.

[5]李煒.水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006：350-351.