趙勁松

（本溪市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 本溪 117000）

0 引言

在水利工程建設(shè)過程中， 河道治理是其中最為重要的一項工作。 高水平的河道治理不但可以起到保護民眾人身安全的作用， 還可以充分發(fā)揮河道自身防洪排澇、凈化水質(zhì)、灌溉農(nóng)田、提升河道通航能力和美化環(huán)境的功能［1－9］。許多學(xué)者都在研究河道治理方案。 王愛剛以廣東省乳源縣南水水庫泄洪河道治理工程為例，研究水庫泄洪河道的治理方案［10］。歐陽真清等從最大限度減少損失出發(fā)， 研究分析發(fā)生洪水時的最佳泄洪方案［11－12］。 李樹云對河道防洪能力下降的原因進行分析，并探究河道治理的方式［13］。朱健等結(jié)合生態(tài)治河理念，對不同形式的河堤、護岸進行比選［14］。 黃銀穎以山區(qū)河道防洪工程實例為依托，對治理方案以及涉及的技術(shù)要點進行探討［15］。姚璐等以水環(huán)境問題較為突出的山西省壽陽縣城河道為研究對象，詳細(xì)分析和闡述了河道存在的問題、治理目標(biāo)、治理原則和治理方案等［16］。我國河道防洪生態(tài)治理工作經(jīng)歷了長時間的發(fā)展， 雖然已經(jīng)取得了長足的進步， 但是在河道泄洪治理設(shè)計與布局方面還存在較多問題。 筆者試以遼寧省灣龍背河河道治理工程為例，探討河道治理方案的選擇，以期供類似工程參考。

1 工程概述

1.1 河道概況

灣龍背河是渾江右岸一級支流， 河長7.42 km，流域面積為12.17 km2，河道比降平均為2.938‰，屬典型的山區(qū)河道。 灣龍背河位于桓仁水庫回水范圍內(nèi)，河口段水位受桓仁水庫回水影響。

灣龍背河田家溝溝口上游已形成較完善的防洪工程體系，包括2 處混凝土灌溉截水壩，河道兩側(cè)為混凝土面板護坡，河道寬度為8～12 m。 田家溝溝口至河口段橫向?qū)挾容^大，田家溝坑塘廢棄多年，為了充分利用土地資源，退塘還田，同時保護河岸兩側(cè)耕地安全，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，防治水土流失，促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，本溪市擬對該段河道進行規(guī)劃治理。

1.2 工程建設(shè)內(nèi)容

灣龍背河河道治理工程建設(shè)任務(wù)是為桓仁滿族自治縣北甸子鄉(xiāng)田家溝坑塘改水田項目實施提供排澇、防洪保障。 該工程建設(shè)內(nèi)容為：新建導(dǎo)流護岸353 m；防洪護岸3 632 m，其中右岸1 809 m，左岸1 823 m；河底襯砌1 816 m；交叉建筑物4 座。 新建水利工程與原有渠道平順連接。 本次設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為10 年一遇，工程建筑物級別為Ⅴ級，工程概算總投資為2 113.03 萬元。

2 工程區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 水文概況

渾江流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候， 冬季嚴(yán)寒干燥，夏季濕熱多雨，年降水量自下游向上游遞減，流域內(nèi)不同區(qū)域的多年平均降水量為800～1 000 mm，桓仁水文站多年平均降水量為888.3 mm，下游沙尖子水文站多年平均降水量為998.0 mm。 該流域降水年內(nèi)分配不均，7～8 月份降水量占全年降水量的50%，6～9 月份降水量占全年降水量的70%以上。 灣龍背河洪水由暴雨造成，洪水與暴雨發(fā)生時間相應(yīng)，多發(fā)生在6～8 月份，全年最大洪水多發(fā)生在7～8 月份，尤以8 月最多。連續(xù)強降雨是產(chǎn)生洪災(zāi)的主要原因。 項目區(qū)所在渾江段屬于桓仁水庫回水段， 河寬400～760 m，主槽寬160～260 m，最大水深約6.8 m。工程項目所在的灣龍背河沒有水文站， 屬于無資料地區(qū)。 本次洪水計算采用遼寧省水文水資源勘測局編制的《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》，按無資料地區(qū)進行。流域范圍屬遼寧省水文分區(qū)Ⅲ3 區(qū)。 經(jīng)計算， 分析本工程洪峰流量（P＝10%）為92 m3／s。

2.2 地質(zhì)概況

工程區(qū)處于長白山脈的南延部分， 地形地貌主要為渾江沖積河谷地貌，河谷呈“U”型，兩側(cè)山體垂直切割深度為100～300 m，出露地層主要有元古界、中生界及侵入巖體，區(qū)內(nèi)沒有區(qū)域性深大斷裂通過，屬區(qū)域構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)。該區(qū)位于渾江流域中，地質(zhì)條件主要受渾江影響。 本次河道治理為新建水利工程段，筑堤料主要由素填土（黃褐色，稍密，稍濕）、強風(fēng)化花崗巖構(gòu)成，并混有較少量的黏性土。

3 工程設(shè)計方案

3.1 設(shè)計原則

（1）以穩(wěn)步提升防洪能力為首要前提。灣龍背河為渾江的一級支流，河槽斷面較規(guī)整，為單一斷面，無明顯灘槽。河寬一般為8～13 m，下游稍寬，兩岸現(xiàn)大部分河段已建有護岸。

（2）因地制宜，優(yōu)化工程措施。 灣龍背河河道兩岸植被覆蓋率高，岸頂、坡面、坡腳均有自然生長樹木，且河床下切明顯，考慮將灣龍背河改道，退塘還田。 該工程設(shè)計時，應(yīng)充分考慮現(xiàn)有防護措施、自然條件，因地制宜地選擇工程措施，保證新建工程在不破壞現(xiàn)有措施的同時，達到防護要求。

（3） 應(yīng)充分考慮生態(tài)河道和景觀河道的建設(shè)需求。灣龍背河在進行河道治理時，應(yīng)以自然生態(tài)為藍本，結(jié)合當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村特色進行工程建設(shè)。

（4）工程布置應(yīng)與河勢流向相適應(yīng)，并與洪水主流線大致平行。岸線應(yīng)力求平順，各工程段與已建堤段平緩連接，盡可能利用現(xiàn)有堤防、防洪設(shè)施和有利地形。

3.2 工程總體布置

新建導(dǎo)流護岸采用梯形雙向擋水形式， 上游截洪導(dǎo)流至新建排洪渠內(nèi)， 下游抵御桓仁水庫庫區(qū)洪水回水蔓延。 護岸頂高程為307.0 m，頂寬為4.0 m，上、下游坡比均為1∶2.5，采用干砌塊石護坡，下設(shè)0.15 m 厚的碎石墊層和0.2 m 厚的細(xì)沙墊層， 細(xì)沙墊層中間夾設(shè)聚乙烯土工膜防滲，上、下游坡腳均設(shè)貼坡排水棱體及導(dǎo)流溝槽。

新建防洪護岸采用坡式護岸， 其迎水坡坡比為1∶2.5，坡面采用0.5 m 厚干砌塊石護坡，下設(shè)0.15 m厚的碎石墊層和0.2 m 厚的細(xì)沙墊層， 細(xì)沙墊層中間夾設(shè)聚乙烯土工膜防滲。 設(shè)計岸頂高程為桓仁水庫回水水位加0.5 m 超高，其中，左岸岸頂設(shè)置3.5 m 寬的巡檢路，路面采用泥結(jié)石鋪設(shè)，背水側(cè)坡比為1∶2；右岸岸頂與山體平順連接。

護坡坡腳處與河底襯砌銜接為一體， 河底襯砌形式與護坡相同，采用0.5 m 厚干砌塊石護砌，下設(shè)0.15 m 厚的碎石墊層和0.2 m 厚的細(xì)沙墊層， 細(xì)沙墊層中間夾設(shè)聚乙烯土工膜防滲。

泄洪渠道首端設(shè)計河底高程與末端設(shè)計河底高程相差3.0 m，比降為1.61‰，渠道走向基本沿山體等高線布置。 渠道背水側(cè)造地的地面高程變化范圍為：291.85 m →292.13 m →292.82 m →293.58 m →294.70 m→295.48 m→296.44 m→297.40 m→298.24 m →298.64 m →299.14 m →300.13 m →301.26 m →301.34 m，最低點與最高點相差9.49 m。新建渠道背水側(cè)設(shè)置排水溝， 排出汛期和暴雨期間渠道背水側(cè)的雨水或積水，以防內(nèi)澇和影響堤坡穩(wěn)定。排水溝設(shè)計在造地工程中另行安排。

泄洪渠起點進水涵為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)箱涵，共3孔，孔口凈尺寸為3.0 m×3.0 m（寬×高，下同），進水端各孔口均設(shè)3.0 m×3.0 m 的鑄鐵閘門及配套12 t 啟閉機。新建渠道軸線起點即樁號1＋816 處，設(shè)有24 m 長箱涵，渠道沿等高線布設(shè)，沿著靠山一側(cè)，基本能保證挖填平衡，河道底寬10 m，河道兩側(cè)按照1∶2.5 的坡比放坡。

3.3 堤型選擇

3.3.1 選擇要求

工程治理范圍為典型山區(qū)性河流，坡降大、水流急，護岸護腳應(yīng)采取抗沖刷性強的處理方式。工程區(qū)河道清灘、清障及開挖的沙礫料充足，沙礫料既是筑堤材料又是混凝土骨料料場， 宜采用均質(zhì)回填土料堤型。 工程治理范圍內(nèi)攔、跨河建筑物較多，堤線布置應(yīng)與各攔、跨河建筑物閉合。在攔河建筑物蓄水區(qū)內(nèi)，護腳高程應(yīng)不低于蓄水位，以防止長時間浸水對護岸穩(wěn)定造成影響。堤型選擇時，應(yīng)充分考慮現(xiàn)有工程情況，因地制宜，可以與現(xiàn)有水利工程設(shè)施平順連接，并盡量少占用耕地，力求不占耕地。

3.3.2 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場實際情況， 擬定干砌石護坡、U 形槽、混凝土面板3 種設(shè)計方案。

方案一：采用干砌石護坡形式。 渠道底寬為10 m，迎水面采用0.5 m 厚干砌石護坡，坡比為1∶2.5，下設(shè)反濾層及復(fù)合土工膜。 每延米工程造價為1.0萬元。 該方案的優(yōu)點是造價最低，缺點是占地多，占地面積為82 880 m2。

方案二：采用U 形槽。 兩側(cè)頂寬均為0.3 m，底寬11.4 m，過水?dāng)嗝鎯魧?0.0 m，槽深4.17 m、每延米工程造價為1.6 萬元。 該方案的優(yōu)點是工程占地比較少，占地面積為29 260 m2，缺點是工程造價較高。

方案三：采用混凝土面板護坡形式。迎水面采用0.2 m 厚的混凝土面板，下設(shè)0.25 m 厚的碎石墊層。混凝土面板尺寸為2.0 m×2.0 m，每延米工程造價為1.05 萬元。該方案的優(yōu)點是造價較低，缺點是占地較多，占地面積為66 880 m2。

綜合現(xiàn)場施工條件和工程造價， 最終選定方案一，即采用干砌石護坡形式，干砌石護坡迎水面坡比1∶2.5。

3.4 堤防抗滑穩(wěn)定計算

護岸頂高程以渾江水庫回水位加0.5 m 安全超高而定。 本次設(shè)計選取樁號1＋500 作為護岸典型斷面進行岸坡抗滑穩(wěn)定計算， 護岸及岸坡基礎(chǔ)土的滑動分析采用不考慮條塊側(cè)面作用力的瑞典圓弧法，計算程序采用有限元邊坡穩(wěn)定分析模塊， 計算工況選取設(shè)計洪水位驟降期的臨水側(cè)邊坡。 根據(jù)地質(zhì)勘察的試驗資料，確定填筑土料的設(shè)計參數(shù)（如表1 所示）。

表1 填筑土料設(shè)計指標(biāo)Tab.1 Design index of filling soil

樁號1＋500 斷面抗滑穩(wěn)定計算簡圖見如圖1。經(jīng)計算，護岸邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)為4.81，［K］＝1.10。 根據(jù)GB 50286—2013 《堤防工程設(shè)計規(guī)范》3.2.3 規(guī)定，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)≥1.10。 所以，新建護岸工程邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。

圖1 樁號1＋500 渠道抗滑穩(wěn)定計算簡圖Fig.1 Calculation diagram of channel anti-sliding stability of pile 1+500

3.5 泄洪渠道平面布置

根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況及建設(shè)單位要求， 泄洪渠道平面走向應(yīng)盡量考慮少占耕地， 且泄洪渠道布置應(yīng)與河勢流向相適應(yīng)，河道走向沿等高線布設(shè)，岸線應(yīng)力求平順。渠道首段位于原有河道末端處，設(shè)有24 m 長箱涵，右側(cè)為現(xiàn)有攔河建筑物，后接泄洪渠道，渠頂高程為304.700 m，渠底首尾為3.0 m 落差，泄洪渠道沿線設(shè)2 個灌溉分水閘（間距為1 050 m），分別設(shè)置在樁號1＋850、0＋800 位置處，閘門尺寸為1 m×1 m，選用鑄鐵閘門，啟閉機選用QLT－5－S 型螺桿式啟閉機，渠道末端位于渾江河道右側(cè)岸坎上，灣龍背河道汛期洪水直接排入渾江。

4 結(jié)語

目前， 灣龍背河河道整治工程已建成并投入運行，經(jīng)過5 年洪水高水位運行觀測，工程整體布置合理，堤防護岸選型準(zhǔn)確，達到了預(yù)期效果。實踐表明，河道治理工程方案選擇在河道治理工程初步設(shè)計中是一項非常重要的工作， 應(yīng)綜合地形地質(zhì)、 水文條件，施工條件、工程安全性和工程投資等因素，選擇出最優(yōu)方案。