千金河綜合工程治理與設(shè)計方案研究

周彬

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧沈陽110003）

千金河綜合工程治理與設(shè)計方案研究

周彬

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧沈陽110003）

千金河防洪體系存在河道淤積與岸坡防護問題，結(jié)合工程實際情況，提出河道清障工程與護岸防護工程治理方案，采用直立式格賓石籠擋墻護坡及護腳與石籠護墊護坡及格賓石籠網(wǎng)箱護腳作為護岸設(shè)計型式，采用理正軟件對堤防進行滲流與抗滑穩(wěn)定分析，計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，工程實施后，經(jīng)濟、社會、生態(tài)三方面效益顯著。

河流治理；護岸設(shè)計；滲流計算；穩(wěn)定分析

0 前言

千金河為花園湖上游的主流，位于撫順市區(qū)南部，撫順市新?lián)釁^(qū)千金鄉(xiāng)境內(nèi)。千金河發(fā)源于新?lián)釁^(qū)千金鄉(xiāng)唐力村的小林沖溝，分水嶺高程350 m，流域集水面積37.27 km2，河流長度12.9 km，河道比降8.1‰。

千金河目前防洪安全方面存在的主要問題有兩點，第一點是河道淤積問題，第二點就是岸坡防護問題。千金河上游河道來水挾帶泥砂進入湖區(qū)，水流速變緩，泥砂沉淀在入?yún)R口段造成河道湖淤積，壅高了汛期洪水，造成河口段逢雨必遭災(zāi)的惡性循環(huán)，每遇較大降雨將危及兩岸居民、工礦企業(yè)和交通干線的安全，千金河中下游局部河段淤積比較嚴重，雖然河道相對順直，但邊灘犬牙交錯，枯水年農(nóng)民開墾耕地侵占河道，縮窄了行洪斷面。

同時千金湖沿岸無硬性工程防護岸坎，每經(jīng)洪水沖刷淘刷，在河流頂沖部位兌岸現(xiàn)象十分嚴重，水土流失明顯。千金河上游支流比降較大，山洪直接沖兌入?yún)R口河岸，造成河段陡坎林立，兌岸嚴重。因此亟需從河道清淤與河道護岸加固設(shè)計兩方面開展千金河治理工作[1-2]。

1 千金河綜合治理方案

按照《防洪標準》(GB50201-94)規(guī)定，防洪標準應(yīng)定為10~20年一遇。根據(jù)防洪對象的重要性，參照《重點山洪溝防洪治理項目建設(shè)指導(dǎo)意見》，本次千金河防洪標準確定為10年一遇?？拐鸹玖叶娶龆?，地震加速度0.10 g，工程區(qū)最大凍深為1.40 m。

1.1 河道清障工程治理方案

河道清障工程以恢復(fù)河道主槽，擴大過水?dāng)嗝?，提高河道行洪排澇能力，增強水體流動性為主要目標。經(jīng)現(xiàn)場查勘及了解，千金河中下游局部河段淤積比較嚴重，特別是花園湖口以上河道淤積更為明顯，丁家村及鄧爾村河段邊灘犬牙交錯，開墾耕地侵占河道，縮窄了行洪斷面。千金河現(xiàn)狀河寬較窄，下游河口段河寬13 m～24 m，中上游河段平均河寬不足10 m，局部現(xiàn)狀河寬僅為6 m[3]。

結(jié)合區(qū)間護岸工程的建設(shè)，對河道內(nèi)淤積的砂礫、亂石、雜物進行清理疏挖。清障范圍為河道中心線樁號K0+000~K1+600，K3+200~K4+900及K5+790~K7+890共計3段5.4 km。本次設(shè)計對該段河道進行清障與否進行方案比較，根據(jù)河道淤積對水面線影響、清障工程費用、護岸工程費用等因素，進行技術(shù)經(jīng)濟比選。

方案一：保持K0+000~K1+600河道按現(xiàn)狀河底，局部切灘，清淤土方沿河填筑。

方案二：將K0+000~K1+600段河道按設(shè)計河底進行清淤，控制清障河底寬為20 m。方案比較水面線計算見圖1。

經(jīng)水面線計算可以看出，K0+000~K1+600河段河道清淤與否對水位影響很大，影響范圍至其上游K2+800左右，清淤與否影響水位差約為0.69 m，水位差最大處為1.28 m。方案比較成果見表1。

表1 K0+000~K1+600段河道清淤方案比較成果表

經(jīng)方案比較可以看出，方案一對上游洪水無疏導(dǎo)作用，無法降低上游水位，增加了護岸工程量，增加了工程總投資。方案二雖然增加清障工程投資，但降低上游2.8 km區(qū)間洪水位，減少了護岸工程量，降低了總投資。此外，方案二降低了南花園湖河口段洪水位后，使該河段防洪能力得到大幅提高，并使區(qū)間內(nèi)澇排泄更加順暢，增加區(qū)間防洪排澇效益。因此，根據(jù)本次方案技術(shù)經(jīng)濟比較成果，會同新?lián)釁^(qū)、千金鄉(xiāng)相關(guān)人員溝通商議后，本次設(shè)計擬采用方案二，將K0+000~K1+600段河道按設(shè)計河底進行清淤，控制清障河底寬為15 m~20 m。

1.2 護岸工程治理方案

為保護岸坎安全，防止土地沖兌，對左岸村屯重點防護段及右岸迎流頂沖段可能發(fā)生沖刷破壞的岸坡進行岸坡防護。左岸護岸保護對象包括人口和耕地，設(shè)計坡頂高程與十年一遇設(shè)計水位基本齊平或略高于設(shè)計水位，右岸村屯離河較遠且高程較高，保護對象是河槽岸坎，坡頂防護至現(xiàn)狀坡頂高程，當(dāng)坡頂高于設(shè)計水位時，設(shè)計坡頂高程與設(shè)計水位基本齊平，兩岸坡腳高程與設(shè)計清障河底齊平[4]。

護岸工程分別位于南花園湖河口、千金村、丁家村、鄧爾村及唐力村河段，共計9段總長6.91 km。

2 護岸工程設(shè)計

2.1 水面線計算

選取千金河入花園湖口斷面作為本次水面線計算的起始斷面，起點水位采用中楊柏河水面線成果，千金河入花園湖口斷面10年一遇洪水位95.18 m。千金河10年一遇洪峰流量為198.1 m3/s。

道和橋梁處均采用能量方程法，能量方程的基本形式為：

式中：Z1Z2為上下游斷面的河底高程（m）；Y1Y2為上下游斷面的水深（m）；V1V2為上下游斷面的水流平均流速（m/s）；he為能量水頭損失（m）；α1α2為修正系數(shù)；L為上下游斷面之間的河道長度（m）；Sf為上下游斷面的摩擦比降；C為河道的擴散或收縮損失系數(shù)；g為重力加速度（m/s2）。

千金河水面線計算成果見表2。

2.2 護岸工程斷面設(shè)計

圖2千金河水面線計算成果示意圖

護岸工程斷面結(jié)構(gòu)分為兩種型式，均為生態(tài)石籠護坡、護腳。南花園湖橋上游已建防護工程為漿砌石直立擋墻工程，為保持上下游左右岸整體結(jié)構(gòu)型式協(xié)調(diào)，設(shè)計采用直立式格賓石籠擋墻護坡及護腳[5]。

格賓石籠共四層，單層厚度1.0 m，上部三層為護坡部分，底部一層為河底以下護腳部分，四層格賓石籠自上而下寬度分別為1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m，石籠底部鋪設(shè)350 g/m2土工布及10 cm砂礫墊層。南花園湖橋上游段石籠護岸頂高程為97.0 m，護腳頂高程為94.0 m，橋下游段石籠護岸頂高程為96.0 m，護腳頂高程為93.0 m。墻后回填河灘開挖砂礫土料，在墻頂與開挖線之間形成岸頂平臺，平臺與石籠護岸頂高程齊平，平臺上鋪填30 cm種植土，并播撒草籽，進行植物防護，種植單排灌木，種植間距1.0 m。南花園湖橋兩岸岸坡防護工程典型斷面見圖3。

圖3K0+000南花園湖橋段護岸工程典型斷面圖

其他重點區(qū)段岸坡防護工程采用石籠護墊護坡及格賓石籠網(wǎng)箱護腳。設(shè)計坡頂高程與十年一遇設(shè)計水位基本齊平或略高于設(shè)計水位，右岸保護對象主要為耕地，坡頂防護至現(xiàn)狀坡頂高程，當(dāng)坡頂高于設(shè)計水位時，設(shè)計坡頂高程與設(shè)計水位基本齊平，兩岸坡腳高程與設(shè)計清障河底齊平。采用30 cm石籠護墊護坡，坡比1∶2.0。1 m×1 m格賓石籠網(wǎng)箱護腳。護坡及護腳石籠底部均鋪設(shè)350 g/m2土工布及10 cm砂礫墊層。坡頂設(shè)1 m石籠護墊壓頂，規(guī)格同護坡石籠。石籠護墊及格賓石籠為廠家成品，設(shè)計為6.0 m、7.0 m等整數(shù)長度規(guī)格，方便施工及采購。其他重點區(qū)段岸坡防護工程典型斷面見圖4。

3 護岸設(shè)計復(fù)核計算

3.1 滲透穩(wěn)定計算

圖4K1+212其他段石籠護岸工程典型斷面圖

選取坡高最大的左岸K0+706斷面作為最不利計算斷面，2小時內(nèi)迎水坡水位由十年一遇設(shè)計洪水位96.64 m降落至1/3水位高94.58 m，降幅2.06 m。

根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)k/μ/V小于或等于1/10時，可按水位開始降落前的浸潤線位置進行堤坡穩(wěn)定分析；當(dāng)k/μ/V大于60時，可不進行上游坡的水位降落穩(wěn)定計算；當(dāng)k/μ/V大于1/10且小于或等于60時，應(yīng)進行上游坡的穩(wěn)定分析，按照緩降過程計算浸潤線下降的位置。

為土體的滲透系數(shù)（m/d）；V為水位降落的速度；μ為土體的給水度，按以下公式計算：

式中：k為土體的滲透系數(shù)（cm/s）；n為土體的孔隙率。土體的給水度計算結(jié)果見表2。

表2 土體的給水度計算結(jié)果表

經(jīng)計算，K0+706斷面計算值為0.0257，按照規(guī)范規(guī)定可按水位開始降落前的浸潤線位置進行堤坡穩(wěn)定分析。

3.2 邊坡抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)本區(qū)段護岸斷面的特點及滲流計算成果，按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的要求，穩(wěn)定計算考慮以下幾種工況，見表3。

表3 邊坡抗滑穩(wěn)定計算工況及主要計算內(nèi)容匯總表

根據(jù)本次地勘成果，結(jié)合工程區(qū)域現(xiàn)場及料場的實際情況，河道內(nèi)土料為礫砂和粗砂，經(jīng)分析本次設(shè)計土料物理力學(xué)指標見表4。

穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院開發(fā)的《理正邊坡穩(wěn)定分析軟件》進行穩(wěn)定分析計算。計算采用有限元邊坡穩(wěn)定分析理論，運用瑞典圓弧法計算堤防邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，計算結(jié)果見表5。

表4 堤身、堤基土料物理力學(xué)指標采用表

表5 邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

由上表可知，護岸整體邊坡抗滑穩(wěn)定滿足要求。

4 結(jié)論

（1）社會效益

工程實施后，千金河中下游的千金村、丁家村、鄧爾村、唐力村等村屯將達到十年一遇防洪標準。使千金鄉(xiāng)沿岸9個村莊受益，受益人口7793人，保護耕地8055畝。河道整治后將使干流水系基本功能得到有效恢復(fù)，水環(huán)境明顯改善，水面無有害漂浮物，岸邊無垃圾，提升河道水質(zhì)標準。

（2）經(jīng)濟效益

本工程的建設(shè)提高了當(dāng)?shù)氐姆篮槟芰?，改善農(nóng)村的生產(chǎn)生活環(huán)境，對農(nóng)村的經(jīng)濟發(fā)展和市場繁榮起到了促進作用，著力提高新?lián)釁^(qū)千金鄉(xiāng)山洪災(zāi)害防御的支撐和保障能力，完善了區(qū)域防洪排澇減災(zāi)體系，有效減低山洪災(zāi)害造成的損失，經(jīng)濟效益顯著。

（3）生態(tài)效益

項目區(qū)工程實施后，通過采取工程措施和生物措施進行治理，改變了每逢雨季洪水四處流淌的現(xiàn)狀，大大地改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村水環(huán)境，不僅改善生物棲息的自然條件，使河流生態(tài)健康發(fā)展，而且調(diào)節(jié)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村小氣候，真正達到人水和諧，建設(shè)生態(tài)環(huán)境的目的。

[1]朱興杰,鄒春.大凌河朝陽城區(qū)段河道生態(tài)護岸設(shè)計[J].中國水土保持,2013,(04):30-31.

[2]朱記偉,劉建林,高雙強,解建倉.城市河流生態(tài)綜合治理規(guī)劃實證研究[J].人民黃河,2010,(10):20-21.

[3]江紅梅,王正中,王東剛,曹滿,任鑫.城市河流綜合治理與生態(tài)建設(shè)探討[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,(01):223-228.

[4]潘美元,李俊娜,尹崇清.護岸設(shè)計原則和類型綜述[J].中國水運(學(xué)術(shù)版),2006,(11):108-110.

[5]江紅梅.城市河流綜合治理與生態(tài)建設(shè)理論及方法探索[D].西北農(nóng)林科技大學(xué),2006.

TV85

C

1673-9000（2017）03-0089-03

2017-02-08

周彬（1981-），男，山東臨清人，工程師，主要從事河道整治規(guī)劃設(shè)計。