龍鳳河龍頭段河道綜合整治工程設(shè)計(jì)

秦海斌

（晉中市水利局，山西 榆次 030600）

1 龍鳳河龍頭段河道現(xiàn)狀

龍鳳河是汾河的一級支流，發(fā)源于沁源縣王陶鄉(xiāng)沙坪村，在龍鳳鎮(zhèn)龍鳳村進(jìn)入介休市境內(nèi)，經(jīng)龍頭、下莊、南張家莊、東段屯、于義安鎮(zhèn)洪相村匯入汾河。全長54 km，流域面積541 km2，平均縱坡15‰。龍頭段位于介休市東南，龍鳳河中下游段，由于亂挖亂采及水流淘刷，原河道地貌已蕩然無存，河床內(nèi)大小沙坑、沙堆遍布；兩岸岸坡不斷坍塌，形成直立陡坎，高達(dá)10～20 m；河槽左右擺動，河寬從60 m擺動至200 m。

目前存在的主要問題是：河床嚴(yán)重下切，河槽改道，兩岸岸坡有坍塌隱患，河道形態(tài)遭到損害，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化。為穩(wěn)定河勢、提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，保持河道水土資源，修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境，對該段河道實(shí)施整治十分必要。

2 工程建設(shè)布置與計(jì)算

2.1 工程任務(wù)和建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)河道現(xiàn)狀中存在的問題以及功能需求，確定本工程建設(shè)任務(wù)為：通過河道治導(dǎo)線規(guī)劃，確定河道范圍；對灘槽進(jìn)行疏浚整治；新建河道防洪堤防及護(hù)岸工程，固定河勢，并對兩側(cè)灘面進(jìn)行平整；新建進(jìn)水閘及引水渠，利用河道來水進(jìn)行引水灌溉。

工程治理范圍為河?xùn)|村漫水路下游350 m，終點(diǎn)為大運(yùn)高速橋，全長2.265 km，該段上游段和下游段河道治理工程已批復(fù)并完成治理，已批復(fù)鄉(xiāng)村段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，洪峰流量為515.6 m3/s，該段在已批復(fù)治理段之間，因此該段整治工程防洪標(biāo)準(zhǔn)及洪峰流量采用已批復(fù)鄉(xiāng)村段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)及洪峰流量，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）防護(hù)級別為5級。

主要工程內(nèi)容：灘槽整治、新建堤防及護(hù)岸、新建跌水、彎道防護(hù)、新建引水工程。

2.2 治導(dǎo)線確定

治導(dǎo)線是河道經(jīng)過整治后，在設(shè)計(jì)流量下的洪水平面輪廓線。該治理段現(xiàn)狀，河道僅樁號0+000—0+570段左岸存在舊堤防，其余段由于兩岸不斷坍塌，形成陡坎或階地，導(dǎo)致河道寬窄不一，屬無堤防段，需明確河道范圍，為下一步工作奠定基礎(chǔ)，因此本著依法依規(guī)、因地制宜；生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展；順應(yīng)自然、因勢利導(dǎo)；降低投資的原則，按照防洪標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，0+000—0+570段以既有堤防堤頂邊線為治導(dǎo)線，其余段以現(xiàn)狀陡坎或階地頂邊線作為本河段的治導(dǎo)線。

2.3 工程總體布置

2.3.1 樁號0+000—0+320段

該段以現(xiàn)狀左側(cè)堤頂線為治導(dǎo)線，原河道及跌水保持現(xiàn)狀。新建堤防從起點(diǎn)向下70 m開始偏向右側(cè)而改道，沿下切河道布置，越向下游原河道下切越嚴(yán)重，縱坡越大，至樁號0+570處有高差9 m多的跌水跌入河槽，河槽與改道后河道相接。新建堤防堤距按照上游已治理段10年一遇標(biāo)準(zhǔn)，河底寬不小于60 m確定，新建堤防左岸185 m，右岸255 m。該段設(shè)置3座跌水，跌差均為2 m，樁號分別為0+070、0+0160、0+320。由于跌水間距較近，且處于反“S”彎道段，為減小沖刷，該段新建漿砌石堤防彎道段進(jìn)行堤腳防護(hù)。

0+070處跌水上游左側(cè)，在彎道凹岸頂點(diǎn)靠下設(shè)一引水渠取水口，新建水閘1座，新建引水渠兩側(cè)擋墻780 m，恢復(fù)引水渠道410 m。為抬高水位，在該跌水上游新建漿砌石折線溢流堰1座。

2.3.2 樁號0+320—2+265段

該段現(xiàn)狀河道無堤防，河道寬窄不一，河床沙坑遍布，河槽擺動，下切嚴(yán)重。該段主要是固定河勢，對河槽及灘面進(jìn)行疏浚平整，河道主槽邊坡1∶2，底寬不小于60 m，主槽坡面采用草皮護(hù)坡，坡頂種植一排國槐。岸線根據(jù)現(xiàn)狀地形及水流深泓線布置。根據(jù)落差分別在 0+450、0+650、0+840、1+125、1+360 處布設(shè)跌水5座，其中0+450跌水跌差2 m，后4座跌差3 m。跌水兩側(cè)為漿砌石砌筑，與土堤連接采用漿砌石扭面，每個扭面長10 m。

2.4 河道水面線計(jì)算

縱坡設(shè)計(jì)。本治理段河道落差較大，為了減小坡降，新建8座跌水對坡降進(jìn)行調(diào)整，同時結(jié)合現(xiàn)狀已有跌水，按照土方平衡，減小工程量的原則對縱坡進(jìn)行控制。從治理起點(diǎn)樁號0+000開始到樁號1+366第8個跌水之間河道縱坡均為14.5‰，樁號1+366—2+265段縱坡為9.1‰。

河道堤距確定。本整治工程按照已治理工程批復(fù)及不人為束窄河道的原則，10年一遇標(biāo)準(zhǔn)下，最小堤距按照60 m控制。根據(jù)現(xiàn)狀河道實(shí)際，確定0+000—0+320段新建堤防為漿砌石重力式，堤距60～63 m；0+320—2+265段主槽岸坡為土堤，迎水面坡比1∶0.3和1∶2，槽底寬 60～113 m。均為梯形斷面。

水面線推算。根據(jù)上述確定的橫斷面與縱坡，治理段無支流匯入，流量沿程不變；治理長度較短，糙率沿程不變；河道治理后較整齊，近似于均勻流；水面線計(jì)算采用均勻流公式。河流糙率取0.035。設(shè)計(jì)水深在1.21～1.94 m、設(shè)計(jì)流速在 3.83～4.53 m3/s之間。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 灘槽整治工程

主槽根據(jù)現(xiàn)狀河道深泓線進(jìn)行疏浚拓寬，隨彎就勢，底寬不小于60 m，岸坡高度按2 m填筑，由于治導(dǎo)線確定現(xiàn)狀陡坎或階地頂邊線以內(nèi)為河道范圍，河道較寬，因此主槽不設(shè)超高，高于2 m的，邊坡1∶2疏浚拓寬，槽底按設(shè)計(jì)縱坡對河底進(jìn)行疏?；蚧靥睢＿吰驴够€(wěn)定采用瑞典圓弧法計(jì)算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下滿足規(guī)范規(guī)定。

3.2 堤防工程

新建堤防綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，結(jié)合工程地理位置、地質(zhì)情況、運(yùn)用管理要求等確定防洪堤防型式為漿砌石重力式。

堤防超高采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中計(jì)算公式確定，經(jīng)各要素計(jì)算確定新建堤防超高1.2 m。

根據(jù)前述計(jì)算所得的流速、水深成果結(jié)合平面堤線布置及沖刷深度計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，順直段堤腳的最大沖刷深度為1.40 m，彎道處堤腳最大沖刷深度為1.55 m，取堤防基礎(chǔ)埋深2 m。

根據(jù)水面線計(jì)算、超高計(jì)算及沖刷計(jì)算，擬定斷面型式。擋墻高度為5 m，墻頂寬為0.5 m，迎水面坡比1∶0.3，背水面坡比 1∶0.2，墻趾設(shè)基礎(chǔ)放大腳，放大腳寬為0.5 m，高1 m。墻體內(nèi)設(shè)兩排DN 90 PVC-U排水管，豎向間距為1.2 m，沿河道方向間距3 m，呈梅花形布置。管道向河道內(nèi)傾斜3%，管后設(shè)反濾體，反濾體外包200 g/m2無紡布。擋墻每隔10 m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)填聚乙烯閉孔泡沫板。壓頂采用C20素混凝土，厚0.2 m。漿砌石采用M10水泥砂漿砌筑。經(jīng)抗滑、抗傾安全系數(shù)及基底壓應(yīng)力比值計(jì)算，各項(xiàng)系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定。

3.3 生態(tài)護(hù)岸工程

為修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境，主槽采用生態(tài)護(hù)岸形式，坡面采用草皮護(hù)坡，按照2 m高度進(jìn)行坡面綠化，以增加抗沖性能，總長3 304 m（其中：左岸1 638 m，草皮護(hù)坡面積7 371 m2，右岸1 666 m，草皮護(hù)坡面積7 497 m2）。在主槽堤岸頂部進(jìn)行綠化，種植一排國槐，株距3 m。

3.4 彎道防護(hù)工程

對堤防及主槽土堤彎道采用格賓石籠防護(hù)，漿砌石堤防彎道只對堤腳進(jìn)行防護(hù)，鋪設(shè)一層格賓石籠，寬3.0 m，厚0.5 m；主槽土堤彎道對其臨水坡防護(hù)至2 m高，格賓石籠厚0.5 m，堤腳處鋪設(shè)兩層格賓石籠防護(hù)，上層寬3.0 m，厚0.5 m，下層寬2.0 m，厚0.5 m。防護(hù)共有7段，總長1 340 m，其中左岸647 m，右岸693 m。

3.5 跌水工程

根據(jù)測量縱斷成果，該治理段河道落差較大，為了減小坡降，新建8座跌水對坡降進(jìn)行調(diào)整，同時結(jié)合現(xiàn)狀已有跌水，按照土方平衡，不人為加大河道開挖的原則對縱坡進(jìn)行控制。跌水均采用漿砌石結(jié)構(gòu)，其中1～4號跌水跌差為2 m，每座跌水分4級，每級跌差0.5 m；5～8號跌差為3 m，每座跌水分3級，每級跌差1 m。跌水兩側(cè)擋墻為漿砌石砌筑，與土堤連接采用漿砌石扭面，每個扭面長10 m。

跌水上游鋪設(shè)5 m長，0.5 m厚漿砌石鋪蓋，鋪蓋前端設(shè)0.5 m寬，1 m深齒墻；跌水墻采用傾斜式，坡度1∶1，前后基礎(chǔ)均設(shè)1 m×1 m的齒墻；跌水下游設(shè)漿砌石消力池，在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行跌水消能計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果確定池深1.0 m，池長15 m，尾部設(shè)消力坎，坎高1 m，寬0.8 m。漿砌石跌水間隔10 m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)填聚乙烯閉孔泡沫板。

消力池后部設(shè)20 m格賓石籠海漫，厚度0.5 m。格賓網(wǎng)的材料為低碳熱鍍鋅鋼絲，外包PVC防腐層。格賓籠規(guī)格采用2 m×1 m×0.5 m（長×寬×高）。

3.6 引水工程

該工程沿線有大面積農(nóng)田，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民有引水灌溉的習(xí)慣，在樁號0+550處原河道左側(cè)有進(jìn)水閘1座，現(xiàn)狀進(jìn)水閘閘孔尺寸2.2 m×3.5 m，過流量7.24 m3/s，為將河水引入原渠道內(nèi)，在上游河道轉(zhuǎn)彎處靠下新建進(jìn)水閘及引水渠道，設(shè)計(jì)流量不小于現(xiàn)狀進(jìn)水閘過流量。

3.6.1 溢流堰

取水口設(shè)于樁號0+070跌水上游左側(cè)，該處為彎道凹岸頂點(diǎn)，利用彎道環(huán)流原理，使水流順利進(jìn)入渠道。為抬高水位，在0+070跌水上游新建折形溢流堰1座，堰高 0.8 m，堰頂寬 2 m，上游堰坡 1∶1，下游坡1∶1.5，漿砌石砌筑，砂漿標(biāo)號 M10。

3.6.2 進(jìn)水閘

引水渠首端設(shè)進(jìn)水閘1座，閘室段長3 m，其閘孔尺寸為2.5 m×2 m，其上部有胸墻，胸墻高為1.0 m，閘室段底板、閘墩、啟閉機(jī)排架及啟閉機(jī)梁均采用C25鋼筋混凝土。消力池段長7.5 m，消力池池深0.5 m，底板厚0.5 m，底板采用C25鋼筋混凝土，兩側(cè)擋墻采用C25素混凝土。海漫采用0.5 m厚漿砌石進(jìn)行砌筑，長為10 m。閘門選用鑄鐵平板閘門，尺寸為2.5 m×2 m，啟閉機(jī)采用側(cè)搖系列螺桿啟閉機(jī)QL-C-50A。3.6.3 引水渠道

引水渠道左側(cè)修建仰斜式漿砌石擋墻，高度3 m，基礎(chǔ)埋深1 m，頂寬0.8 m，坡度1∶0.25。渠道右側(cè)修建重力式漿砌石擋墻，總高3 m，基礎(chǔ)埋深1 m，迎水面坡度 1∶0.2，背水面坡度 1∶0.2，底寬 2.5 m，渠道漿砌石擋墻390 m。

4 結(jié)語

龍鳳河龍頭段河道整治工程的建設(shè)，將徹底改變當(dāng)前河道雜亂無章的狀況，修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境，保護(hù)沿岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全，同時利用有利地形采取工程措施進(jìn)行引水灌溉，受益面積多達(dá)133.33 hm2。在滿足防洪保安和修復(fù)生態(tài)環(huán)境的同時充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。