錦繡川水庫溢洪道存在問題及解決方案

李 雙，孫 科

（濟(jì)南市錦繡川水庫管理處，山東 濟(jì)南 250112）

錦繡川水庫位于濟(jì)南市南部山區(qū)，總庫容4 100萬m3，是一座具有防洪調(diào)蓄、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)用水等多功能的中型水庫。錦繡川水庫擔(dān)負(fù)著保護(hù)下游在建濟(jì)泰高速、歷城一中、省道327線、103線等重要保護(hù)目標(biāo)和2萬人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的重要任務(wù)。水庫溢洪壩布置形式為曲線型實(shí)用堰，壩后采用挑流消能，設(shè)計(jì)百年一遇下泄流量為1 321 m3/s。

1 溢洪道運(yùn)行狀況及存在的問題

1.1 下泄次數(shù)和流量分析

錦繡川水庫1974—2016年歷年下泄流量在0.7～100m3/s，共下泄15次，其中最大泄流量100m3/s發(fā)生在1996年，最小泄流量0.7 m3/s發(fā)生在2015年。自2000年錦繡川水庫增設(shè)閘門后，地表水?dāng)r蓄能力加強(qiáng)，水庫調(diào)蓄能力提升，水庫下泄頻率明顯增多。2000年以前下泄7次，平均0.27次/年；2000年以后下泄8次，平均0.47次/年。2000年以前有記錄的下泄量，最大下泄量為100 m3/s，最小下泄量為10.5 m3/s，其中在10～50 m3/s之間的5次，占總下泄次數(shù)的71.4%，在50～100 m3/s之間的2次，占總下泄次數(shù)的28.6%；2000年以后有記錄的下泄量，最大下泄量為48.0 m3/s，最小下泄量為0.7 m3/s，其中在0～50 m3/s之間的8次，占總下泄次數(shù)的100%。

1.2 工程隱患分析

2000年以后錦繡川水庫下泄流量基本是在壩后起挑流量附近，屬于跌流和挑流的過渡區(qū)，而溢流壩后一直未考慮壩后跌流侵蝕破壞的安全防護(hù)措施，下游河床距大壩20 m左右范圍受水流沖刷較為嚴(yán)重，已出現(xiàn)沖坑多處，最近沖坑約距溢流壩壩趾2 m，沖坑最深處高程為214.0 m，沖坑深約3 m；在15 m處順壩方向沖坑連片形成沖溝，使北側(cè)泄水洞水流沿沖溝流至南岸，順南岸溝槽流向下游。2000年水庫加固擴(kuò)建后隨著溢流壩下泄水流的頻次逐漸增多，溢流壩后受跌水侵蝕和小流量挑流沖刷的頻次增多。

錦繡川水庫壩下部分區(qū)域地質(zhì)條件較差，經(jīng)地勘為花崗片麻巖，多年風(fēng)化后形成砂質(zhì)土，顆粒粗，結(jié)構(gòu)松散，易沖蝕，造成壩后水土流失加劇，破壞自然生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)水庫大壩尚存在一定工程隱患，特別是挑流坎底部存在空洞，壩后河道雜樹眾多，行洪不暢，在今后長期運(yùn)行情況下，沖坑有可能進(jìn)一步增多、擴(kuò)大，對該段溢流壩的安全會產(chǎn)生一定不利影響。

2 解決方案

針對上述問題，可通過完善溢洪道消能和工程生態(tài)修復(fù)予以解決。溢洪道消能是基于能量轉(zhuǎn)換原理，通過水流內(nèi)部紊動水流之間的擴(kuò)散碰撞，水流與固體邊界進(jìn)行摩擦撞擊，水流與周圍空氣摩擦等途徑，消耗水流動能，減輕對下游河床的沖擊與破壞。考慮2000年水庫加固擴(kuò)建后運(yùn)行管理期間錦繡川水庫下泄流量均較小，且隨著水庫各項(xiàng)供水任務(wù)和回灌補(bǔ)源任務(wù)逐年增多，因此從經(jīng)濟(jì)型和實(shí)用性多方面考慮，可按2000年后最大下泄流量為48 m3/s進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，增設(shè)壩后跌流侵蝕及小流量挑流破壞的安全防護(hù)措施，因躍前斷面平均流速較低，通過設(shè)置輔助消能工可有效增強(qiáng)消能效果，并可縮短護(hù)砌長度，降低工程量和資金投入。將挑流坎底部原有空洞封堵，在挑流消能的基礎(chǔ)上，于挑流鼻坎下游設(shè)置二道壩形成水墊塘進(jìn)行消能。消能工主要由水墊塘段、二道壩段、拋石防沖槽段及左右岸護(hù)坡組成。消能工下游根據(jù)現(xiàn)有沖刷形成的河道景觀島，在不改變河底高程的情況下，采用格賓擋墻及護(hù)坡對河道景觀島邊坡進(jìn)行整治和防護(hù)，采用濕地技術(shù)等進(jìn)行生態(tài)綠化。通過上述方案，可完善現(xiàn)有消能防護(hù)設(shè)施，保護(hù)大壩安全，保障下游區(qū)域防洪安全。

2.1 水墊塘設(shè)計(jì)

首先將挑流坎底部空洞封堵，在工程下游設(shè)置水墊塘，可起到控制和引導(dǎo)河流及洪水作用。承接上游溢洪道跌落的水舌后，通過工程消能，改變下泄水流流態(tài)，使其與下游平順相連。采用水墊塘設(shè)計(jì)，同時(shí)減輕了水流的沖擊作用，有效保護(hù)底板，格賓網(wǎng)可使河床河岸得到永久性保護(hù)，有效防止水流沖刷使其破壞，避免引發(fā)河道洪水泛濫。水墊塘底板設(shè)格賓石籠防護(hù)至二道壩。

格賓網(wǎng)石籠同其他防護(hù)設(shè)施相比，有如下優(yōu)勢：經(jīng)濟(jì)，只需將石頭裝入籠子封口即可，施工簡單不需要特殊技術(shù)；有較強(qiáng)的抵御自然破壞及耐腐蝕和抵抗惡劣氣候影響的能力；可承受較大壓力和大范圍變形而不坍塌，籠子間存在較大空隙，空隙內(nèi)淤泥有利于植物生長，降低有機(jī)物污染；具有良好的滲透性，防止由流體靜力造成的損害；可折疊運(yùn)輸，并在工地設(shè)置，節(jié)約工程運(yùn)輸費(fèi)用，降低造價(jià)。

2.2 二道壩設(shè)計(jì)

設(shè)置二道壩堰頂高程與其設(shè)計(jì)下泄流量下二道壩壩頂堰上水頭之和，保證水墊塘內(nèi)最大水墊厚度，二道壩的位置應(yīng)設(shè)置在離挑射最遠(yuǎn)水舌滯點(diǎn)下游1.5倍水墊深度之外。根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL191-2008）要求在二道壩內(nèi)配置構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，增強(qiáng)防沖刷效果。

2.3 左右岸護(hù)坡設(shè)計(jì)

水墊塘左側(cè)擋墻設(shè)置鋼筋混凝土懸臂式擋墻，護(hù)坡可采用混凝土生態(tài)護(hù)坡連鎖塊，并鋪設(shè)反濾土工布，粗砂找平。岸墻防護(hù)頂做混凝土護(hù)腳，并在鋼筋混凝土擋墻設(shè)橫縫，采用閉孔泡沫板進(jìn)行填縫，雙組份聚硫密封膠進(jìn)行勾縫。

2.4 拋石防沖槽段

二道壩下游設(shè)置拋石防沖槽，順接至下游河床，可降低工程造價(jià)，并使河道消能防沖設(shè)施與河道現(xiàn)狀緊密結(jié)合。

2.5 景觀生態(tài)修復(fù)

當(dāng)前水庫下游河道因多年沖刷已喪失了河流的景觀功能和生態(tài)功能。在汛期，由于河水暴漲暴落，對河床沖刷嚴(yán)重，造成河底沖坑，河岸破碎；在枯水期則因?yàn)樗慷倘保哟猜懵痘蛩w流通不暢，嚴(yán)重破壞了河道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，并降低了河道的景觀綠化效果。同時(shí)河道兩側(cè)灌木和雜樹眾多影響行洪。為此，進(jìn)行河道清障，恢復(fù)河道行洪功能。下游河道采用河床拋石等方式改變水流流速，根據(jù)河道下游地形，因地制宜在河道布設(shè)河心島并設(shè)置濕地，湖心島周圍護(hù)坡的形式采用格賓擋墻+雷諾護(hù)墊的形式進(jìn)行防護(hù)，并護(hù)砌至河道景觀島頂部。雷諾護(hù)墊具有柔性，對地基適應(yīng)，采用網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，既可防止河岸遭水流、風(fēng)浪侵襲而破壞，又實(shí)現(xiàn)了水體與坡下土體間的自然對流交換功能，達(dá)到生態(tài)平衡。

在滿足河道行洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，應(yīng)進(jìn)行景觀修復(fù)，突出休閑和生態(tài)功能。在坡上和湖心島進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，在湖心島可種植垂柳、木槿、迎春等，并設(shè)置工程濕地，充分利用植物的吸附和分解作用，減少污染物進(jìn)入河道，起到保護(hù)和改善水質(zhì)的目的，通過生態(tài)修復(fù)同時(shí)可提升河道兩岸環(huán)境和周邊村鎮(zhèn)建設(shè)格調(diào)，體現(xiàn)人與自然和諧相處。

3 工程效益

該方案充分考慮了水庫防洪和下游景觀性、生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)多方面功能要求，有效的消除溢洪道隱患，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，通過對下游河道進(jìn)行生態(tài)治理，有效改善水質(zhì)，提高下游河道觀賞性，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，構(gòu)建了可持續(xù)發(fā)展自然生態(tài)系統(tǒng)，綜合效益顯著。