汾河一坝下游滚水坝建设研究

岳 强

（山西省汾河灌溉管理局一坝分局，山西 太原 030002）

1 问题提出

汾河出兰村山口，河道由150 m左右拓宽到300～500 m，大量河沙在此淤积。由于沙层厚、沙质好，非法采砂活动十分猖獗。巨大的沙坑遍布河床，对河道和周围生态破坏十分严重，不仅无法行洪过水，而且严重威胁两岸堤防和桥梁等建筑物的安全。

为修复汾河流域生态环境，2008年山西省水利厅启动了清水复流工程。当年2—3月，汾河灌区结合春浇灌溉情况，制定了局部供水，打通流路，为清水复流创造了条件。但打通后河槽下切10 m左右，太钢输矿粉管悬空8 m，跨30 m。汾河一坝站上下游建筑物受淘刷严重，局部被冲毁。

2 滚水坝建设必要性分析

20世纪90年代，汾河一坝枢纽所在河段河道坡降为1‰～1.63‰，该段河道基本冲淤平衡，河床稳定，各建筑物基本正常运行。但由于人工挖砂使河道冲淤平衡遭到破坏，汾河一坝枢纽下游河道逐年下切，坡降增大到20‰，致使河流流速加大，冲刷加剧，一坝枢纽无法安全下泄上游来水。

汾河一坝枢纽位于太原市尖草坪区，区内分布有太原钢铁公司、太原市第二热电厂等大型企业，该河段的安全事关太原市的经济安全和社会稳定，因此，必须尽早对汾河一坝枢纽进行保护。采用滚水坝可以抬高水位、防止或减少冲刷，是解决沙坑破坏河道问题较好的办法之一。

3 工程实施情况

3.1 工程地质

滚水坝位于汾河一坝枢纽下游400 m处，该处汾河流向 S15°～20°E，主河槽居中间偏右岸，宽 50～80 m，左侧形成河漫滩，谷底较平坦，高程789.0～791.5 m，左右岸为Ⅰ级堆积阶地和防洪堤，高出河床8～10 m，坡度30°～60°。汾河Ⅰ级堆积地阶面高出河床3～5 m，阶面较宽，主要由全新统早期洪冲积卵石混合土等组成。坝区出露地层主要为第四系全新统早、晚期洪冲积物和人工堆积物。

坝址区地下水位主要接受大气降水补给，地下水类型主要为松散岩类孔隙水，含水层为全新统早、晚期洪冲积卵石混合土、级配不良砂、级配不良砾等，富水性较好，地下水埋深大于15 m。河水补给地下水，为补给型河谷。

3.2 工程方案

该河段在太钢输矿粉管道上下游各有1个大沙坑，考虑沙坑填平后该段的河道坡降为2‰左右，出太钢输矿粉管道后，下游河道坡降2.3‰，接近采砂前坡降，基本稳定，初步制定了同时采用三种措施来控制侵蚀面的方案：一是在西冲砂闸口修建消力池，防止淘刷西冲砂闸；二是在第一个沙坑上游修建滚水坝，抬高水位并使其逐步淤积，保护一坝枢纽；三是在太钢输矿粉管道上修建钢桁架桥，保护太钢输矿粉管。

由于该处基底持力层为卵砾石层，两岸均为透水层，地基及两岸渗透严重，对坝体稳定不利。考虑坝体安全，设置坝高5 m，以上三种措施结合使用可将纵坡由20‰调整至9.3‰。工程投入运行后，该河段重新达到冲淤平衡需要一段时间，一坝枢纽出口会继续淘刷，所以此段时间仍需对枢纽的消能防冲设施进行保护。

3.3 工程等级确定

滚水坝总库容7.5万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本工程为小（二）型水库，工程等级为Ⅴ等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级，洪水标准设计采用20年一遇，相应洪峰流量2000m3/s。

3.4 工程设计

因滚水坝高度不够，形不成完整的WES曲线，所以选择了宽顶堰。滚水坝宽顶堰顶宽5 m，坝顶高程794 m，坝底高程 789 m，坝高 5 m，上游边坡 1∶0.6，下游边坡1∶0.8，下游消力池长13.5 m，池深1.0 m，海漫长40.0 m，海漫后接防冲槽，槽深1 m。宽顶堰采用M7.5砂浆砌石，表层为M10浆砌料石。

3.5 工程运行与管理

工程位于汾河一坝枢纽以下400 m，该处已有管理机构汾河一坝管理站，管理机构设置人员编制基本按现有规模不变，新增项目机构管理由原有职能科室承担，不再新增管理人员。汾河一坝管理站隶属汾河中下游水务管理局，其工程运行由汾河中下游水务管理局统一调配。

4 工程效益

该滚水坝是为保护汾河一坝枢纽防止或减少冲刷而建，建成后可抬高枢纽下游水位至794 m以上，下游纵坡从20‰调整到9.39‰。滚水坝投入运行后，可减少水流对坝体的冲刷，但要达到冲淤平衡还需要一段时间。待冲淤平衡后，枢纽下游段河道主槽将会稳定。

为保护太钢输矿粉管道，修建了钢桁架桥，将管线架高于797 m的高程上，保证了管线安全。

汾河一坝枢纽担负着向太原钢铁公司、太原第二热电厂以及下游2.4万hm2农田的灌溉任务，滚水坝建成后可为调节水库、保障供水安全、稳定当地经济发挥作用。

近年来，由于地下水的开采，太原市地下水位逐年下降，该地段地层透水性好，且滚水坝未对库区进行全面防渗，因此滚水坝建成后将对该区域地下水补给发挥很大作用。同时，可形成2万m2的水面，有效改善区域生态环境。