河道修復加固工程防洪的影響評價

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河道修復是水利工程中常見的工程措施，防洪影響評價也是進一步分析工程措施建設效果的有效方式。防洪評價主要采用水文分析計算推求設計洪水，根據防洪評價的工作內容和相關計算的數據結果，對河道修復工程建設的防洪安全影響進行綜合評價。萬家寨水利樞紐位于黃河北干流上段托克托至龍口峽谷河段內，是黃河中游規劃開發的8個梯級中的第一個工程，也是山西省引黃入晉工程的龍頭工程，其左岸為山西省偏關縣，右岸為內蒙古自治區準格爾旗。萬家寨水利樞紐中孔首次高水位單獨運用，完成了970m以上水位區間的階段性試驗工作，試驗過程中由于受下游河道淤積以及泄流流態影響，造成左岸下游防護局部損毀。根據此次大壩中孔泄流試驗觀測情況，中孔4孔全開時泄流量達到2920m3/s時，受下游河道淤積影響，下泄水流偏向左岸，受大青溝溝口地形頂托，大青溝溝口處水流折沖嚴重，大青溝溝口處水流已翻越防護擋墻904.5m高程，造成904.5m高程及以上護坡鉛絲石籠防護部分損壞，同時大青溝溝口混凝土防護底板基礎部分淘空，溝口下游側擋墻基礎淘刷嚴重，防護擋墻及護坡部分損毀，給下游護坡的安全運行及下游河道的行洪安全帶來極大隱患，需進行修復加固，同時需對萬家寨下游河道左岸修復加固工程項目進行防洪影響評價工作。

項目概況及防護措施

項目區概況

項目區下游左岸尾水河道左岸防護從防沖板末端壩下0+148~0+351段為重力式擋土墻，根據業主提供的運行過程中相關資料及現場勘查情況，此段防護在中孔泄流試驗中未發生損毀。壩下0+351~大青溝口上游側0+567.56m段防護在中孔泄流試驗期間，下泄水流越過擋墻頂部，靠近大青溝溝口部位904.5m平臺及斜坡段鉛絲石籠防護局部發生損毀，部分鉛絲石籠被沖毀，護坡局部塌陷。大青溝溝口混凝土防護在中孔泄流試驗期間底部淘刷嚴重，混凝土防護底部脫空嚴重，混凝土防護面板開裂。同時混凝土板表面因長期沖刷磨蝕，表層鋼筋已出露并銹蝕嚴重。大青溝口下游側至凈水廠上游側防護在中孔泄流試驗期間，受河床淤積及折沖水流的沖擊影響，原設計防護擋墻及護坡已部分損毀。

防護措施

對現狀904.5m高程鉛絲石籠防護頂部找平后鋪設土工布并增加30cm厚度C30鋼筋混凝土防護，混凝土分縫尺寸2.5×2.5m（長×寬），縫間鋼筋不斷開，縫內回填閉孔泡沫板，平段與斜坡間設置分縫，904.5m高程至908.0m高程間斜坡同樣采用30cm厚度C30鋼筋混凝土進行防護，混凝土分縫尺寸2.5×3.1m（長×寬）。現狀大青溝溝口由于水流沖刷，造成局部淘空，影響防護穩定。本次防護設計對原混凝土板表層鑿毛并增加插筋后增設30cm厚度鋼筋混凝土防護，并對底板原基礎進行鉆孔回填灌漿處理。對防護底板前端新增混凝土擋墻，墻后回填砂礫石表層設置混凝土防護板與原防護銜接。同時在新建擋墻前端采用拋石進行防沖處理，拋填塊石粒徑不小于80cm。此段防護推薦采用混凝土墻式護岸+坡式護岸的組合防護型式，同時為增強護岸基礎穩定，混凝土擋墻基礎需坐落在基巖上，并在擋墻底部增設錨筋樁增強擋墻穩定。擋墻采用重力式擋墻，墻頂寬度0.6m，底寬6.0m，擋墻高度9m（最終以實際巖石基礎面高度為準），內側坡度1：0.5，基礎部位設置高度1m基座。擋墻每間隔10m設一分縫，縫寬2cm，縫內填充高壓閉孔泡沫板并設置橡膠止水。底部錨筋樁長度L為6m，入巖深度3m，錨筋采用4根Φ28鋼筋，間距1.5m，排距2m。高程906.0m以上采用50cm混凝土護坡方式進行防護，護坡設置排水孔，護坡坡度為1：1.5，護坡頂高程908.0m，護坡頂部設置寬度1m壓頂板。對已損毀院落圍墻進行重新砌筑。評價方法收集整理評價區域水利規劃，地物、地貌、水文、野外河道勘測等資料，并利用水文資料進行分析，在全面分析的基礎上，從項目建設對流域規劃、河道防洪、河勢演變等影響以及河道行洪沖刷對河岸安全影響的角度進行分析論證，確保成果結論的科學性和嚴謹性。依據規范規定，參考有關的技術文獻，并根據評價區的流域特性、河道特征有針對性地選取計算參數、公式、采用合理的計算成果。

防洪評價計算

水文分析計算

萬家寨水利樞紐位于東徑111°26′，北緯39°34′，黃河中游的上段。左岸為山西省偏關縣，右岸為內蒙古自治區準格爾旗。壩址以上流域面積394813km2。自拐上進入峽谷河段，比降較大，萬家寨河段比降為1.24‰，河寬300m到500m，呈U形河槽。萬家寨水利樞紐地處黃土高原區，該區高程一般在1000~2000m之間，氣候干旱、降水量較少、植被較差，水土流失嚴重。壩址上游14km有支流楊家川匯入黃河，流域面積1002km2；57km處有紅河匯入，流域面積5533km2。壩址下游0.5km，有大青溝匯入，該溝道長9.7km，流域面積21.4km2，平均比降5%。溝道寬度100m左右，兩岸山崖陡峭，河床為大塊石及砂卵石覆蓋，間有基巖出露。萬家寨水利樞紐位于屬溫帶大陸性季風氣候的西北黃土高原區。冬季受蒙古冷高壓控制，多西北風，氣候寒冷干燥，雨雪稀少且多風沙。夏季因本區處于內陸深處，天氣干燥炎熱，降水多以短歷時暴雨形式出現，大面積長歷時的降水較少。年降水量在300~500mm之間，水面蒸發量全年為2000mm，在干旱少雨的4~6月，蒸發量約占全年一半左右。年平均氣溫在7℃左右，溫差較大。冬季時間長，春秋時間短，四季分明。

洪水設計標準

根據相關研究結果，工程所在河段河道平緩，灘寬200m左右，河道比降約為1.7‰，河道糙率主槽取0.02~0.025，灘地取0.035~0.045。采用曼寧公式可以推算出現狀水位—流量關系，萬家寨樞紐設計防洪標準為1000年一遇，萬家寨大壩至黃河大橋間河段布置有大壩泄洪效能設施、上壩道路及連接兩岸上壩道路的黃河大橋，以上均屬于萬家寨樞紐工程的一部分，因此，攔河壩下游該段護坡工程采用正常運用（設計）洪水標準洪水重現期為1000年（千年一遇），相應入庫洪峰流量為16500m3/s，下泄流量為7899m3/s。洪水計算本次設計洪水計算，因萬家寨大壩與大青溝口區間距離較短，攔河壩正常運用（設計）洪水標準洪水重現期為1000年（千年一遇），相應入庫洪峰流量為16500m3/s，下泄流量為7899m3/s；大青溝流域內無水文站，也無實測水文資料，本次采用《山西省水文計算手冊》的計算方法進行計算。工程控制流域特征參數見表1。流域內無水文測站，屬無資料地區，設計洪水計算采用《山西省水文計算手冊》中提供的流域模型法和推理公式法進行計算。依據《手冊》附圖一，本工程所在范圍位于北區，流域暴雨計算選定一個定點，其各標準歷時暴雨均值、Cv見表2，流域的產、匯流地類參數見表3~5。根據以上數據與參數以及《手冊》提供的計算方法計算得到洪水洪峰流量成果，見表6。

防洪綜合評價

防洪標準符合性分析

護坡工程設計防洪標準達到30年一遇，符合《防洪標準》（GB50201-2014）的要求，根據《黃河河道管理范圍內建設項目技術審查標準》的規定，設計洪水除滿足建設項目自身防洪標準外，還應與建設項目所在河段的防洪及水電工程標準協調。經分析，建設項目無法抵御超標準洪水。根據《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國河道管理條例》和《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》，對壅水、阻水嚴重的橋梁、引道、碼頭和其他跨河工程設施，根據國家規定的防洪標準，由河道主管機關提出意見并報經人民政府批準，責成原建設單位在規定的期限內改建或者拆除。汛期影響防洪安全的，必須服從防汛指揮部的緊急處理決定。對行洪安全的影響分析建設項目屬于護岸加固，對河道行洪的影響體現在整個涉及河段的區域，該項目建設范圍均在1000年一遇洪水線以外區域，基本不影響河道正常行洪。當遭遇特大洪水時，擋墻一定程度阻礙洪水通過，同時上游漂浮物可能懸浮、附著甚至形成垃圾擁擠，造成灘區行洪阻水和壅水。工程建設應避免洪水期，同時減少運行管理對環境及河道行洪、水質等的影響。本次評價范圍內左岸護坡擋墻不會對河道行洪產生大的影響。

對河勢穩定的影響

本建設項目位于萬家寨下游河道左岸，分別對壩下0+351~0+567.56m段904.5m-908.0m高程平臺的現有鉛絲石籠防護基礎表層上采取混凝土板防護；大青溝溝口混凝土防護底板前端增設混凝土擋墻（擋墻基礎坐落在基巖上），擋墻后進行砂礫石回填，并對擋墻底部前端增設拋石防護，對溝口表層混凝土防護板進行加固處理；大青溝溝口下游至凈水廠上游側損毀段采用混凝土擋墻+貼坡混凝土護坡型式進行修復，混凝土擋墻基礎坐落在巖基上；現狀凈水廠至黃河大橋段河道混凝土貼坡防護頂高程902.0m~905.0m采用混凝土板防護進行加固處理。上述修復加固工程均是在原址上進行，從而一般條件下不影響本河段河勢。

對現有防洪工程、河道整治工程及其它水利工程與設施影響分析

為保證下游左岸進場道路、水廠及黃河大橋安全，根據現狀下游河道沖淤情況及中孔泄流試驗觀察情況，對下游河道清渣深度需達到原河道河底設計水位高程。黃河大橋橋墩基礎埋深10m，灌注樁樁深45m，橋梁橋墩基礎埋深滿足安全埋深的要求，改造后對大橋沖刷無影響。對防汛搶險的影響分析坡面修復工程頂高程為908m，該段河道壩下0+351~大青溝口段設計水位904.24，安全超高為3.76m，滿足防汛搶險要求；大青溝溝口下游至凈水廠設計水位904.27m，安全超高為高2.51m~2.73m，滿足防汛搶險要求；凈水廠至黃河大橋段設計水位904.27m，此段僅有武警營地和黃河大橋，安全超高為高2.23m~3.93m，水位對其無淹沒影響，同樣滿足防汛搶險要求。對第三人合法水事權益的影響分析萬家寨電站下游河道左岸大青溝口段修復加固工程所在河段有凈水廠取水泵站和凈水廠餐廳各1座。凈水廠取水泵站位于河道左岸0+903岸坡頂，為凈水廠備用水源，高程為907.0m，根據壅水計算分析可知，該處設計水位為904.27m，不影響泵站取水。凈水廠餐廳位于河道左岸0+885處護坡上，底部為透水立柱結構，餐廳樓板底部高程906.78m，根據壅水計算分析可知，該處設計水位為904.27m，透水立柱基本不影響行洪，餐廳樓板底部高程高于設計洪水位2.51m，洪水對餐廳不會造成淹沒影響。該段護岸采用0.3m厚混凝土護坡，其在現狀邊坡底部鋪設土工布基礎上直接鋪設，不會影響餐廳立柱及其基礎，對餐廳一層框架結構不會造成影響。技術總結修復加固工程對萬家寨水庫下游1.25km范圍內改善保障行洪安全，提高了護岸在極端工況下的抗沖刷能力，不僅有利于工程安全運行及河道防洪安全，更有利于工程效益的發揮，因此，修復工程是十分必要的。該工程設計防洪標準為30年一遇，大壩至黃河大橋間河段的影響范圍按照1000年計算最大壅水高度在0.04m，由于左岸護坡加高，其產生的壅水高度不影響正常行洪。在30年一遇洪水條件下，一般沖刷后水深1.25m，在1000年一遇洪水條件下，一般沖刷后水深1.89m；在30年一遇洪水條件下，局部最大沖刷深度為0.98m，在1000年一遇洪水條件下，局部最大沖刷深度為1.34m。坡面修復工程頂高程為908m，該段河道下0+351~大青溝口上游側0+567.56m段設計水位904.24，超高為3.76m，水位對路面無淹沒影響，滿足防汛搶險要求；大青溝溝口下游至凈水廠上游側防護段設計水位904.27m，安全超高為2.51m~2.73mm，水位對路面無淹沒影響，滿足防汛搶險要求。凈水廠至黃河大橋段設計水位904.27m，此段僅有武警營地和黃河大橋，安全超高為2.23m~3.93m，水位對路面無淹沒影響，滿足防汛搶險要求。

相關建議

項目施工過程中如損壞原河道護岸，施工完成后需及時按設計斷面恢復，并使護岸上下游平順銜接。由于汛期可能發生坍塌、漫溢等險情，工程運行管理部門應密切關注河岸沖刷、塌岸、邊坡穩定性等問題，做好重點防護，做好防洪應急預案以及項目區內工程被破壞后的應急方案。對于護岸修復工程的影響需進一步觀測。若對河道整治工程、堤岸防護工程產生影響，需進行相關分析，并采取一定的補救措施。護坡工程實施期間，應加強水環境保護，規劃施工物料堆放區域，明確物料存放位置，避免和減運行期間的產生的廢物對環境及河道行洪、水質等的影響，嚴禁向河道內棄渣、排污。施工期要與河道主管部門、水情部門根據洪水預報合理安排施工導流及施工工期，以確保順利施工。因工程建設需要在河道管理范圍內施工，建設單位應與河道管理部門保持聯系，協商河道管理范圍內的土地征、占、用等問題以及管理范圍內地貌、護岸等水利設施的損毀和恢復問題。

作者：谷瓊瓊 王璞如