改造旧堰提升河道及滨河景观防洪能力的探索与实践

胡均德，陈李欢，郑智文，陈 建

(1.南江县水务建设投资开发有限公司，四川 南江，635600；2.四川鑫盛天睿工程设计咨询有限公司，成都，610065；3.南江县河湖管理保护中心，四川 南江，635600)

1 引言

城市与河流之间，自古以来就有着与生俱来的紧密联系[1-3]。随着工业化和城市化进程的不断加快，人们对滨水环境的要求也越来越高[2-5]。城市河道既承载水利及防洪功能，又是城市开敞景观空间的核心部分，近年来滨河景观在汛期被淹没甚至发生水毁的事件屡见不鲜，造成了很大的经济损失和社会影响[1]。因此，如何处理好滨河景观与防洪之间的矛盾无疑成为当前城市河道综合治理面临的重要课题[3-7]。

山区河道由于汛期与枯期流量差别很大，为了在枯期获得理想的水域面积，各种堰闸是普遍采用的壅水建筑物型式[6]。南江县出于取水和景观的需要在南江河上修建了断渠堰，为混凝土实用堰，经过20余年的运行，不但坝体损伤严重，还影响行洪，并导致养身潭景区防洪标准过低。本文以断渠堰改造工程为例，简要地介绍了通过改造旧堰提升河道及滨河景观防洪能力的方法，以期对后续类似工程提供参考和借鉴。

2 工程概况

断渠位于米仓山南麓的南江县境内的南江河上，南江县属川陕两省交界的一个革命老区县，距陕西汉中市150km，距成都市507km。南江河为巴河正源，发源于南江县玉泉乡平溪村的铁船山，南江河流域面积2880km2，其中南江县境内流域面积2347.4km2，河道长121.7km，天然落差134.6m，河道平均比降11‰。南江河在县城区河段长约7km，河段弯道较多及转弯角度大。

2.1 断渠堰现状

断渠低水坝修建于1997年，其主要功能是景观壅水和取水，溢流坝段长110.5m，最大坝高10.5m，最大坝底宽度12.0m，溢流堰顶高程482.95m。原坝体结构为埋石混凝土，外包C20混凝土。原溢流坝坝顶较高，造成坝址以上河段壅水高度很大，降低了河段的行洪能力，影响城区防洪安全，加上溢流坝下游消能防冲设施已完全冲毁，坝基遭到水流淘刷，下游冲坑深度达2.5m～3.8m，严重影响原坝体安全，而且经过多年运行，坝体表面多有损坏现象(麻面、疏松脱壳、凹凸不平)，因此，断渠低水坝迫切需要修复改造。

断渠堰改造工程是提高南江县河道防洪能力，改善城区环境、提升形象，打造山水生态旅游休闲城镇，促进招商引资，加快经济发展的需要，也是南江县城市建设发展的需要，更是维护革命老区社会稳定和谐的需要。

2.2 断渠堰改造方案

断渠堰改造主要任务是提升河道防洪能力，维持建筑物安全，打造上游水环境，因此，选择了拆除部分堰体，降低堰顶高程，堰顶设水闸，下游设消能防冲设施的方案。

断渠堰位于养生潭景区内，因此，在实现水流控制功能的基础上，还需要考虑水闸融入周边环境的问题[6]。闸门型式选择了无闸墩、无启闭排架、景观效果好的卧床式钢结构翻板闸门。该闸门在过洪时，闸门可全部放倒、平卧，行洪能力好，且结构简单，安装简便，投资较省。

经技术经济综合比较，选定断渠堰修复改造工程方案为：保留原溢流坝，将原溢流坝降低3.0m后安装4.0m高的卧床式钢结构翻板闸门挡水。

结构布置如图1所示。闸宽110.0m，采用10扇11.0m×4.0m(宽×高)卧床式钢结构翻板闸门，两扇闸门之间无中墩。闸底板采用宽顶堰型式，堰顶高程479.95m。因先坝顶拆除3.0m后抗滑稳定系数无法满足规范要求，需对坝体进行培厚加固。为方便施工，在原坝体后面加5.0m长的新坝体，新坝体采用C20埋石混凝土，加固后坝基宽度17.0m。整个溢流堰表面浇筑20cm厚HFC30钢筋混凝土，并且在闸门预埋件局部地方厚度增大，以满足闸门安装要求。新老混凝土之间用1.0m长φ18插筋连接，插筋间、排距1.0m。

闸后设45.0m长综合式消力池，池深1.3m，尾坎高度1.3m。消力池采用HFC30钢筋混凝土结构，底板厚度1.0m。为满足消力池抗浮要求，底板设9.0m长φ28抗浮锚杆，锚杆间、排距2.0m。消力池后铺设18.00m长干砌石海漫。

3 断渠改造对河道行洪能力的提升

3.1 防洪标准

断渠低水坝修复改造工程属单一的景观水闸项目，设计使用寿命为50年。依据SL 252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》和SL 265-2016《水闸设计规范》的规定，确定水闸枢纽工程等级为大(2)型，主要建筑物等级为2级，次要建筑物3级，施工临时建筑物4级。挡水建筑物高度仅10.5m，低于15m，上下游最大水位差7.4m，也未超过10m，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，该工程设计洪水标准宜按平原、滨海区确定。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》和《水闸设计规范》规定，拦河闸设计洪水重现期为30年一遇，相应洪峰流量为2760m3/s；校核洪水重现期应为100年一遇，相应洪峰流量为3720m3/s。

图1 断渠堰修复改造方案

3.2 对河道行洪能力的影响

原有断渠低水坝为实用堰，堰顶高程482.95m，泄流总净宽110.50m。断渠低水坝本次修复采用翻板闸挡水，堰顶高程479.95m，闸顶高程482.95m，泄流总净宽110.50m，根据SL 265-2016《水闸设计规范》，泄流能力按以下公式计算：

式中：m——流量系数；σs——淹没系数；ε——侧收缩系数；B——溢流净宽。

图2 断渠改造对河道行洪能力的影响

根据河道实测大断面及边界条件，采用天然河道水流能量方程推算河道水面线。水面线起推水位在闸坝相应泄流曲线上查算，采用HEC-RAS一维水力学模型进行计算，计算中考虑到了工程河段现状已经建成龙渠大桥、《南江县南江河碾盘小学至龙渠大桥段防洪堤工程可行性研究报告》规划的堤线及现有的堤防的影响，计算结果如图3所示。根据计算，遭遇20年一遇洪水时，工程河段水位较现状水位降低0.02m～2.41m；遭遇30年一遇洪水时，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水时，河段水位降低0.1m～2.98m。相对现状，改造后在闸前河段大幅降低了河道水位，越往上游对河段水位降低越小，总体来说对河段泄洪是极为有利的。

4 断渠改造对滨河景观的影响

南江县城养生潭湿地公园项目位于南江县城北出口，地处公山几水“太极图”中心区域，北依断

图3 工程河段水位变化

备注：工况一：现状水面线，即考虑工程河段现状已成堤防、闸坝工程；工况二：断渠低水坝改造修复后水面线，考虑在现状的基础上，将断渠低水坝改为翻板闸坝；工况三：断渠低水坝改造修复后水面线，考虑在现状的基础上，增加碾盘小学至龙渠大桥段防洪堤可研报告中规划的堤线，将断渠低水坝改为翻板闸坝。

渠地质公园，南接双拥森林公园，G242公路、巴陕高速、绕城东线、西线交汇贯通，交通便利，区位优势明显。但长期以来，该项目区基础设施落后，管网混乱，出行不便，企业生存难，群众生活难。南江县委、县政府顺应民意，围绕“山水生态园林旅游城市”目标，承接光雾山旅游集散任务，坚持以自然为本、人与自然和谐相处的法则，结合古地质、古人类遗迹、红军、佛教等相互辉映的深厚文化，引入“海绵城市”建设理念，将该区域打造成湿地公园，为广大市民提供休憩娱乐场所。

该湿地公园以河滩生态湿地公园为主题，其中包括河道亲水景观体验园；水码头渡船和船工体验活动园；河滩玩耍亲水活动体验园；生态防洪堤绿地园。该湿地公园部分保留现有的地形地貌基本不变。效果如图4所示。

图4 南江县养生潭景效果图及断渠堰位置

断渠堰改造前闸坝正常蓄水位为482.95m，而养生潭片区景观规划区生态湿地区高程约为484m，此时位于养生潭景区尾部的CS4水文断面处过流能力约为223m3/s，远小于P=50%(即2年一遇)的洪水704m3/s。可见此时养生潭片区景观规划区防洪标准过低，新建湿地会频繁被淹甚至水毁，经济损失较大。若要提高防洪标准，整体抬高景区高程的话又将导致景区面积缩小，景观效果大打折扣，因此，对断渠堰的改造很有必要。采用将现状溢流堰顶部分混凝土拆除3m后安装4m高翻板闸门的改造方案后，正常蓄水位比现状抬高1m，至483.95m，相应的养生潭片区景观规划区生态湿地区高程也抬高1m，至485m高程。此时水面宽度增大，断渠堰改造后，养生潭片区CS4水文断面处，在红鱼洞水库建成前防洪标准可达P=15.6%(即6.4年一遇)，红鱼洞水库建成后防洪标准可达P=7.68%(即13年一遇)。这样既满足生态湿地对闸坝水位的要求，也可满足生态湿地的防洪要求。

2019年8月3日，南江河南江县城养身潭湿地公园段洪水水位485.14m，洪水流量1412m3/s，洪水频率约P=19%，约为5.26年一遇洪水。由于采取了抬高闸坝蓄水位，提高养身潭湿地公园的建基面高程的工程处理措施，成功地避免了2019年8月3日洪水对湿地公园的影响。

5 结语

(1)卧床式钢结构翻板闸门无闸墩、无启闭排架、景观效果好，行洪能力好，结构简单，投资较省，可作为滨河景观壅水建筑物是合适的。

(2)将原溢流坝降低3.0m后安装卧床式钢结构翻板闸门，在遭遇30年一遇洪水时，河段水位降低0.06m～2.92m；遭遇100年一遇洪水时，河段水位降低0.1m～2.98m。相对现状，改造后闸前河段河道水位大幅降低，对河段泄洪是极为有利的。

(3)在固定堰改造时，采取抬高闸坝蓄水位的方式，既可增加水域面积，又能提高滨河景观的防洪标准，是减少滨河景观淹没和水毁损失的有效途径。