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        洙趙新河濟(jì)寧段泥沙淤積成因及治理措施研究

        2021-06-21 05:52:02孟俊青
        陜西水利 2021年5期

        孟俊青

        (濟(jì)寧市任城區(qū)水務(wù)局,山東 濟(jì)寧272100)

        1 洙趙新河概況

        洙趙新河是1965年人工開挖的一條大型河道,位于南陽(yáng)湖以西,北臨梁濟(jì)運(yùn)河,南與萬(wàn)福河、東魚河流域接壤,是魯西南跨菏澤、濟(jì)寧兩市大型防洪排澇的骨干河道。干流起源于菏澤市東明縣宋寨村,自西向東流經(jīng)菏澤市的東明、牡丹區(qū)、鄆城、巨野和濟(jì)寧市的嘉祥、任城區(qū)六個(gè)縣(區(qū)),于濟(jì)寧市任城區(qū)的劉官屯村東入南陽(yáng)湖,全長(zhǎng)145.05 km(其中菏澤市境內(nèi)106.55 km、濟(jì)寧市境內(nèi)38.5 km),流域面積4206 km2(其中菏澤市境內(nèi)4119 km2、濟(jì)寧市境內(nèi)87 km2)。洙趙新河流域保護(hù)面積3047 km2,保護(hù)人口約339萬(wàn)人,耕地面積400.6萬(wàn)畝,保護(hù)區(qū)內(nèi)主要有菏澤市城區(qū)、牡丹區(qū)、巨野縣。

        2 河流現(xiàn)狀

        洙趙新河是人工開挖的一條大型河道,為湖西地區(qū)骨干河道,至今經(jīng)過(guò)多次治理,流域初步形成了防洪、除澇、灌溉、供水等綜合利用體系,減災(zāi)興利能力得到一定的提高。2014年治理工程實(shí)施后,洙趙新河濟(jì)寧段(湖口~濟(jì)菏市界,0+000~38+518)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇,但未進(jìn)行清淤開挖,根據(jù)對(duì)近期河道治理和2019年“利奇馬”臺(tái)風(fēng)過(guò)后現(xiàn)狀調(diào)研查勘,洙趙新河濟(jì)寧段(湖口~濟(jì)菏市界;0+000~38+518)河槽淤積嚴(yán)重,河道行洪能力下降,達(dá)不到設(shè)計(jì)除澇標(biāo)準(zhǔn)。洙趙新河濟(jì)寧段沿線泵站、橋梁等為治理建筑物破損老化嚴(yán)重,堤頂防汛管理道路尚不完善,對(duì)洙趙新河水資源利用,運(yùn)行管理、防洪搶險(xiǎn)造成了很大困難。

        3 河流泥沙淤積分析

        3.1 淤積原因

        洙趙新河河道淤積的原因主要有3個(gè)方面,一是引黃河流所挾帶的泥沙造成;二是河道兩側(cè)為農(nóng)田,夏季雨季來(lái)臨時(shí),水土流失加劇,泥沙隨著水流進(jìn)入河流造成;三是1993年干流及支流清淤后一定年份內(nèi)其河底及河坡均不穩(wěn)定,河道自身產(chǎn)生的淤積。

        3.2 干流典型斷面的淤積分析

        依據(jù)2019年實(shí)測(cè)干流斷面及1993年治理后的斷面,分別選取代表河道上、中、下游斷面對(duì)比河槽底高程的變化,定量定性分析干流的淤積情況。

        3.2.1 選取典型斷面

        鑒于洙趙新河干流較長(zhǎng),本次分別選取實(shí)測(cè)(2019年9月)的洙趙新河(濟(jì)寧段)干流上、中、下游段共3個(gè)斷面與1993年竣工斷面(位置基本相對(duì)應(yīng))進(jìn)行比較。選取典型斷面的樁號(hào)分別為0+990(對(duì)應(yīng)竣工樁號(hào)1+000)、9+770(10+000)、25+680(25+500)。

        3.2.2 河道泥沙沖淤量計(jì)算

        根據(jù)以上選取的典型斷面,通過(guò)26年間河槽底高程的變化,計(jì)算典型斷面的泥沙沖淤量;以此分析洙趙新河全河段泥沙沖淤量。典型斷面河槽底高程比較見表1,泥沙沖淤量計(jì)算見表2。

        表1 典型斷面河槽底高程變化表

        表2 典型斷面泥沙淤積量計(jì)算表

        3.2.3 干流淤積變化分析

        從表1~表2計(jì)算看出:代表斷面樁號(hào)9+770~25+680段河槽均發(fā)生了淤積,26年間平均淤積深度為0.01 m~0.22 m。總淤積量為60萬(wàn)m3;年平均淤積量為2.3萬(wàn)m3。根據(jù)監(jiān)測(cè)站統(tǒng)計(jì)資料及本次典型斷面泥沙淤積量統(tǒng)計(jì)分析,近年來(lái),隨著引黃條件大大改善,及黃河小浪底工程調(diào)水調(diào)沙的成功運(yùn)行,使得引黃入河泥沙逐年減少;同時(shí),隨著2000年以來(lái)當(dāng)?shù)馗鞣绞降恼{(diào)整及水土保持設(shè)施的改善,洙趙新河泥沙淤積量較之前逐漸減少[1-2]。

        4 河道疏挖

        本次洙趙新河(濟(jì)寧段)河道治理范圍為:入湖口~濟(jì)菏邊界(0+000~38+518)河段按5年一遇的設(shè)計(jì)除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疏挖。洙趙新河疏挖中心線盡可能沿老河槽進(jìn)行,以減少工程量、占地、拆遷和滿足防洪除澇為原則。

        4.1 疏挖方案

        為使疏挖方案經(jīng)濟(jì)、合理、可行,分別在原設(shè)計(jì)河底高程的基礎(chǔ)上,選定對(duì)河槽挖深、原規(guī)劃及挖寬3個(gè)方案[3-4]。

        (1)方案一:挖深方案

        在原設(shè)計(jì)河底高程的基礎(chǔ)上加深開挖1.0 m~2.0 m,盡可能減少河口開挖寬度,使河道開挖后形成窄深河槽;并考慮河道上下游的銜接、河底比降和對(duì)攔河建筑物的影響確定開挖河底高程。方案一見圖1。

        圖1 方案一:挖深方案

        (2)方案二:原規(guī)劃方案(《山東省淮河流域防洪規(guī)劃》(山東省水利廳,1999年7月),以下簡(jiǎn)稱《防洪規(guī)劃》)

        根據(jù)1999年規(guī)劃,局部河段在現(xiàn)狀河底的基礎(chǔ)上下挖0.5 m~1.0 m。方案二見圖2。

        圖2 方案二:原規(guī)劃方案

        (3)方案三:挖寬方案

        按現(xiàn)狀河底高程對(duì)河道進(jìn)行擴(kuò)挖。方案三見圖3。

        圖3 方案三:底寬加寬方案

        4.1.1 參數(shù)

        1)除澇水位采用湖口起始水位35.11 m;

        2)除澇流量:0+000~38+518段5年一遇除澇設(shè)計(jì)流量為905 m3/s;

        3)河道糙率及邊坡:n主槽=0.0225,n灘地=0.04;疏挖邊坡為1∶2.5;

        4)河底比降:結(jié)合現(xiàn)狀地面高程及河道運(yùn)行情況確定。治理段0+000~14+280段平底,14+280~24+038段河底比降為1/4800,24+038~38+518段河底比降為1/18000。

        4.1.2 設(shè)計(jì)底寬計(jì)算

        根據(jù)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》(SL 723-2016)8.3.3條,并結(jié)合排澇區(qū)域的地形、地勢(shì)條件,根據(jù)洙趙新河干流5年一遇除澇流量,以5年一遇除澇水位低于排澇區(qū)地面高程以下0.3 m~0.5 m為控制,采用天然河道水面線計(jì)算方法,試算河道不同方案設(shè)計(jì)底寬,受河道灘地表面流人工濕地影響,樁號(hào)2+840~14+280段設(shè)計(jì)河底寬度控制在174 m,結(jié)果見表3~表5。

        4.1.3 不同開挖方案的對(duì)比分析

        各方案工程量、投資及優(yōu)缺點(diǎn)比較見表6。

        表3 方案一設(shè)計(jì)底寬計(jì)算表

        表4 方案二設(shè)計(jì)底寬計(jì)算表

        表5 方案三設(shè)計(jì)底寬計(jì)算表

        表6 方案一、二、三工程量及投資比較表

        4.1.4 疏挖方案的選定

        通過(guò)表6比較可知,方案一占地較少,易于工程的實(shí)施,同時(shí),經(jīng)計(jì)算方案一河槽下挖深度為1.0 m~2.0 m,對(duì)跨河建筑物存在一定影響,但影響范圍有限,具有可控性。綜合上述分析,從減少工程投資、盡量少占耕地及可行性的角度出發(fā),本次洙趙新河濟(jì)寧段治理開挖方案選用方案一。

        4.2 疏挖施工

        本工程湖口王樓閘以下段施工段現(xiàn)狀河底高程31.07 m,湖區(qū)多年正常蓄水位33.99 m,水深大于2.5 m,挖泥量為10.27萬(wàn)m3。附近排泥場(chǎng)設(shè)置非常困難,所以采用水上抓斗式挖掘機(jī)施工。其它施工段為干式疏挖,主要采用1 m3挖掘機(jī)配8 t自卸汽車的方式。以河道中心線為分界線,分別向左、右岸開挖,開挖的土方除填筑堤防外,其余均運(yùn)至兩岸堤后堆存。開挖較淺的河段,一次開挖至設(shè)計(jì)斷面;局部開挖較深的,分層開挖至設(shè)計(jì)斷面。疏挖中泓線沿老河槽中泓線布置,順直河段中泓線垂直于現(xiàn)狀河道斷面中心,以保證河道挖深、挖寬后順直、規(guī)則,使河道泄流平順,流暢;對(duì)局部彎道段沿中泓線向?yàn)┑剌^寬一側(cè)布置,使河道疏挖后能保持河道的沖淤平衡。河道疏挖沿中泓線向兩側(cè)疏挖后,疏挖土方棄于大堤背水側(cè)。

        5 結(jié)論

        在對(duì)洙趙新河干流濟(jì)寧段泥沙淤積現(xiàn)狀調(diào)查及成因分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比河道疏挖備選的挖深方案、底寬原規(guī)劃方案及加寬方案三種方案的工程造價(jià)及優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇了挖深方案。在工程施工中,湖口王樓閘以下段施工段采用水上抓斗式挖掘機(jī)施工。其它施工段為干式疏挖,以河道中心線為分界線,分別向左、右岸開挖。疏挖中泓線沿老河槽中泓線布置,順直河段中泓線垂直于現(xiàn)狀河道斷面中心,對(duì)局部彎道段沿中泓線向?yàn)┑剌^寬一側(cè)布置,疏挖土方棄于大堤背水側(cè)。通過(guò)擴(kuò)挖河槽,提高河道的除澇標(biāo)準(zhǔn),保證洪水安全下泄,保護(hù)洙趙新河防護(hù)區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

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