改造舊堰提升河道及濱河景觀防洪能力的探索與實踐

胡均德，陳李歡，鄭智文，陳 建

(1.南江縣水務建設投資開發有限公司，四川 南江，635600；2.四川鑫盛天睿工程設計咨詢有限公司，成都，610065；3.南江縣河湖管理保護中心，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系[1-3]。隨著工業化和城市化進程的不斷加快，人們對濱水環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生水毀的事件屢見不鮮，造成了很大的經濟損失和社會影響[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前城市河道綜合治理面臨的重要課題[3-7]。

山區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，為混凝土實用堰，經過20余年的運行，不但壩體損傷嚴重，還影響行洪，并導致養身潭景區防洪標準過低。本文以斷渠堰改造工程為例，簡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，以期對后續類似工程提供參考和借鑒。

2 工程概況

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

2.1 斷渠堰現狀

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。原壩體結構為埋石混凝土，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，影響城區防洪安全，加上溢流壩下游消能防沖設施已完全沖毀，壩基遭到水流淘刷，下游沖坑深度達2.5m～3.8m，嚴重影響原壩體安全，而且經過多年運行，壩體表面多有損壞現象(麻面、疏松脫殼、凹凸不平)，因此，斷渠低水壩迫切需要修復改造。

斷渠堰改造工程是提高南江縣河道防洪能力，改善城區環境、提升形象，打造山水生態旅游休閑城鎮，促進招商引資，加快經濟發展的需要，也是南江縣城市建設發展的需要，更是維護革命老區社會穩定和諧的需要。

2.2 斷渠堰改造方案

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

斷渠堰位于養生潭景區內，因此，在實現水流控制功能的基礎上，還需要考慮水閘融入周邊環境的問題[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構翻板閘門。該閘門在過洪時，閘門可全部放倒、平臥，行洪能力好，且結構簡單，安裝簡便，投資較省。

經技術經濟綜合比較，選定斷渠堰修復改造工程方案為：保留原溢流壩，將原溢流壩降低3.0m后安裝4.0m高的臥床式鋼結構翻板閘門擋水。

結構布置如圖1所示。閘寬110.0m，采用10扇11.0m×4.0m(寬×高)臥床式鋼結構翻板閘門，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后抗滑穩定系數無法滿足規范要求，需對壩體進行培厚加固。為方便施工，在原壩體后面加5.0m長的新壩體，新壩體采用C20埋石混凝土，加固后壩基寬度17.0m。整個溢流堰表面澆筑20cm厚HFC30鋼筋混凝土，并且在閘門預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φ18插筋連接，插筋間、排距1.0m。

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

3 斷渠改造對河道行洪能力的提升

3.1 防洪標準

斷渠低水壩修復改造工程屬單一的景觀水閘項目，設計使用壽命為50年。依據SL 252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和SL 265-2016《水閘設計規范》的規定，確定水閘樞紐工程等級為大(2)型，主要建筑物等級為2級，次要建筑物3級，施工臨時建筑物4級。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《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規定，該工程設計洪水標準宜按平原、濱海區確定。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和《水閘設計規范》規定，攔河閘設計洪水重現期為30年一遇，相應洪峰流量為2760m3/s；校核洪水重現期應為100年一遇，相應洪峰流量為3720m3/s。

圖1 斷渠堰修復改造方案

3.2 對河道行洪能力的影響

原有斷渠低水壩為實用堰，堰頂高程482.95m，泄流總凈寬110.50m。斷渠低水壩本次修復采用翻板閘擋水，堰頂高程479.95m，閘頂高程482.95m，泄流總凈寬110.50m，根據SL 265-2016《水閘設計規范》，泄流能力按以下公式計算：

式中：m——流量系數；σs——淹沒系數；ε——側收縮系數；B——溢流凈寬。

圖2 斷渠改造對河道行洪能力的影響

根據河道實測大斷面及邊界條件，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泄流曲線上查算，采用HEC-RAS一維水力學模型進行計算，計算中考慮到了工程河段現狀已經建成龍渠大橋、《南江縣南江河碾盤小學至龍渠大橋段防洪堤工程可行性研究報告》規劃的堤線及現有的堤防的影響，計算結果如圖3所示。根據計算，遭遇20年一遇洪水時，工程河段水位較現狀水位降低0.02m～2.41m；遭遇30年一遇洪水時，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水時，河段水位降低0.1m～2.98m。相對現狀，改造后在閘前河段大幅降低了河道水位，越往上游對河段水位降低越小，總體來說對河段泄洪是極為有利的。

4 斷渠改造對濱河景觀的影響

南江縣城養生潭濕地公園項目位于南江縣城北出口，地處公山幾水“太極圖”中心區域，北依斷

圖3 工程河段水位變化

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

渠地質公園，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，區位優勢明顯。但長期以來，該項目區基礎設施落后，管網混亂，出行不便，企業生存難，群眾生活難。南江縣委、縣政府順應民意，圍繞“山水生態園林旅游城市”目標，承接光霧山旅游集散任務，堅持以自然為本、人與自然和諧相處的法則，結合古地質、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”建設理念，將該區域打造成濕地公園，為廣大市民提供休憩娛樂場所。

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

圖4 南江縣養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，而養生潭片區景觀規劃區生態濕地區高程約為484m，此時位于養生潭景區尾部的CS4水文斷面處過流能力約為223m3/s，遠小于P=50%(即2年一遇)的洪水704m3/s。可見此時養生潭片區景觀規劃區防洪標準過低，新建濕地會頻繁被淹甚至水毀，經濟損失較大。若要提高防洪標準，整體抬高景區高程的話又將導致景區面積縮小，景觀效果大打折扣，因此，對斷渠堰的改造很有必要。采用將現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，正常蓄水位比現狀抬高1m，至483.95m，相應的養生潭片區景觀規劃區生態濕地區高程也抬高1m，至485m高程。此時水面寬度增大，斷渠堰改造后，養生潭片區CS4水文斷面處，在紅魚洞水庫建成前防洪標準可達P=15.6%(即6.4年一遇)，紅魚洞水庫建成后防洪標準可達P=7.68%(即13年一遇)。這樣既滿足生態濕地對閘壩水位的要求，也可滿足生態濕地的防洪要求。

2019年8月3日，南江河南江縣城養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日洪水對濕地公園的影響。

5 結語

(1)臥床式鋼結構翻板閘門無閘墩、無啟閉排架、景觀效果好，行洪能力好，結構簡單，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后安裝臥床式鋼結構翻板閘門，在遭遇30年一遇洪水時，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水時，河段水位降低0.1m～2.98m。相對現狀，改造后閘前河段河道水位大幅降低，對河段泄洪是極為有利的。

(3)在固定堰改造時，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準，是減少濱河景觀淹沒和水毀損失的有效途徑。