清漳河箕山至五里鋪河道治理工程規(guī)劃

安慧強(qiáng)

（左權(quán)縣水利局，山西 左權(quán) 032600）

1 工程概況

左權(quán)縣隸屬于山西省晉中市，位于晉中市東南部，太行山主脈中段西側(cè)。左權(quán)縣面積2 028 km2，下轄5個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)鄉(xiāng)，共379個(gè)行政村，總?cè)丝?6.41萬(wàn)人（2013年）。

清漳河屬海河流域南運(yùn)河水系，河道全長(zhǎng)210 km，流域面積5 320 km2，其中清漳東源控制流域面積1 586 km2，河長(zhǎng)105 km；清漳西源控制流域面積1 568 km2，河長(zhǎng)104 km。清漳河山西段流經(jīng)昔陽(yáng)縣、和順縣、左權(quán)縣和黎城縣，省內(nèi)流域面積4 150 km2，主流長(zhǎng)146 km。

清漳河?xùn)|源治理段總長(zhǎng)8.88 km，治理范圍北起箕山村，南至西黃漳與五里鋪村交界附近，即樁號(hào)D0+000.00～D8+877.12，新建堤防長(zhǎng)度為9.21 km，利用現(xiàn)有堤防4.25 km，自然山體4.46 km，河道寬約100～260 m。主要任務(wù)是防洪，內(nèi)容為堤防建設(shè)。

2 任務(wù)與規(guī)模

2.1 工程現(xiàn)狀

清漳河?xùn)|源治理段堤防，在“2016.7.19”洪災(zāi)中沖毀嚴(yán)重，局部位置漿砌石堤防已被沖毀，大部分地段沒(méi)有堤防，兩岸農(nóng)田損失嚴(yán)重，目前河道已不能滿足10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，給當(dāng)?shù)氐姆篮榘踩珟?lái)嚴(yán)重危脅。

清漳河?xùn)|源治理段兩側(cè)為村莊及農(nóng)田，保護(hù)區(qū)內(nèi)有箕山村、中寨村、上店街村、下店街村、上水磨村、芹泉鎮(zhèn)、西黃漳村、東黃漳村等8個(gè)村莊0.7萬(wàn)人，滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)成為河道治理的第一要?jiǎng)?wù)。

治理段兩岸堤外原有耕地466.67 hm2，由于堤防沖毀嚴(yán)重，致使兩側(cè)耕地部分被沖毀，損失嚴(yán)重。左權(quán)縣境內(nèi)清漳河?xùn)|源芹泉～西黃漳段河道治理工程的實(shí)施不僅提高了河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)了兩岸居民的生命財(cái)產(chǎn)和耕地安全，而且給沿線村鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展提供空間，提高人們的生活水平和生活質(zhì)量。

2.2 工程任務(wù)

根據(jù)沿線村莊、耕地及河道現(xiàn)狀，確定本工程建設(shè)的主要任務(wù)是防洪，主要內(nèi)容為堤防建設(shè)，對(duì)清漳河?xùn)|源治理段河道堤防新建或修復(fù)已沖毀段，徹底解決兩岸居民的洪水之患。

2.3 工程建設(shè)規(guī)模

清漳河?xùn)|源芹泉—西黃漳治理段兩側(cè)，屬于鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014），防護(hù)區(qū)等級(jí)為Ⅳ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，河道治理標(biāo)準(zhǔn)按照10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。工程等別為Ⅴ等，堤防等級(jí)為5級(jí)。

治理段河道充分利用原堤線布置，結(jié)合洪水沖刷過(guò)后的現(xiàn)狀地形地貌情況，河道基本維持現(xiàn)狀寬度，局部拓寬，寬度范圍為100～260 m。這樣可以達(dá)到既能滿足河道行洪，又能滿足沿線村莊及農(nóng)田發(fā)展的需求。

3 水力計(jì)算

3.1 治導(dǎo)線、斷面形式確定

根據(jù)河道現(xiàn)狀及行洪要求，治導(dǎo)線確定原則為：順應(yīng)河道總體河勢(shì)，兼顧兩岸村莊及農(nóng)田發(fā)展的需要，在滿足河道行洪安全的基礎(chǔ)上盡可能為城鎮(zhèn)遠(yuǎn)期建設(shè)創(chuàng)造條件，做到統(tǒng)一規(guī)劃，綜合治理。在此原則下，確定治理河段治導(dǎo)線。

河道過(guò)流斷面形式確定，根據(jù)河道現(xiàn)狀，結(jié)合本次工程建設(shè)任務(wù)，采用天然河道斷面。

3.2 河道過(guò)流能力計(jì)算

治理段河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，由于天然河道斷面不規(guī)則，河床起伏不平且不斷發(fā)生沖淤變化，過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?、底坡、粗糙系?shù)均沿程變化，采用恒定非均勻漸變流方程計(jì)算。沿水流方向，在河道中分別取兩個(gè)斷面1-1與2-2，其中1-1斷面水位已知，2-2斷面水位為欲求之水位。

1-1與2-2斷面之間的能量方程如下：

式中：z1、z2和v1、v2分別為斷面1-1與斷面2-2的水位和流速；α1、α2為水流在斷面1-1與斷面2-2的動(dòng)能修正系數(shù)為斷面1-1和斷面2-2的平均流量模數(shù)；ζ為河段的平均局部阻力系數(shù)；Q為設(shè)計(jì)洪峰流量。

天然河道洪水位的水面寬＞30 m時(shí)，河岸阻力影響較小，斷面不規(guī)整，河床面粗糙，河底為卵石，糙率最小值0.035，最大值0.100，本次設(shè)計(jì)治理段糙率取n=0.045。根據(jù)工程所在河段橫斷面資料，計(jì)算10年一遇河道水面線。

3.3 公路橋過(guò)流能力

本次治理段河道范圍內(nèi)有公路大橋3座，分別為高速公路高架橋、芹泉舊大橋、319省道大橋。大橋建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)均高于本次10年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，橋孔過(guò)流能力均滿足要求，芹泉舊大橋在2016年“7.19洪災(zāi)”中由于左岸橋頭伸入河道約40 m，受洪水直接沖擊損毀，現(xiàn)已采取措施進(jìn)行修復(fù)防護(hù)。

西黃漳村漫水橋現(xiàn)已修復(fù)，其下游筑有臨時(shí)漫水土路，為阻洪建筑物，建議后期進(jìn)行改造。

3.4 防洪大堤超高計(jì)算

河堤超高采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中公式計(jì)算：

式中：y——堤頂超高，m；

R——設(shè)計(jì)波浪爬高，m；

e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，m；

A——安全加高，m。

治理段防洪大堤級(jí)別為5級(jí)，安全加高值取0.5 m，計(jì)算風(fēng)速采用歷年汛期最大風(fēng)速（V＝24 m/s）平均值的1.5倍，計(jì)算得設(shè)計(jì)波浪爬高0.319 m，設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度為0.005 9 m，堤頂超高為0.825 m，取0.9 m。

3.5 沖刷計(jì)算

3.5.1 水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷深度計(jì)算

水流平行于岸坡沖刷深度計(jì)算，采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算公式：

式中：hs——局部沖刷深度，m；

H0——沖刷處的水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，m；

Ucp——近岸垂線平均流速，m/s；

U——行近流速，m/s；

UC——泥沙起動(dòng)流速，m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n＝1/4；

η——水流流速不均與系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷深度，最大沖刷深度為1.41 m。

3.5.2 彎道沖刷深度計(jì)算

彎道水流對(duì)凹岸形成沖刷，其沖刷深度采用《水力計(jì)算手冊(cè)》中的與河面寬和曲率半徑之比有關(guān)的系列沖刷計(jì)算公式計(jì)算。

式中：Hmax——最大沖深值，從水面算起；

Hm——計(jì)算斷面平均水深；

B——河面寬；

R1——凹岸曲率半徑。

經(jīng)計(jì)算，河道沖刷深度為2.96 m。

4 結(jié)語(yǔ)

工程區(qū)位于太行山塊隆帶，區(qū)域穩(wěn)定性尚好。工程區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度值為0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度為Ⅶ度。堤線主要從清漳東源主河道兩側(cè)Ⅰ級(jí)堆積階地前緣、河漫灘經(jīng)過(guò)，堤基持力層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，為強(qiáng)透水層，主要存在不均勻變形及洪水沖刷堤基穩(wěn)定等問(wèn)題。堤基基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)大于洪水沖刷深度，防止洪水沖刷淘蝕堤基。部分地段堤基低于地下水位或位于地下水位附近，施工時(shí)存在基坑涌水問(wèn)題，應(yīng)排水。

工程區(qū)塊石料、土料質(zhì)量滿足規(guī)范要求，儲(chǔ)量滿足工程需要。老虎巖砂礫料場(chǎng)礫料質(zhì)量滿足混凝土粗骨料規(guī)范要求，儲(chǔ)量滿足工程需要?；炷良?xì)骨料建議采用老虎巖砂礫料場(chǎng)砂料或人工制砂。