山區(qū)河道堤防設計探索：以松陽縣河道治理工程為例

黃凱文,方建飛

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;2.松陽縣水利水電勘察設計所,浙江 麗水 323400)

1 山區(qū)河道的特點

山區(qū)河道主要有以下幾個特點:

(1)山區(qū)河道的主要功能是行洪、灌溉。

(2)日常運行時常水位低可見河底,汛期時,洪峰流量大、歷時短,水位暴漲暴落。

(3)河道在平面地形上蜿蜒曲折,坡降較大。

(4)地質上,河岸土層多為礫砂,河床一般以礫石、塊石或砂礫卵石等為主,防滲土料匱乏。

(5)防洪、防沖、滲透穩(wěn)定等問題超過平原河道的防洪、防澇,生態(tài)景觀休閑功能弱于平原河道。

2 山區(qū)河道設計的關鍵問題及其對策

2.1 堤線布置

天然河道斷面的形成,灘地、深槽的形態(tài)和尺寸有其天然的合理性及其歷史性,山區(qū)河道堤防在進行堤線布置時,首先要滿足防洪排澇的功能要求,在其前提下,盡可能維持河流原有的自然形態(tài),并保護好堤前的灘地,避免因灘地缺失而危及堤防安全。

2.2 斷面型式

堤型斷面結構選擇應充分利用礫石、塊石及砂礫卵石等當?shù)夭牧?既保證防洪堤的透氣透水性,防止人為隔絕河岸生物鏈,又可降低造價,減少工程投資,還應與上下游、左右岸護岸型式的銜接與協(xié)調,營造整體美觀效果。

堤型結構兼顧保留河岸或灘地原生樹木,植物措施盡量配種本土植物,為改善植物生長環(huán)境,坡面可采用覆蓋客土的方法提高植物成活率,促進植物正常生長。

2.3 親水平臺高程

山區(qū)河道若沒有攔水壩,日常水位都很低,甚至僅深槽、沖溝處有水,雨水期或汛期河道水位又快速上升。因此,親水平臺的高程是山區(qū)河道設計時需要重點考慮的,建議從以下幾個方面著手:①河道常水位;②設計河床底高程;③3～5 a一遇防洪標準水位;④下游堰壩影響。

2.4 生態(tài)護岸措施

建設生態(tài)型河堤是現(xiàn)代城市河流治理的發(fā)展趨勢,生態(tài)護岸的關鍵在于維系河岸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性[1]。常規(guī)的生態(tài)措施有植物措施、土工材料與植物相結合、石籠、生態(tài)袋、生態(tài)砌塊等各種方式,建設時應結合山區(qū)性河道的特性,選擇合適的生態(tài)護岸措施。

2.5 滲流與滲透穩(wěn)定

山區(qū)性河道防洪堤基本采用當?shù)厣暗[石填筑料,其非穩(wěn)定性滲流及滲透穩(wěn)定問題須引起重視。在堤后地面有一定高度的情況下,一般不采取截滲的工程措施,因為一方面造價高,另一方面人為阻斷了河流和地下水的相互補給,既不環(huán)保也不生態(tài)。

2.6 防洪排澇

山區(qū)性河道有各種支流,其防洪閉合圈很難實現(xiàn),給防洪堤斷面設計時確定經(jīng)濟合理的防滲、排滲設計方案帶來很大難度。

3 工程實例

3.1 工程概況

松陽縣河道治理工程地處浙江省松陽縣松陰溪干流,松陰溪為松陽縣的母親河,松陰溪橫貫松古平原,松古平原段河長29 km,自西北向東南將松古平原分割成了江南、江北兩大地理區(qū)塊。項目內容包括堤防加固、攔水堰壩1座,工程投資約2 300萬元,其中,工程直接費用約1 600萬元。于 2010年4月5日開工建設,2011年5月18日完工。

3.2 工程規(guī)模及總體布置

3.2.1 工程等別及建筑物級別

工程等別為Ⅳ等,防洪標準為20 a一遇,干流堤防等防洪主要建筑物級別為4級。根據(jù)水利計算,工程區(qū)20 a一遇設計水位為156.80～150.00m,相應洪峰流量為1 790～2 291m3/s。

3.2.2 工程總體布置

工程范圍為松陰溪赤壽至三里亭段,干流河道堤防全長3 400 m,主要任務是防洪,干流河道沒有航運要求。

(1)根據(jù)前期主要工作成果,項目區(qū)河道堤距最小控制寬度為160 m,工程現(xiàn)狀堤距基本在160～185 m;工程區(qū)現(xiàn)狀堤防經(jīng)過20多年的運行,河流走向得到了有效控制,兩岸已形成建設格局,按照“蓄泄兼籌以泄為主”的流域治理原則,堤線布置時盡量利用原有的堤線。

(2)由于受河道采砂影響,該工程區(qū)堤段河道中間基巖裸露處較多;根據(jù)地質資料可知,河床基巖為粉砂巖,長時間裸露空氣中易風化;為保護河灘、堤腳,形成一定水面率,營造水生態(tài)效果,擬修建1座低矮堰壩。

3.3 堤防設計

3.3.1 堤防斷面設計

采用灌砌塊石擋墻+斜坡的方式:堤頂設4 m寬的防汛通道,接1∶1.5的斜坡至親水平臺。采用混凝土路面(厚20 cm),斜坡采用C20混凝土圈綠化護坡,親水平臺寬5 m,間隔5 m設置花壇 (矩形花壇、不規(guī)則形狀花壇交錯布置),親水平臺外側設置混凝土灌砌塊石擋墻,擋墻基礎至中風化基巖面。

3.3.2 親水平臺高程

對于攔水壩影響范圍內的堤段,親水平臺高程高于攔水壩頂0.5 m,其余堤段比設計河床高1.5 m。運行1 a多來,汛期時大部分堤段水位低于親水平臺0.3～0.5 m,局部與親水平臺持平,達到了設計的預期目的。

3.3.3 生態(tài)護岸措施

親水平臺擋墻基礎位于基巖面,墻趾處一定范圍內利用開挖的砂礫石回填,為野生動植物提供良好的生長環(huán)境,取得較好的效果;親水平臺以上護坡由于平時基本沒有水,但汛期要經(jīng)受洪水考驗,因此,設計時采用混凝土圈綠化,營造 “岸綠”生態(tài)效果;對于現(xiàn)狀已有的護岸樹木,最大限度地保留現(xiàn)狀。

3.3.4 滲流與滲透穩(wěn)定

該工程河流為山區(qū)性河道,堤身主要由砂礫石料填筑而成,山區(qū)性河道洪水陡漲陡落,發(fā)生時間快,持續(xù)時間短,不會形成穩(wěn)定滲流,因此主要對非穩(wěn)定滲流進行計算與分析。

經(jīng)計算,典型斷面非穩(wěn)定滲流滲透比降最大為0.18,根據(jù)工程地勘資料,砂礫石允許水力坡降J允=0.1～0.2。由于工程堤身主要由砂礫料填筑而成,級配良好,背水坡地面高程較高,設計時堤后設置了無紡布反濾層。根據(jù)有關研究,設置了反濾的砂礫石允許滲透比降可提高3倍以上,故堤身不會產(chǎn)生滲透破壞;從工程堤防運行管理的實際情況來看,運行30多年,未出現(xiàn)滲透破壞,因此設計時無需考慮堤防的防滲處理。

3.3.5 防洪排澇

該工程堤身滲透量約為0.2 m3/s,防洪堤保護區(qū)受淹范圍主要為農(nóng)田,面積較小,對受淹保護區(qū)的影響較小,故無需進行專門的防滲排澇設計處理。

4 結 語

山區(qū)河道建設時應首先考慮防洪安全,再考慮經(jīng)濟性、生態(tài)景觀性,充分利用當?shù)亟ㄖ牧?利用植物措施、土工材料與植物相結合、混凝土圈綠化等生態(tài)措施進行固土護坡。同時,結合山區(qū)河道獨有的水流特性,處理好堤線布置、堤型選擇、滲流與滲透穩(wěn)定、防洪排澇等關鍵問題,使山區(qū)河道堤防工程建設更科學、合理、實用。

[1]馬以超,王鑫.平原生態(tài)河道設計思路 [J].浙江水利水電專科學校學報,2008(3):51-52.