广通河水系和政县段生态治理工程中泄洪箱涵规模分析

郭 蔚

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 概况

广通河水系和政县段生态综合治理工程位于甘肃省临夏回族自治州南部太子山脚下的和政县，距兰州市116 km。

广通河为黄河支流洮河一级支流，发源于太子山中部，上游称新营河，由南向北东流，经和政、广河等县，在广河县注入洮河，全长88.5 km，流域面积1598 km2，平均比降8.65‰。支流牙塘河及大南岔河在和政县城南1 km处汇合后称为广通河。广通河水系和政县段生态治理工程涉及牙塘河、大南岔河和广通河共3 条河流，治理范围主要为三条河的交汇区域，全长5.46 km。

治理河段已建水利工程有大南岔河入汇口的九龙壁跌水一座（人工湖），三河水库拦水坝等。由于上游牙塘河水土保持措施薄弱，牙塘河汛期泥沙含量较大，加之三河水库经过十多年运行，现状基本淤满，需要清淤疏浚；河段内防洪体系不完善，水环境、水生态功能脆弱，影响了和政县城的整体形象，制约着县城经济的发展。

为改善城市生态环境，实现乡村振兴，建设和政县特色小镇，开展广通河水系生态综合治理，提高广通河行洪能力，改善河道现状、区域环境、生态环境，减少水库淤积，是十分必要的。同时，作为少数民族聚集地，该项目的实施，能确保防护区人民群众生命财产安全，促进各民族团结及社会稳定，为城市经济发展提供基础性支持，拓展城市骨架，拉动城市相关产业的发展，从而带动和促进该流域的社会经济持续发展，为市民创建一座健康、整洁、优美、人与自然和谐共生的现代化城市。

2 工程总体布局方案

和政县城内，河流水系得天独厚，自然景观资源丰富，文化积淀深厚。工程在河流总体规划和行洪安全的基础上，结合河流特性及已成工程现状和区域地形地貌，重点打造牙塘河及广通河的生态水景观。在牙塘河与大南岔河汇合口，结合现有的拦水坝，九龙瀑布，对三河水库进行清淤，利用清淤土方，布置湖心岛，湖心岛四面环水，打造优美的水面景观，并结合牙塘河、大南岔河及广通河多级液压坝及跌水堰的建设，自上而下形成整体、连续的景观水面，湖心岛、湿地与两岸以人行景观桥相连接，营造一个水岸关系多样化的滨河城市绿地空间，为整个县城的发展提高品位，打下基础。

由于治理河段上游分布有牙塘河支流小南岔河，汛期发生洪水的频率相对较高，且广通河泥沙大都来自于牙塘河，大南岔河植被较好、泥沙含量较小。为了解决汛期洪水安全下泄，解决洪水泥沙与蓄水的矛盾，减少泥沙淤积，营造蓄水景观效果，同时延长塌坝蓄水的运行周期，特别是解决夏季汛期城市最需要蓄水景观但遭遇洪水泥沙不能蓄水等问题，故采用清洪分治方案对工程区牙塘河和广通河河段进行河道治理。从河道治理整体效果方面考虑，设计采用泄洪箱涵将河道分为两部分，靠近牙塘河、广通河右岸为蓄水区，牙塘河、广通河左岸为泄洪箱涵，将小洪水通过泄洪箱涵引至蓄水区下游；泄洪箱涵顶部布设亲水平台，使泄洪箱涵兼具泄洪排沙和亲水平台的作用，同时与左侧堤防形成整体，提高了堤防的安全性。

图1 广通河水系和政县段生态治理工程总体布局示意图

3 泄洪箱涵规模确定

泄洪箱涵规模的确定对于清洪分治方案的实施效果至关重要。因此，在对箱涵型式及结构尺寸设计之前，应首先进行泄洪箱涵规模的确定。

3.1 箱涵泄洪规模分析

箱涵的规模既要满足安全下泄一定标准下的洪水，减小蓄水区泥沙淤积和塌坝泄空频率；同时根据项目实际情况，箱涵不宜太高影响过河桥墩和桥底板高程，也不宜过宽影响蓄水景观效果。

有研究表明[1]，河流输沙量并不随流量单调增加，而是在达到最大输沙量后逐步减小。在流量与输沙量的关系图中，流量在接近造床流量的过程中，输沙量会显著提高，而当流量大于造床流量后，输沙能力减小，造成河床淤积。因此，为解决中小洪水的泥沙问题，采用箱涵泄洪排沙时，箱涵选取造床流量作为其泄洪的过流流量是合理且经济的。通常，采用平滩流量作为造床流量，即重现期为1年～2年之间的流量[2]。

因此，设计时应综合考虑工程区河道的实际状况，确定箱涵过流的具体流量，保证箱涵满足一定洪水的泄洪要求，同时又要使蓄水区尽量宽，以满足景观效果。根据洪水分析成果，牙塘河1 年一遇洪水流量为54.7 m3/s，2 年一遇洪水流量为73 m3/s。因此，将1 年一遇洪水和2 年一遇洪水作为箱涵泄流规模进行分析比较。

3.2 泄水箱涵规模比较

根据治理河段比降、河宽、堤防高度、泄流量等情况，借鉴类似工程的成功经验，采用钢筋砼矩形槽断面；由于康和大桥净空有限，受桥梁高度的限制，箱涵高度不宜大于3.0 m，因此，断面形式需要采用宽浅式。箱涵水深按不高于20 年一遇洪水位控制进行方案比较。

（1）方案一：箱涵的泄流规模为1 年一遇

该方案箱涵泄流规模按照1 年一遇洪水，即牙塘河泄量为54.7 m3/s。

牙塘河设计防洪标准应为50 年一遇，相应洪水流量为477 m3/s，河道内水深约为1.0 m～3.0 m，箱涵按照平均水深取2.0 m进行控制，经水力分析计算，箱涵顶高程在满足蓄水区挡水要求的同时，在槽内设计水位以上加安全超高0.5 m左右，牙塘河箱涵过洪尺寸为4.0 m×2.8 m 。

（2）方案二：箱涵的泄流规模为2 年一遇

该方案箱涵泄流规模按照2 年一遇洪水，即牙塘河泄量为73 m3/s。箱涵按照平均水深取2.0 m进行控制，经水力分析计算，箱涵顶高程在满足蓄水区挡水要求的同时，在槽内设计水位以上加安全超高0.5 m左右，牙塘河箱涵过洪尺寸为6.0 m×2.3 m。

上述两个方案各有优缺点及经济比较见表1。

表1 箱涵泄流规模比较表

3.3 泄水箱涵规模确定

从表1比较结果看，方案一箱涵泄洪能力相对较低，工程运行后，塌坝次数较多，这样，不但需水量加大，运行管理成本也增加。两个方案在同样满足泄流及水深一致的前提下，方案一泄流规模为1 年一遇，箱涵宽度为4.0 m，方案二泄流规模为2 年一遇，箱涵宽度为6.0 m，两个方案泄流能力相差较大，但工程直接费相差287.72万元，投资相差较小。为了提高箱涵过洪能力，降低蓄水区过洪几率，减少挡水建筑物塌坝次数，特别是可有效延长夏季汛期蓄水区的运行周期，选用方案二较为合理，即箱涵的泄流规模为2 年一遇的过洪能力，箱涵过洪宽度为6 m，高度为2.3 m。

4 结语

在河道生态治理工程中，常采用箱涵过洪的型式来对河道进行清洪分治，营造城市河道蓄水景观。本文结合广通河水系和政县段生态综合治理工程实际情况，综合考虑箱涵过洪能力、景观蓄水效果、建筑物交叉、运行管理、工程投资等各方面进行分析比选，得出较为合理泄洪规模，型式及结构尺寸，解决了洪水泥沙与蓄水的矛盾、蓄水区泥沙淤积、蓄水区频繁塌坝等问题，延长了蓄水区的运行周期。广通河水系和政县段水生态环境的改善，提高了人居环境质量，促进了人水和谐，完善了城市功能，为和政县构建自然生态、活力亲水、魅力特色的滨水生态廊道。通过本文对清洪分治方案中泄洪箱涵规模分析确定，可为同类工程设计提供一定参考价值。