胡均德，陳李歡，鄭智文，陳 建

(1.南江縣水務(wù)建設(shè)投資開發(fā)有限公司，四川 南江，635600；2.四川鑫盛天睿工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，成都，610065；3.南江縣河湖管理保護(hù)中心，四川 南江，635600)

1 引言

城市與河流之間，自古以來就有著與生俱來的緊密聯(lián)系[1-3]。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷加快，人們對(duì)濱水環(huán)境的要求也越來越高[2-5]。城市河道既承載水利及防洪功能，又是城市開敞景觀空間的核心部分，近年來濱河景觀在汛期被淹沒甚至發(fā)生水毀的事件屢見不鮮，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響[1]。因此，如何處理好濱河景觀與防洪之間的矛盾無疑成為當(dāng)前城市河道綜合治理面臨的重要課題[3-7]。

山區(qū)河道由于汛期與枯期流量差別很大，為了在枯期獲得理想的水域面積，各種堰閘是普遍采用的壅水建筑物型式[6]。南江縣出于取水和景觀的需要在南江河上修建了斷渠堰，為混凝土實(shí)用堰，經(jīng)過20余年的運(yùn)行，不但壩體損傷嚴(yán)重，還影響行洪，并導(dǎo)致養(yǎng)身潭景區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)過低。本文以斷渠堰改造工程為例，簡(jiǎn)要地介紹了通過改造舊堰提升河道及濱河景觀防洪能力的方法，以期對(duì)后續(xù)類似工程提供參考和借鑒。

2 工程概況

斷渠位于米倉(cāng)山南麓的南江縣境內(nèi)的南江河上，南江縣屬川陜兩省交界的一個(gè)革命老區(qū)縣，距陜西漢中市150km，距成都市507km。南江河為巴河正源，發(fā)源于南江縣玉泉鄉(xiāng)平溪村的鐵船山，南江河流域面積2880km2，其中南江縣境內(nèi)流域面積2347.4km2，河道長(zhǎng)121.7km，天然落差134.6m，河道平均比降11‰。南江河在縣城區(qū)河段長(zhǎng)約7km，河段彎道較多及轉(zhuǎn)彎角度大。

2.1 斷渠堰現(xiàn)狀

斷渠低水壩修建于1997年，其主要功能是景觀壅水和取水，溢流壩段長(zhǎng)110.5m，最大壩高10.5m，最大壩底寬度12.0m，溢流堰頂高程482.95m。原壩體結(jié)構(gòu)為埋石混凝土，外包C20混凝土。原溢流壩壩頂較高，造成壩址以上河段壅水高度很大，降低了河段的行洪能力，影響城區(qū)防洪安全，加上溢流壩下游消能防沖設(shè)施已完全沖毀，壩基遭到水流淘刷，下游沖坑深度達(dá)2.5m～3.8m，嚴(yán)重影響原壩體安全，而且經(jīng)過多年運(yùn)行，壩體表面多有損壞現(xiàn)象(麻面、疏松脫殼、凹凸不平)，因此，斷渠低水壩迫切需要修復(fù)改造。

斷渠堰改造工程是提高南江縣河道防洪能力，改善城區(qū)環(huán)境、提升形象，打造山水生態(tài)旅游休閑城鎮(zhèn)，促進(jìn)招商引資，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是南江縣城市建設(shè)發(fā)展的需要，更是維護(hù)革命老區(qū)社會(huì)穩(wěn)定和諧的需要。

2.2 斷渠堰改造方案

斷渠堰改造主要任務(wù)是提升河道防洪能力，維持建筑物安全，打造上游水環(huán)境，因此，選擇了拆除部分堰體，降低堰頂高程，堰頂設(shè)水閘，下游設(shè)消能防沖設(shè)施的方案。

斷渠堰位于養(yǎng)生潭景區(qū)內(nèi)，因此，在實(shí)現(xiàn)水流控制功能的基礎(chǔ)上，還需要考慮水閘融入周邊環(huán)境的問題[6]。閘門型式選擇了無閘墩、無啟閉排架、景觀效果好的臥床式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門。該閘門在過洪時(shí)，閘門可全部放倒、平臥，行洪能力好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)便，投資較省。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，選定斷渠堰修復(fù)改造工程方案為：保留原溢流壩，將原溢流壩降低3.0m后安裝4.0m高的臥床式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門擋水。

結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。閘寬110.0m，采用10扇11.0m×4.0m(寬×高)臥床式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門，兩扇閘門之間無中墩。閘底板采用寬頂堰型式，堰頂高程479.95m。因先壩頂拆除3.0m后抗滑穩(wěn)定系數(shù)無法滿足規(guī)范要求，需對(duì)壩體進(jìn)行培厚加固。為方便施工，在原壩體后面加5.0m長(zhǎng)的新壩體，新壩體采用C20埋石混凝土，加固后壩基寬度17.0m。整個(gè)溢流堰表面澆筑20cm厚HFC30鋼筋混凝土，并且在閘門預(yù)埋件局部地方厚度增大，以滿足閘門安裝要求。新老混凝土之間用1.0m長(zhǎng)φ18插筋連接，插筋間、排距1.0m。

閘后設(shè)45.0m長(zhǎng)綜合式消力池，池深1.3m，尾坎高度1.3m。消力池采用HFC30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚度1.0m。為滿足消力池抗浮要求，底板設(shè)9.0m長(zhǎng)φ28抗浮錨桿，錨桿間、排距2.0m。消力池后鋪設(shè)18.00m長(zhǎng)干砌石海漫。

3 斷渠改造對(duì)河道行洪能力的提升

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

斷渠低水壩修復(fù)改造工程屬單一的景觀水閘項(xiàng)目，設(shè)計(jì)使用壽命為50年。依據(jù)SL 252-2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和SL 265-2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，確定水閘樞紐工程等級(jí)為大(2)型，主要建筑物等級(jí)為2級(jí)，次要建筑物3級(jí)，施工臨時(shí)建筑物4級(jí)。擋水建筑物高度僅10.5m，低于15m，上下游最大水位差7.4m，也未超過10m，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，該工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)宜按平原、濱海區(qū)確定。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，攔河閘設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為30年一遇，相應(yīng)洪峰流量為2760m3/s；校核洪水重現(xiàn)期應(yīng)為100年一遇，相應(yīng)洪峰流量為3720m3/s。

圖1 斷渠堰修復(fù)改造方案

3.2 對(duì)河道行洪能力的影響

原有斷渠低水壩為實(shí)用堰，堰頂高程482.95m，泄流總凈寬110.50m。斷渠低水壩本次修復(fù)采用翻板閘擋水，堰頂高程479.95m，閘頂高程482.95m，泄流總凈寬110.50m，根據(jù)SL 265-2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，泄流能力按以下公式計(jì)算：

式中：m——流量系數(shù)；σs——淹沒系數(shù)；ε——側(cè)收縮系數(shù)；B——溢流凈寬。

圖2 斷渠改造對(duì)河道行洪能力的影響

根據(jù)河道實(shí)測(cè)大斷面及邊界條件，采用天然河道水流能量方程推算河道水面線。水面線起推水位在閘壩相應(yīng)泄流曲線上查算，采用HEC-RAS一維水力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算中考慮到了工程河段現(xiàn)狀已經(jīng)建成龍渠大橋、《南江縣南江河碾盤小學(xué)至龍渠大橋段防洪堤工程可行性研究報(bào)告》規(guī)劃的堤線及現(xiàn)有的堤防的影響，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。根據(jù)計(jì)算，遭遇20年一遇洪水時(shí)，工程河段水位較現(xiàn)狀水位降低0.02m～2.41m；遭遇30年一遇洪水時(shí)，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水時(shí)，河段水位降低0.1m～2.98m。相對(duì)現(xiàn)狀，改造后在閘前河段大幅降低了河道水位，越往上游對(duì)河段水位降低越小，總體來說對(duì)河段泄洪是極為有利的。

4 斷渠改造對(duì)濱河景觀的影響

南江縣城養(yǎng)生潭濕地公園項(xiàng)目位于南江縣城北出口，地處公山幾水“太極圖”中心區(qū)域，北依斷

圖3 工程河段水位變化

備注：工況一：現(xiàn)狀水面線，即考慮工程河段現(xiàn)狀已成堤防、閘壩工程；工況二：斷渠低水壩改造修復(fù)后水面線，考慮在現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將斷渠低水壩改為翻板閘壩；工況三：斷渠低水壩改造修復(fù)后水面線，考慮在現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，增加碾盤小學(xué)至龍渠大橋段防洪堤可研報(bào)告中規(guī)劃的堤線，將斷渠低水壩改為翻板閘壩。

渠地質(zhì)公園，南接雙擁森林公園，G242公路、巴陜高速、繞城東線、西線交匯貫通，交通便利，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。但長(zhǎng)期以來，該項(xiàng)目區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施落后，管網(wǎng)混亂，出行不便，企業(yè)生存難，群眾生活難。南江縣委、縣政府順應(yīng)民意，圍繞“山水生態(tài)園林旅游城市”目標(biāo)，承接光霧山旅游集散任務(wù)，堅(jiān)持以自然為本、人與自然和諧相處的法則，結(jié)合古地質(zhì)、古人類遺跡、紅軍、佛教等相互輝映的深厚文化，引入“海綿城市”建設(shè)理念，將該區(qū)域打造成濕地公園，為廣大市民提供休憩娛樂場(chǎng)所。

該濕地公園以河灘生態(tài)濕地公園為主題，其中包括河道親水景觀體驗(yàn)園；水碼頭渡船和船工體驗(yàn)活動(dòng)園；河灘玩耍親水活動(dòng)體驗(yàn)園；生態(tài)防洪堤綠地園。該濕地公園部分保留現(xiàn)有的地形地貌基本不變。效果如圖4所示。

圖4 南江縣養(yǎng)生潭景效果圖及斷渠堰位置

斷渠堰改造前閘壩正常蓄水位為482.95m，而養(yǎng)生潭片區(qū)景觀規(guī)劃區(qū)生態(tài)濕地區(qū)高程約為484m，此時(shí)位于養(yǎng)生潭景區(qū)尾部的CS4水文斷面處過流能力約為223m3/s，遠(yuǎn)小于P=50%(即2年一遇)的洪水704m3/s?？梢姶藭r(shí)養(yǎng)生潭片區(qū)景觀規(guī)劃區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)過低，新建濕地會(huì)頻繁被淹甚至水毀，經(jīng)濟(jì)損失較大。若要提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，整體抬高景區(qū)高程的話又將導(dǎo)致景區(qū)面積縮小，景觀效果大打折扣，因此，對(duì)斷渠堰的改造很有必要。采用將現(xiàn)狀溢流堰頂部分混凝土拆除3m后安裝4m高翻板閘門的改造方案后，正常蓄水位比現(xiàn)狀抬高1m，至483.95m，相應(yīng)的養(yǎng)生潭片區(qū)景觀規(guī)劃區(qū)生態(tài)濕地區(qū)高程也抬高1m，至485m高程。此時(shí)水面寬度增大，斷渠堰改造后，養(yǎng)生潭片區(qū)CS4水文斷面處，在紅魚洞水庫(kù)建成前防洪標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)P=15.6%(即6.4年一遇)，紅魚洞水庫(kù)建成后防洪標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)P=7.68%(即13年一遇)。這樣既滿足生態(tài)濕地對(duì)閘壩水位的要求，也可滿足生態(tài)濕地的防洪要求。

2019年8月3日，南江河南江縣城養(yǎng)身潭濕地公園段洪水水位485.14m，洪水流量1412m3/s，洪水頻率約P=19%，約為5.26年一遇洪水。由于采取了抬高閘壩蓄水位，提高養(yǎng)身潭濕地公園的建基面高程的工程處理措施，成功地避免了2019年8月3日洪水對(duì)濕地公園的影響。

5 結(jié)語

(1)臥床式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門無閘墩、無啟閉排架、景觀效果好，行洪能力好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資較省，可作為濱河景觀壅水建筑物是合適的。

(2)將原溢流壩降低3.0m后安裝臥床式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門，在遭遇30年一遇洪水時(shí)，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水時(shí)，河段水位降低0.1m～2.98m。相對(duì)現(xiàn)狀，改造后閘前河段河道水位大幅降低，對(duì)河段泄洪是極為有利的。

(3)在固定堰改造時(shí)，采取抬高閘壩蓄水位的方式，既可增加水域面積，又能提高濱河景觀的防洪標(biāo)準(zhǔn)，是減少濱河景觀淹沒和水毀損失的有效途徑。