李航鋒

(陜西省水文水資源勘測(cè)中心，陜西 西安 710068)

0 引言

西咸新區(qū)灃河綜合整治項(xiàng)目突出治水的綜合性、整體性和協(xié)同性，由單純治水向系統(tǒng)治水、剛性治水向柔性治水轉(zhuǎn)變，遵循以生態(tài)治理為主，恢復(fù)河道自然屬性，擴(kuò)大水域面積，建設(shè)景觀功能區(qū)的建設(shè)原則，在沿河城區(qū)段相繼規(guī)劃建設(shè)了渭河濕地水面景觀工程[1]。水面景觀工程以橡膠壩、液壓鋼板壩為載體，改善小范圍內(nèi)區(qū)域氣候條件，但隨著在河道中建造的壩體數(shù)量增多，蓄水量增大，到汛期時(shí)梯級(jí)塌壩泄洪，如果調(diào)度不當(dāng)，可能會(huì)形成人造洪峰，對(duì)下游河道安全形成一定威脅。因此，結(jié)合工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際，對(duì)橡膠壩、液壓壩泄流規(guī)律進(jìn)行分析，進(jìn)而制定科學(xué)的運(yùn)行模式，實(shí)施安全合理的聯(lián)合調(diào)度方案是保證灃河沿岸防洪安全及實(shí)現(xiàn)人水和諧、生態(tài)良好、景觀豐富城中河目標(biāo)的重要基礎(chǔ)[2]。

1 灃河流域概況

1.1 位置及水系

灃河系渭河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于西安市長(zhǎng)安區(qū)喂子坪鄉(xiāng)大坪村秦嶺北麓的麥積磊，由南向北流經(jīng)長(zhǎng)安區(qū)喂子坪、灤鎮(zhèn)、東大街辦、戶縣的秦渡鎮(zhèn)，于咸陽(yáng)市秦都區(qū)灃東鎮(zhèn)漁王村匯入渭河。流域面積1 386 km2，河長(zhǎng)78.0 km，平均比降8.2‰。灃河干流上游稱灃峪河，在秦渡鎮(zhèn)以上有高冠峪河、太平峪河、潏河三條較大支流匯入，潏河在秦渡鎮(zhèn)水文站以下匯入灃河，潏河匯入口秦渡鎮(zhèn)以下沒(méi)有大的支流匯入。高冠峪河流域面積167.2 km2，河長(zhǎng)36.1 km，平均比降35.3‰；太平峪河流域面積214.0 km2，河長(zhǎng)44.5 km，平均比降19.1‰；潏河由大峪河、小峪河、石砭峪河匯流而成，流域面積687 km2，河長(zhǎng)64.2 km，平均比降9.7‰。本次規(guī)劃范圍上起108國(guó)道，下至渭河入渭口，河長(zhǎng)17.5 km[3]。渭河中游段水系分布見(jiàn)表1。

表1 渭河中游段水系分布情況表

1.2 流域水文站網(wǎng)布設(shè)

灃河流域目前設(shè)有水文站2處，秦渡鎮(zhèn)水文站控制流域面積566 km2，于1935年設(shè)站；高橋水文站設(shè)立于1965年，斷面以上集水面積632 km2，大峪水文站設(shè)立于1952年，斷面以上集水面積53.9 km2。灃河水文站網(wǎng)分布狀況見(jiàn)表2。

表2 灃河流域水文站網(wǎng)概況表

2 工程建設(shè)概況

灃河綜合治理工程項(xiàng)目主要包括橡膠壩工程、調(diào)節(jié)閘工程、護(hù)坡工程、防滲工程等。其水面工程南起G310國(guó)道，北至西咸交界，河道長(zhǎng)度約11 km,水面工程長(zhǎng)度6.5 km。結(jié)合灃河水清、量小、灘槽分明的特點(diǎn)，建設(shè)的主要任務(wù)是在河道主槽修建橡膠壩，抬高水位，拓寬河道主槽，增大水面面積，為水生生物提供一個(gè)良好的生存環(huán)境，為了防止灃河兩岸岸坎的進(jìn)步塌陷影響形成的景觀，在主槽兩側(cè)布設(shè)護(hù)坡工程[4]。為了將形成的水面得到充分利用，沿途的旅游資源能得到最多的開(kāi)發(fā)，在橡膠壩端設(shè)通航船閘，可以保證河道通行游船需要。通過(guò)洪水資料分析，依據(jù)地形及河道現(xiàn)狀，確定工程建設(shè)規(guī)模為:

(1)橡膠壩工程:設(shè)計(jì)新修橡膠壩壩高5 m,壩總長(zhǎng)188.8 m， 回水長(zhǎng)度6.5 km,蓄水區(qū)水面寬80～240 m,形成水面面積0.92 km2,蓄水量為281萬(wàn) m3。

(2)調(diào)節(jié)閘工程:在橡膠壩右側(cè)布置調(diào)節(jié)閘一座，閘門孔口尺寸4.2×3.5 m。

(3)船閘工程:在調(diào)節(jié)閘右側(cè)一端設(shè)通航船閘，閘首及閘室寬度6 m，閘長(zhǎng)49 m。

(4)護(hù)坡工程:修建主槽護(hù)坡工程總長(zhǎng)12.780 km,其中格賓護(hù)坡8.897 km, 自嵌式擋墻1.714 km,模袋混凝土護(hù)坡1.737 km,漿砌石扭面銜接段0.432 km。

(5)防滲工程:蓄水區(qū)河底防滲G310國(guó)道上游采用模袋鋪底形式，下游防滲采用河底鋪設(shè)1 m厚壤土防滲方案，鋪設(shè)面積共68.14萬(wàn) m2。

3 橡膠壩與液壓鋼壩運(yùn)行模式分析

河道內(nèi)水面工程屬城市蓄水美化工程，因此，運(yùn)行時(shí)首先應(yīng)盡量避免對(duì)河道行洪、上下游河勢(shì)及沖淤產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，為保證工程的正常運(yùn)行和景觀效果，運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量減少塌壩次數(shù)，從而減少水資源的不必要浪費(fèi)。

3.1 橡膠壩

3.1.1 非汛期

1)橡膠壩處于立壩蓄水狀態(tài)，河道來(lái)水通過(guò)橡膠壩壩頂溢流下泄，形成優(yōu)美的動(dòng)水景觀效果。當(dāng)流量小于120 m3/s時(shí)，通過(guò)橡膠壩壩頂溢流，在灃河流量大于120 m3/s小于200 m3/s時(shí)，調(diào)節(jié)閘與橡膠壩壩頂同時(shí)過(guò)流，橡膠壩正常運(yùn)行；為實(shí)現(xiàn)對(duì)河道灘地上濕地水面區(qū)的補(bǔ)水及河道外人工水系景觀補(bǔ)水，從橡膠壩蓄水區(qū)通過(guò)引水渠或泵站引水，河道內(nèi)濕地水面及河道外人工水系退水又排入灃河下游河道橡 膠壩蓄水區(qū)內(nèi)。

2)在灃河橡膠壩立壩運(yùn)行時(shí)，利用橡膠壩工程設(shè)置的船閘，實(shí)現(xiàn)灃河橡膠壩之間游船通航。

3)枯水年份由于灃惠渠引水灌溉不能滿足橡膠壩蓄水要求時(shí)，本工程可降低水位運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)閘向下游下泄生態(tài)基流；結(jié)合灞河橡膠壩、神木縣橡膠壩的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，橡膠壩冬季立壩需降低壩袋高度運(yùn)行。

3.1.2 汛期

汛期運(yùn)行應(yīng)適時(shí)掌握橡膠壩塌壩、立壩運(yùn)行的時(shí)間和時(shí)段。塌壩時(shí)間根據(jù)水情預(yù)報(bào)判定，立壩時(shí)間根據(jù)洪水退水情況確定。

3.1.3 塌壩

灃東新城位于灃河的下游段，在工程段上游有秦渡鎮(zhèn)水文站，在工程建設(shè)實(shí)施階段可以利用現(xiàn)有設(shè)施通過(guò)西安市防汛辦或秦渡鎮(zhèn)水文站取得水情信息。

為減少橡膠壩塌壩次數(shù)，流量小于200 m3/s時(shí)，調(diào)節(jié)閘與橡膠壩壩頂同時(shí)過(guò)流，橡膠壩正常運(yùn)行，在灃河流量大于200 m3/s時(shí)，橡膠壩塌壩，可以加大泄洪能力，也有利于沖砂排淤。本工程運(yùn)行時(shí)主要塌壩界定流量200 m3/s,秦渡鎮(zhèn)水文站及高橋水文站可以提前3 h提供水情預(yù)警信息，秦渡水文站距G310國(guó)道約14 km, 高橋水文站距G310國(guó)道大約14 km, 洪水傳播至工程段約2.1 h，當(dāng)兩個(gè)水文站水情言息預(yù)報(bào)總流量大于200 m3/s時(shí)，根據(jù)灃東新城農(nóng)林水工作局、西安市防汛抗旱指揮部辦公室、秦渡及高橋水文站達(dá)成的協(xié)議，由西安市防汛抗旱指揮部辦公室提前3 h進(jìn)行預(yù)警，提前2 h進(jìn)行預(yù)報(bào)，通知灃東新城防汛抗旱工作領(lǐng)導(dǎo)小組，由領(lǐng)導(dǎo)小組做出決策通知橡膠壩管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全管理，運(yùn)行部門做好塌壩準(zhǔn)備并通知游人撤離，在1 h后根據(jù)延續(xù)傳遞的水文信息判別洪水是遞增還是遞減型。當(dāng)預(yù)警信息任預(yù)報(bào)洪峰流量大于200 m3/s,橡膠壩立即塌壩運(yùn)行，不得延誤。橡膠壩的塌壩時(shí)間控制在2 h。

3.2 液壓鋼壩

3.2.1 非汛期

1)通常情況下，液壓活動(dòng)壩處于升壩狀態(tài)；來(lái)水量變小時(shí)，液壓活動(dòng)壩全部升起;來(lái)水量逐漸增大，壩頂溢流水深超過(guò)40 cm時(shí)，自動(dòng)降壩系統(tǒng)開(kāi)啟，單塊或連塊壩面依次降壩河道部分?jǐn)嗝嫘沽?非汛期發(fā)生小洪水時(shí)，通過(guò)自動(dòng)升降壩系統(tǒng)調(diào)整保持液壓活動(dòng)壩溢流水深不超過(guò)40 cm,直至完全降壩。

由水源分析可知，當(dāng)液壓壩塌壩運(yùn)行行洪后，考慮充分運(yùn)用灃河汛期洪水資源，必須在當(dāng)場(chǎng)洪水退水期重新蓄滿蓄水區(qū)，如果立壩流量過(guò)大操作困難，壩頂長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流會(huì)對(duì)液壓壩安全構(gòu)成威脅，因此必須限制溢流水深，流量小于200 m3/s時(shí)溢流水深不超過(guò)0.4 m，因此當(dāng)預(yù)報(bào)上游洪水流量小于200 m3/s時(shí)，將液壓壩立起運(yùn)行，為蓄水區(qū)蓄水，液壓壩立起后應(yīng)及時(shí)檢查立壩情況，以確保液壓壩繼續(xù)行洪時(shí)安全，汛后要對(duì)液壓壩徹底檢查一遍，并將壩底及錨固槽的沙石清除干凈。允許洪水?dāng)y帶泥沙在液壓壩蓄水區(qū)河槽死庫(kù)容沉積，直至淤滿。

2)枯水年份由于灃惠渠引水灌溉不能滿足液壓壩蓄水要求時(shí)，本工程可降低水位運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)閘向下游下泄生態(tài)基流。

3.2.2 汛期

按照液壓活動(dòng)壩的設(shè)計(jì)規(guī)定，結(jié)合灃河防洪、蓄水的實(shí)際需求，液壓活動(dòng)壩必須在較短的時(shí)間內(nèi)降壩泄洪，本次灃河液壓活動(dòng)壩設(shè)計(jì)，降壩時(shí)間為0.5 h。升降壩系統(tǒng)按計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)，運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

當(dāng)渭河發(fā)生5 a一遇洪水時(shí)，水位為379.30 m,低于液壓壩蓄水位379.50 m,此時(shí)若灃河無(wú)水，則液壓壩不需要塌壩。如灃河上游發(fā)生洪水，則液壓壩塌壩運(yùn)行。

3.2.3 預(yù)警

目前，陜西關(guān)中水文測(cè)驗(yàn)設(shè)施和水情報(bào)汛通信系統(tǒng)建設(shè)已具一定規(guī)模。灃東新城位于灃河的下游段，在工程段上游有秦渡鎮(zhèn)水文站，本工程可以利用現(xiàn)有設(shè)施通過(guò)西安市防汛辦、秦渡鎮(zhèn)水文站取得水情信息。

為減少液壓壩降壩次數(shù)，流量小于200 m3/s時(shí)，調(diào)節(jié)閘與液壓壩壩頂同時(shí)過(guò)流，液壓壩正常運(yùn)行，在灃河流量大于200 m3/s時(shí)，液壓壩降壩，可以加大泄洪能力，也有利于沖砂排淤。本工程運(yùn)行時(shí)主要降壩界定流量200 m3/s，秦渡鎮(zhèn)水文站及高橋水文站可以提前三個(gè)小時(shí)提供水情預(yù)警信息，秦都水文站距G310國(guó)道約14 km，高橋水文站距G310國(guó)道大于14 km，洪水傳播至工程段約2.1 h，當(dāng)兩個(gè)水文站水情信息預(yù)報(bào)總流量大于200 m3/s時(shí)，由西安市防汛抗旱指揮部辦公室提前3 h進(jìn)行預(yù)警，提前2 h進(jìn)行預(yù)報(bào)，通知園辦防汛抗早工作領(lǐng)導(dǎo)小組，由領(lǐng)導(dǎo)小組做出決策通知液壓壩管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全管理，運(yùn)行部門做好降壩準(zhǔn)備并通知游人撤離，在1 h后根據(jù)延續(xù)傳遞的水文信息判別洪水是遞增還是遞減型。當(dāng)預(yù)警信息任預(yù)報(bào)洪峰流量大于200 m3/s，液壓壩立即降壩運(yùn)行，不得延誤。液壓壩的降壩至底時(shí)間控制在1 h。

4 結(jié)語(yǔ)

灃河的主要特點(diǎn)主要是水清、量小、灘槽分明，實(shí)施灃河綜合治理工程，通過(guò)建設(shè)橡膠壩、液壓壩等水工建筑物可在不影響防洪工程的基礎(chǔ)上形成6.5 km長(zhǎng)的水面工程, 將河道總體布局方案設(shè)計(jì)成兩側(cè)漫灘為濱河生態(tài)園加中部主河槽蓄水。修建橡膠壩可抬高水位，拓寬河道主槽，增大水面面積，為水生生物提供一個(gè)良好的生存環(huán)境。橡膠壩及液壓壩運(yùn)行時(shí)應(yīng)科學(xué)合理，相互依托，盡量避免對(duì)河道行洪、上下游河勢(shì)及沖淤產(chǎn)生不利影響，為保證工程的正常運(yùn)行和景觀效果，運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量減少塌壩次數(shù)，從而減少水資源的不必要浪費(fèi)。