秀延河河道治理工程设计

段秀华

（太原市市政工程设计研究院 山西太原 030002）

1 工程概况

秀延河是流经子长县城的一条主要防洪河道，属黄河一级支流，其发源于子长县李家岔乡南山区，东西走向，依次流过李家岔、安定、瓦窑堡、杨家园子等7个乡镇。县城以上河流长43km，流域面积670.33km2，河道在主城区段蜿蜒曲折，由西向东穿城而过。现状河道宽50～95m，河道纵坡比降3.0‰～4.5‰左右，堤高8～10m。南河作为秀延河的最大支流，于县城中心接入南河，主城区内河道起点位于采油厂，河长约3.2km，河道宽30～50m，河道纵坡比降5.0‰-6.0‰左右，堤高8～10m。秀延河及南河现状河道河堤参差不齐，河道宽窄不一，河道内垃圾满沟、污水横流、蚊蝇滋生，杂草野树丛生，局部河槽淤积严重，主河道两岸临河建筑零乱不堪，严重地影响着河道的正常行洪要求及城市景观，在一定程度上影响着城市的开发建设，使县城河道两岸发展空间带来很大的制约，为此必须对主城区段秀延河进行综合整治，以达到河道治理美化、景观蓄水等方面的目的。

秀延河河道治理工程设计起点为水厂，终点至秀延河大桥下游220m处，全长约4.1km。工程设计内容包括河道整治工程、河道两岸排污暗涵工程、蓄水工程等。

2 水文

本文所采用的洪峰流量是根据《延安地区水文手册》进行计算，参考《子长县秀延河、南河工程水文分析报告》最后分析确定。工程秀延河段除有较大支流南河汇入外再无较大支流汇入。经计算，汇合口以下秀延河30年一遇设计洪峰流量为3040m3/s。汇合口以上秀延河30年一遇设计洪峰流量为2530m3/s。南河30年一遇洪水洪峰流量为1250m3/s。

3 设计方案

3.1 工程总体布置

（1）平面设计

河道设计起点位于水厂拦水坝下游，终点位于秀延河桥下游220m处的张家沟出口，全长4100.871m，根据自然地势内设较大转弯4处，分别在桩号0+900、1+800、2+640、3+295及3+980处各设置橡胶坝一座，蓄水主河槽两岸分别为南、北排污暗涵，其中北暗涵起点同河道治理起点，南涵起点位于铁路桥上游100m处，蓄水槽最小断面宽52m，最大断面宽84m。南河与桩号2+320处接入秀延河。南河出口约300m范围与秀延河共同完成蓄水。

（2）纵断面设计

河道设计起点桩号0+000.0，高程为1042.3m，设计终点桩号4+100.871，高程1029.4m，设计纵坡3.0‰～4.5‰。

（3）横断面设计

河道治理采用复式河槽，主河槽底宽52～85m，截污方涵高3.2m，采用现浇钢筋混凝土结构，河道南北两岸均为排污暗涵及堤防，河道最大设计水深为3.0m，暗涵两侧堤防高度均高出排污涵顶1.0m。

3.2 截污方案设计

秀延河蓄水工程首先必须将沿河两岸及上游污水全部截流至河道下游待建污水处理厂以达到净化水体的目的，为确保河道两岸污水及上游小量浑水能顺利排向下游而不进入蓄水池中，必须对河道进行截污。

（1）平面设计

北截污方涵设计起点位于河道桩号0+000处，终点位于河道桩号4+000处，南截污方涵设计起点位于河道桩号1+275处，终点位于河道桩号4+000处，其中南涵长2732.42m、北涵长4001.465m，暗涵兼作为蓄水槽护壁，布置在堤外，紧贴堤身。

（2）纵断面设计

南北截污涵洞设计终点高程均同设计河底高程，暗涵分别在橡胶坝下游5m处设置0.9m跌水，暗涵设计纵坡分别为3.0‰～1.71‰。

（3）横断面设计

截污方涵为现浇钢筋混凝土方涵，涵洞内净尺寸为2.0m×3.0m，方涵底板、壁板采用C30混凝土，底板厚0.3m（橡胶坝处底板厚0.8m），顶板厚0.2m，侧墙厚临水侧为0.3m（橡胶坝处靠河槽侧混凝土墙厚0.4m），靠堤侧为0.2m。钢筋采用HRB335。

3.3 蓄水方案设计

（1）坝体选择

河道中通常采用的蓄水方式有：翻板闸蓄水（见图1）、钢制闸蓄水（见图2）和橡胶坝蓄水（见图3），这三种蓄水方式适用的条件各不相同，各有各的优势和缺点，以下就秀延河的现状条件对三种蓄水方式进行比选。

图1 翻板闸

图2 钢制闸

图3 橡胶坝

翻板闸在宽度较小的小流量河道中使用较多，特点是修建、管理、使用都很方便，需要的额外设施较少，不需要控制室，人工操作，使用方便，缺点是当有泥沙淤积在闸门处，会影响闸门的正常开启，且闸门不宜过长。由于秀延河泥沙比较多，因此不适合采用此种方式。

钢制闸既适用于宽度较小的小流量渠道的挡水，也适用于宽度较大的河流拦河蓄水。需要在河道两侧设置控制室，投资比另两种方案大。通过机械控制开闭闸门，操作方便，且闸门开启速度快，能有效保障河道的泄洪安全。但由于秀延河两侧堤防已建成，堤防外侧为道路，闸室位置的选择比较困难，因此，秀延河的蓄水不建议采用此种方式。

橡胶坝蓄水也是现在比较常见的一种蓄水方式。橡胶坝外形美观，适用于较宽的河道蓄水，不像翻板闸和钢制闸那样生硬，而且造价小，立坝、塌坝通过机械控制，操作方便。本设计推荐采用橡胶坝蓄水。

根据橡胶坝在秀延河上所处的位置，及橡胶坝的运行方式等，可采用充水和充气两种橡胶坝。考虑到子长县为缺水地区，地下水量不足，用自来水充坝时运行费用较高，另外子长县冬季寒冷，昼夜温差大，充气橡胶坝较为有利，且河道两岸为已建堤防，堤防外侧为道路，充水式橡胶坝泵房位置的选择比较困难，综合分析，本次设计推荐采用充气橡胶坝。

（2）橡胶坝布置

根据实地情况，1-5#橡胶坝长度分别为52.0m、47.0m、83.0m、75.0m及78.0m，橡胶坝排水阀门井及充气泵房依现状地形分别设置于南北岸。

（3）橡胶坝的工程特性：

橡胶坝的工程特性见表1。

表1 橡胶坝的工程特性

（ 4）土建设计

①橡胶坝底板

橡胶坝基础底板为平底板，根据底板内埋管、防冻、稳定的要求，设计钢筋混凝土底板厚为1.2m，底板下设10cm厚的素混凝土垫层，上下游各设1.4m深的齿墙。

在顺水流方向，根据坝袋坍落宽度和上下游施工检修要求确定底板宽度，坝袋坍落宽度5.3m，上下游检修通道各取1.25m，上下游锚固槽宽度各取0.35m，最后坝底板宽度取9.0m。

②边墩设计

橡胶坝边墙东、西岸与排污暗涵相接，边墩厚0.4m，墩高3.5m。

③防渗设计

根据水闸设计规范，考虑防渗、防冲、稳定等要求，在橡胶坝基础底板上游设钢筋混凝土铺盖，顺水流方向长8m，厚40cm，下设10cm厚素混凝土垫层，钢筋混凝土铺盖上游与河底防渗护底采用土工膜搭接。

④消力池设计

经消能计算，消力池最大深需0.6m，长15.0m，本工程设计消力池深0.6m，池长15m，池前由1∶4的斜坡与橡胶坝底板连接。消力池底板设排水孔，孔间距2.0m，梅花型布置，排水孔下铺设无纺布作为反滤层。消力池下游设10m长铅丝石笼海漫，厚0.3m；防冲槽长8m，深2m，上游边坡1∶2.0，下游边坡1∶2.0，底宽2.0m。

（5）坝袋锚固设计

为了减少对坝袋的磨损和震动影响，坝体锚固设计时采用双线螺栓锚固，锚固槽深125mm，锚固螺栓直径28mm，上压板宽130mm，下压板宽140mm，均用A3钢制作，并涂高档防锈漆，上下压板钻孔应配钻，孔径30mm。

（6）充排系统设计

①充排气方式

本工程橡胶坝按汛期塌坝行洪，汛后立坝蓄水方式运行。结合修建蓄水池的场地、资金以及河道洪水陡涨陡落又没有洪水中长期预报的特点，橡胶坝充排气时间按1h设计。排气采用混合式，即机排与自由排相结合，正常情况下排气采用自排，应急情况下采用机排。橡胶坝需配置38.0m3/min的罗茨风机2台，1.0m3/min的罗茨风机1台，两备一用。充气采用风机充气形式。

充排系统设计时主要考虑冲排气时间要求，充排气管路为一套装置，充排气管径150mm。

②鼓风机泵房设计

泵房位于河道南北堤岸上，泵房地面以上为砖混结构，长4.8m，宽3.0m，高3.6m。泵房地板设置鼓风机固定支座。

③排水井设计

管道排水井均位于泵房侧，阀门井结构采用现浇钢筋混凝土，长2.0m，宽2.0m，深3.50m。底板厚0.4m，侧板厚0.25m；阀门井基底如遇原状砂卵石土，不进行地基处理，否则需超挖采用河卵石回填至基底并碾压夯实。阀门井外侧采用1200g/m2土工膜满包进行防水。

4 结论

子长县城作为子长县的政治、经济、文化中心，常年以来城市防洪标准达不到国家规定的30年一遇，城市防洪安全得不到保障，作为子长县母亲河之一的秀延河现状部分河道宽度及两岸堤防高度不足，支离破碎，河道内自然淤积严重，人为设障现象屡禁不止，致使城市段河道的防洪标准低，历史洪水灾害给沿岸人民群众造成严重的损失，不仅如此，秀延河长期污水横流，严重损害了子长县的城市形象，秀延河工程的建成，不仅能有效地提高子长县秀延河城区段的防洪标准，使治理段河道的防洪标准达到国家规定的30年一遇的标准，为子长县城的防洪安全提供了可靠的保障，同时将形成清洁水面，以此构成子长县城一道美丽的风景线，而且两岸排污暗涵的建成，彻底解决了河道污水横流的现象，将城区内污水送至下游污水处理厂。总之通过河道治理，不仅提高了河道的防洪标准，改善了河道环境，同时将大大提升了沿河两岸的房地产开发价值，并且将河道治理与城市美化有机地结合在一起，提高了县城的城市品味，改善了子长县城的人文环境，提高了市民的生活质量，有巨大的社会环境效益。

总之，本工程项目的建设对子长县城市基础设施功能的提升与城市资源与环境的改善等方面都具有非常显著的作用，该工程是一项造福于子长县人民的大事。