夏县白沙河城区段生态环境修复工程设计

SHANXI WATER RESOURCES夏县白沙河城区段生态环境修复工程设计刘志奇（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）［摘要］白沙河生态蓄水修复工程项目，地处温带大陆性季风气候区，居民饱受风沙之苦和干旱、洪涝之灾。

工程按照生态理念建设城市水系，将水面与岸边生态系统相连接，将城区水系改造成“城市之肾”，以增强水中污染物的自然降解能力，推动城市水资源循环利用。

通过生态蓄水项目的建设，可部分修复河道生态系统，增加河道的生态多样性，消除防洪安全隐患，形成水面和湿地景观，改善当地小气候，达到提高城市品位，改善城市生态环境的目的。

［关键词］生态蓄水；景观堰；钢坝闸；气盾坝［中图分类号］TU991.34［文献标识码］C［文章编号］1004-7042（2018）06-0026-021工程概况白沙河治理段河道位于夏县城区，范围为白沙河水库下游至临夏线拟建白沙河桥下游，河道治理长度为5.15km，其中白沙河治理长度为4.85km，赤峪河治理长度为0.3km。

白沙河水库至西大桥段现状可满足河道防洪要求，除局部需调整外，大部分堤防控制线保持原状不变；西大桥下游至拟建桥段河道向左岸拓宽，并新建左岸堤防，新建及加高堤防长度为1.8km。

对白沙河蓄水回水影响范围内的赤峪河进行防护，防护长度为300m。

根据夏县城市规模、等级和《防洪标准》（GB 50201-2014），并结合城市发展及两侧企业防洪要求，确定工程设计防洪标准为30a一遇。

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）确定堤防等级为3级。

工程蓄水面积为19.79万m2，蓄水量为28.77万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）确定壅水建筑物等级为吁等5级。

2蓄水工程设计2.1设计理念以“生态治理，人水和谐”为设计理念，本着“水安全、水生态、水环境”三位一体对河道进行治理。

通过项目的实施，实现治理段河道的“安全、生态、活水、净水、亲水”的目标，建设成集防洪、蓄水、生态、人文为一体的城市生态景观水系。

以完善城市功能、提升城市品位，为游人提供良好的生态休闲场所。

2.2设计原则防洪优先的原则。

以河道为主线的水系治理工程，首先以城市防洪安全为主，在河道达到设计防洪标准的前提下，对河道进行蓄水绿化及生态建设。

保留及利用现状的原则。

河道现状已有部分景观，如岸坡绿化、园路、观景平台等，综合比较考虑投资、景观效果等的前提下部分保留。

设计中的绿地水面高程等都与保留下的现有建筑物位置、高程结合，使保留景观与新建景观工程达到无缝连接。

挖填平衡、节约投资的原则。

本工程在河道现状滩地进行主槽开挖，形成水面。

对两岸滩地进行回填，形成河道绿化带。

本工程有上游缺少土方，下游土方较多的特点。

在确定河道岸边高程时，综合考虑河道土方开挖与回填的平衡，使工程不弃土也不外运土方，控制工程投资。

亲水原则。

结合河道蓄水、行洪、景观等功能，注重蓄水主槽岸线及水边际线景观的丰富性。

根据城市布局，设坝蓄水，形成水面景观，为满足人们亲水近水要求，根据现状河道宽度、水面高程等条件设置亲水步道、亲水平台、亲水沙滩等设施。

景观与生态、蓄水与湿地相结合的原则。

河道的生态治理，体现的是人与自然和谐共处的理念。

就本工程而言，在合理利用河道内有限的空间的条件下，尽可能保留河道的自然特性，主要有设置大水面与小溪流、深水与浅滩，以及利于水陆交换的岸坡形式，设置独立的生态空间等措施。

河道内土地资源分级利用的原则。

河道设置多级复式断面，除蓄水主槽外，其余均为绿化带。

规划河道两岸生态绿地，根据其功能的不同，设置不同的防洪标准。

河道主槽行洪标准10年一遇，景观绿地行洪标准为20年一遇，两岸堤防为30年一遇。

3生态蓄水工程布置根据夏县城区范围及发展，结合本工程治理范围，本工程蓄水范围为东大桥至拟建西大桥下游，蓄水长度为3.87km。

根据河道行洪能力，河道调整为复式断面，分为主槽与滩地。

滩地为绿化种植区和人们主要活动区域，主槽为河道主要行洪区域和景观蓄水区，宽度为30~50m。

根据蓄水建筑物形式不同，本工程建筑物布置有以下3种方案：景观堰设计方案、活动坝设计方案、景观堰与活动坝相结合的设计方案。

3.1景观堰布置方案景观堰方案，蓄水建筑物采用景观堰，景观堰采用现浇混凝土结构。

景观堰为固定蓄水建筑物，其设置占用河道一部分空间，设置时需考虑河道防洪能力，在满足河道行洪能力的情况下尽量增加景观堰高度，以减少蓄水建筑物数量。

西大桥以上部分现状河道较深，景观堰高度可较高，暂定为2.0~3.0m，西大桥以下部分河道较浅，行洪压力较大，景观堰高度为1.0~1.5m。

根据河道纵坡，项目共布置景观堰30座（不含西大桥上游现状堰）。

3.2活动坝布置方案在蓄水段河道主槽内全部设活动坝，活动坝高度为3.0~3.5m，通过对河道内纵坡调整，治理段共布置11座活动坝。

包括现状景观堰，该方案共形成12座蓄水池、长3.87km。

3.3活动坝与景观堰相结合的布置方案活动坝与景观堰相结合的方案布置原则。

桥上下游形成较恢弘的蓄水水面，采用较高的活动坝；在距桥较远的区域采用景观堰，景观堰高度在1.5m以内，蓄水深度在0.7m以内，保证亲水活动的安全性；在不影响河道河势与行洪能力的情况下调整河道纵坡，增加蓄水长度，减少蓄水建筑物数量。

根据以上原则，该方案共布置蓄水建筑物20座，利用现状景观堰1座。

方案共布置活动坝7座，蓄水长度为2.5km，布置景观堰13座，利用现状1座，形成蓄水长度为1.1km。

3.3蓄水方案比选3.3.1景观效果方案一，采用景观堰做蓄水建筑物，数量较多，每座蓄水池蓄水水面较小，蓄水景观性不佳；景观堰部分堰水深较浅，安全亲水水深较多，有利于河道的亲水性与互动性；景观堰可通过行人，互通两岸。

方案二，采用活动坝蓄水可形成较高的蓄水深度，建筑物较少，相对于景观堰水面面积较大可形成恢弘的水面景观；由于蓄水深度较大，河道亲水安全水深较少，不利于河道的亲水性；活动坝不能作为沟通两岸的通道。

方案一、二采用的蓄水建筑物较单一，对河道景观的多样性不利。

方案三，结合了以上两方案的优点，在主要交通上下游形成恢弘的水面，具有良好的景观效果；为满足河道亲水要求，在距离桥梁较远的区域设置景观堰，控制景观堰高度与景观堰段的蓄水深度，满足河道亲水安全性的要求；该方案在每两座桥之间均设有景观堰，可满足沟通两岸的要求。

综上所述，方案三考虑了景观多样性、亲水性等从景观上讲为最优方案，方案一与方案二较差。

3.3.2对行洪的影响方案一，采用了大量的实体景观堰作为蓄水建筑物，对河道的行洪能力影响较大，主要为河道蓄水主槽大部分不能参与行洪，河道行洪任务主要由河道绿化滩地承担，对河道景观及设施不利，且对河道堤防的安全不利。

方案二，采用活动坝，行洪时活动坝全部塌坝，河道由行洪主槽行洪，只有蓄水末端部分洪水上岸，对两侧绿化带的冲刷较小。

方案三，蓄水段主要采用活动坝，在部分区域采用固定式景观堰，景观堰高度较小，景观堰设计占蓄水段的比例不大，该方案综合起来对河道行洪能力影响不大，优于方案一，但劣于方案二。

3.3.3河道冲刷、淤积方案一，采用大量实体景观堰，使大部分泥沙淤积到蓄水池内，甚至造成淤满而不能形成蓄水效果，需要进行定期清淤，清淤工程量和费用较大；且河道滩地为主要的行洪断面，存在对滩地及堤脚的冲刷。

方案二，采用活动坝，在河道行洪时全部塌坝，河道携带的泥沙均冲向下游，基本不存在淤积问题；且只有在蓄水末端洪水上摊，流速较小，对滩地的冲刷不大。

方案三，活动坝具有方案二的优点，景观堰也具有方案一的缺点，该方案景观堰高度较低，回水最大深度不大于0.7m，存在淤积但淤积量不大，需要经常性清理。

从河道冲刷淤积考虑，方案二最优，方案三次之、方案一较差。

3.3.4工程投资方案一，采用景观堰，主要为混凝土结构，外表进行景观装饰，工程投资较小。

方案二，采用活动坝，根据白沙河（下转第29页）特点，本工程可用的活动坝主要为气盾坝和钢坝闸，两坝型相比方案一具有投资大的弱点。

方案三，结合了以上两种方案，在投资上介于两者之间。

综合所述，从景观、防洪、冲刷、淤积清理及工程投资等方面比较，活动坝与景观堰相结合的方案为最优方案，因此本工程选用活动坝与景观堰相结合的方案。

4结语本论文对夏县白沙河河道生态蓄水的几种方案进行了分析比较，分别从景观效果、对行洪的影响、河道冲刷及淤积、工程投资几个方面对三种生态蓄水方案进行了对比阐述。

综上所述，并结合白沙河河道现状实际问题，活动坝与景观堰相结合的布置方案，优于单一的景观堰蓄水方案与单一的活动坝蓄水方案，本工程推荐采用活动坝与景观堰相结合的布置方案。

［作者简介］刘志奇（1987-），男，2012年毕业于河海大学水工结构工程专业，工程师。

［收稿日期］2018-04-04；［修回日期］2018-05-072.37号、8号坝段施工期及大坝停工期导流7号、8号坝段垫层浇筑时以及后期大坝停工期导流采用原设计导流方式，即原主槽导流，修筑纵、横向围堰围护7、8号坝段施工（原方案一期导流）。

3应急导流方案鉴于施工现状及工期要求，工程已无法按照原导流方案进行施工，且原设计无导流洞，如不采取措施，主汛期来洪必然淹没已开挖的4—6号坝段基坑，不但清理基坑需巨额费用，以前的工作也会功亏一篑。

应急导流方案拟采用从已浇筑垫层的7号坝段垫层面过水，同时加紧4—6号坝段垫层浇筑及其它项目施工，非汛期确保不淹基坑，主汛期来临时可适度淹没基坑。

3.1非汛期非汛期5a一遇洪水的洪峰流量为35m3/s，利用现有的上游围堰及纵向混凝土导流槽挡水（局部需加高），右岸7号坝段636m高程垫层面泄流，对左岸基坑内垫层、灌浆、地面以下坝体浇筑进行施工。

该导流方案：上游围堰及导流槽顶墙底高程均为638m，围堰高2m，围堰B点—A点段顶高程以1%推算，部分需加高。

现有7号坝段上游侧的2m高钢筋混凝土防渗面板需做拆除处理，拆除长度（垂直水流方向）不小于6m，使其与混凝土垫层顶面齐平。

同时拓宽上游围堰与右岸山体之间的河道，使其过流断面底宽不小于8m。

另外，对下游被侵占河道进行清理拓宽，保证河水的泄流通畅。

3.2汛期汛期5a一遇洪水的洪峰流量为290m3/s，施工导流方案：仍采用7号坝段垫层面过水。

由于汛期水量较大，如仍采用非汛期导流方式，围堰需高达10余m，临建工程投资较大。

7号坝段垫层面结合4—6号坝段垫层面过水。

左岸基坑在汛期修筑到河床面需要完成的工程量，固结灌浆处理3342m，C15混凝土垫层7587m3，C20混凝土面板772.5m3，浆砌石砌筑11927m3。

2010年3月，基坑开挖尚没验收，距汛期来临已不足3个月，结合类似工程和国内先进施工经验推测，这些工作在汛期来临时很难完成；为抢工期，可将河床面以下的浆砌石改用自密实混凝土浇筑。