沁河河道治理工程設(shè)計(jì)概述

關(guān)紅俊

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024）

1 工程概述

沁河發(fā)源于長(zhǎng)治市沁源縣霍山東麓的二郎神溝，源頭分水嶺高程為2200 m左右。河流在太岳山崇山峻嶺間蜿蜒南下，穿越臨汾市安澤縣，在沁水縣官亭圪堆附近進(jìn)入晉城市，經(jīng)陽(yáng)城縣至澤州縣拴驢泉附近流入河南省，由河南省濟(jì)源市五龍口出太行山至武陟縣南賈村匯入黃河。

沁河干流在山西省境內(nèi)均為山區(qū)型河道，河道縱坡較大，平均縱坡為0.38%，在孔家坡以上有赤石橋河、紫紅河兩個(gè)較大支流匯入，孔家坡至飛嶺之間有藺河匯入，其間干流建有和川引水樞紐；飛嶺至張峰區(qū)間有泗河、蘭河、龍渠河匯入，干流建有大（II）型的張峰水庫(kù)；張峰至潤(rùn)城區(qū)間有沁水河、端氏河匯入；潤(rùn)城至五龍口有蘆葦河、獲澤河、長(zhǎng)河、西冶河匯入。

本次沁河流域治理范圍內(nèi)涉及山西省長(zhǎng)治市沁源縣、臨汾市安澤縣和晉城市沁水縣、陽(yáng)城縣等4個(gè)縣。工程分為三段：沁源縣程壁鎮(zhèn)～閆寨村、安澤縣和川鎮(zhèn)～南灣村段及沁水縣張峰～陽(yáng)城縣潤(rùn)城鎮(zhèn)王家橋段。

截至目前，沁河干流河道堤防僅建設(shè)40 km，近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，小城鎮(zhèn)的快速擴(kuò)張，尤其在沁水至陽(yáng)城一帶、沁源縣、安澤縣的防汛壓力大增，迫切需要修建堤防工程。

2 任務(wù)及目標(biāo)

根據(jù)水利部批復(fù)的《全國(guó)中小河流治理和中小水庫(kù)除險(xiǎn)加固專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，全面推進(jìn)流域面積3000 km2以上有防洪任務(wù)的黃河主要支流的重點(diǎn)河段的防洪治理，使治理河段基本達(dá)到國(guó)家確定的防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次治理河段涉及臨汾、沁源、晉城，保護(hù)范圍內(nèi)臨汾擁有農(nóng)業(yè)人口16684人，耕地5615hm2；沁源擁有農(nóng)業(yè)人口36939人，耕地4641hm2；晉城擁有農(nóng)業(yè)人口52122人，耕地3653hm2。

本期沁河治理的主要任務(wù)為：以新建堤防、堤防加高加固、河道疏浚及河道整治工程為重點(diǎn)，提高沁河治理河段防洪工程的抗洪能力。

目標(biāo)：通過(guò)本期建設(shè)，使本次治理河段的堤防高度和寬度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；規(guī)順河勢(shì)，減緩河槽淤積，工程管理建設(shè)得到加強(qiáng)，工程措施與工程管理有機(jī)結(jié)合，初步形成沁河防洪減淤體系，力保設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水不決堤。本工程防護(hù)對(duì)象主要為兩岸的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及周邊農(nóng)田、工礦企業(yè)。

3 防洪標(biāo)準(zhǔn)和級(jí)別

根據(jù)《山西省黃河流域重點(diǎn)支流治理專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃報(bào)告》、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—94）及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013）中的規(guī)定，確定沁河防洪標(biāo)準(zhǔn)，沿線村莊的防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì)，兩岸堤防為4級(jí)；沿線耕地的防洪標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇設(shè)計(jì)，兩岸堤防為5級(jí)。

4 堤距的確定

①滿足安全、通暢泄洪的要求；

②適當(dāng)考慮河相關(guān)系，盡可能不改變河型；

③少占耕地或不占耕地，權(quán)衡工程量與防護(hù)效益，達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的合理性，統(tǒng)籌考慮各河段及其上、下游的行洪要求。

本工程河道屬于山區(qū)河道，堤線寬度和位置原則上根據(jù)20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算確定，堤距的最終確定除計(jì)算結(jié)果外還要結(jié)合實(shí)際地形和現(xiàn)有堤防工程進(jìn)行布置，對(duì)特殊狹窄河段進(jìn)行拓寬處理。通過(guò)水力學(xué)計(jì)算各斷面的水深、流速等參數(shù)。

5 主要建筑物設(shè)計(jì)

5.1 堤防設(shè)計(jì)

河道橫斷面基本型式為梯形，根據(jù)現(xiàn)狀河道走向，堤防斷面防護(hù)型式采取以下三種型式：

（1）重力式擋墻：主要布置在河床現(xiàn)狀較低的河段。采用M7.5漿砌塊石重力式擋土墻形式，頂寬500 mm，迎水坡1:0.3，擋土墻高度在5m以下時(shí)，背水坡為1:0.2，擋土墻高度在5～6m時(shí)，背水坡為1:0.25，墻后回填基礎(chǔ)或河道疏浚開(kāi)挖料，填土高度根據(jù)土方開(kāi)挖平衡確定，當(dāng)?shù)谭栏叨却笥?.0 m時(shí)，填土高度填至距堤頂2.0 m的高度，當(dāng)?shù)谭栏叨刃∮?.0 m時(shí)，填土高度填至堤頂。根據(jù)沖刷深度計(jì)算，堤防基礎(chǔ)埋深按1.5m考慮。每10 m設(shè)置一條伸縮縫，縫內(nèi)用中密度閉孔泡沫板填充。墻后按梅花形設(shè)置排水孔，排水管采用DN100PVC管。

（2）仰斜式擋墻：在原土堤處設(shè)置仰斜式擋墻，采用M7.5漿砌塊石，漿砌塊石頂寬600 mm，迎水坡1:0.7，背水坡1:0.4，根據(jù)沖刷深度計(jì)算，基礎(chǔ)埋深按1.5m考慮。

（3）土堤：主要布置在現(xiàn)狀高程較高，需加高堤防高度小于1.5m的河段。堤頂寬3000 mm，迎水坡1:2.5，背水坡1:2，土堤高度范圍0～1.5m，為防雨水沖刷，在土堤的迎水側(cè)采用草皮護(hù)坡。

堤岸沖刷深度的計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中的計(jì)算公式。

1）水流斜沖順壩防護(hù)岸坡，產(chǎn)生的沖刷按下式計(jì)算：

式中：△hp——從河底算起的局部沖深，m；

α——水流流向與岸坡交角（°），按 α=20°～40°；

m——防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)，m=0.3；

d——坡角處土壤計(jì)算粒徑，cm，d取0.05cm；

Vj——水流的局部沖刷流速，m/s，Vj=1.6～2.5m/s。

2）水流平行于岸坡，堤防產(chǎn)生的沖刷可按下式計(jì)算：

式中：hB——局部沖刷深度，m，從河底算起；

hp——沖刷處的水深，m；

Vcp——平均流速，m/s，取Vcp=2.17～5.62m/s；

V允——河床面上允許不沖流速，m/s，查《水力計(jì)算手冊(cè)》中，砂卵石河床的允許不沖流速取2.0 m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25。

3）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)》中的與曲率半徑有關(guān)的沖刷公式計(jì)算。

式中：Hmax——最大沖深值；

R——河彎中心曲率半徑。

經(jīng)計(jì)算，平行于岸坡的沖刷深度按1.5m計(jì)算，斜沖岸坡和彎道處的沖刷深度按5m計(jì)算。

基礎(chǔ)埋深根據(jù)沖刷計(jì)算結(jié)果確定，由上面的沖刷計(jì)算知，基礎(chǔ)最大沖刷深度為5m，根據(jù)地基條件參照相關(guān)規(guī)范及類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，確定基礎(chǔ)埋深為1.5m，對(duì)沖刷深度大于1.5m的堤段采用鉛絲石籠進(jìn)行水平防護(hù)，防護(hù)長(zhǎng)度在3～5m。

5.2 防護(hù)工程

（1）護(hù)坡工程。護(hù)坡采用漿砌石貼坡防護(hù)，主要布置在已建砌石堤防，但堤防高度與設(shè)計(jì)堤頂相差較多段，下部采用M7.5漿砌塊石，護(hù)坡坡度1:2，厚度500 mm，護(hù)至現(xiàn)狀高度，護(hù)岸底部設(shè)基礎(chǔ)，采用M7.5漿砌塊石，矩形斷面，埋深1.5m，上部采用重力式擋墻，結(jié)構(gòu)形式同重力式擋墻。

（2）護(hù)腳工程。主要布置在水流流速大、河道凹岸等可能發(fā)生沖刷破壞的河段。護(hù)腳材料采用鉛絲石籠，厚500 mm，長(zhǎng)度根據(jù)沖刷深度計(jì)算采用3～5m。

5.3 護(hù)灘工程

護(hù)灘工程主要布置在有大片耕地且易受水流沖刷的位置。

1）沁源縣程壁村～閻寨村段、安澤縣和川～南灣村段護(hù)灘工程型式采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸，邊坡與現(xiàn)狀大致相同，范圍1:2～1:4，由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程，在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳，長(zhǎng)5m，厚500 mm。

本段護(hù)灘工程型式采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸，邊坡與現(xiàn)狀大致相同，范圍1:2～1:4，由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程，在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳，長(zhǎng)5m，厚500 mm。

2）張峰橋～王家莊橋段護(hù)灘工程主要有二種型式

①鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸。采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸，邊坡與現(xiàn)狀大致相同，范圍1:2～1:4，由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程，在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳，長(zhǎng)5m，厚500 mm。

②重力式擋墻護(hù)岸。主要布置邊坡較陡的河段。采用重力式擋土墻型式，M7.5漿砌塊石，墻頂寬500 mm，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.3，墻后填土。根據(jù)沖刷深度計(jì)算，擋土墻基礎(chǔ)埋深按下挖1.5m深考慮。每10 m設(shè)置一條伸縮縫，縫內(nèi)用中密度閉孔泡沫板填充。墻后按梅花形設(shè)置排水孔，排水管采用DN100PVC管。

另外在原有重力式護(hù)灘堤防基礎(chǔ)埋深不夠可能發(fā)生沖刷破壞的地段。采用鉛絲石籠護(hù)腳工程，厚500 mm，防護(hù)寬度根據(jù)沖刷深度計(jì)算采用3～5m。

5.4 支流入河口工程

沁河流域治理段沿線支流的匯入，對(duì)入河口對(duì)岸的堤防及村莊構(gòu)成嚴(yán)重威脅，另外支流入河口沒(méi)有堤防或堤防向上游延伸較短，造成河水在支流入河口附近“抄后路”沖毀農(nóng)田和堤防。采用的工程措施一方面將入河口處堤防向支流上游延伸，與公路堤或現(xiàn)有支流堤防相連，杜絕洪水抄后路。另一方面在支流入河口對(duì)岸布置控導(dǎo)工程，防止毀壞對(duì)岸堤防。堤防結(jié)構(gòu)斷面尺寸與主河道堤防結(jié)構(gòu)尺寸一致，墻高依地形而變，基礎(chǔ)埋置深度1.5m。

5.5 控導(dǎo)工程設(shè)計(jì)

控導(dǎo)工程是穩(wěn)定中小水流路，控導(dǎo)河勢(shì)，防止堤防和灘岸被沖刷而采取的工程措施。根據(jù)本工程情況，設(shè)計(jì)采用丁壩的型式。

丁壩重點(diǎn)布置在彎道及頂沖點(diǎn)的下游側(cè)，以主流頂沖點(diǎn)為界。為使丁壩下游主流不再頂沖堤防，最后幾道丁壩長(zhǎng)度根據(jù)挑移范圍大小，可適當(dāng)加長(zhǎng)，將主流挑離堤防達(dá)到保護(hù)堤防的目的。根據(jù)河道情況，在沁源縣程壁～閻寨河道樁號(hào)7+145.7（東川河入河口）處、10+579.2（東河入河口）處、20+580（交口河入河口）處彎道較大，遭遇洪水時(shí)對(duì)岸容易受到?jīng)_擊，規(guī)劃在此3處布置丁壩控導(dǎo)工程。

丁壩平面位置：丁壩的平面布置根據(jù)整治線布置、水流流勢(shì)、河岸沖刷情況和已建同類(lèi)工程的經(jīng)驗(yàn)確定，依堤而設(shè)，采用下挑、非淹沒(méi)式。每處布置10條，每條長(zhǎng)度10.0 m，間距取15m。軸線與水流方向夾角一般采用30°，第一道丁壩和最后幾道丁壩根據(jù)水流條件適當(dāng)加長(zhǎng)，夾角采用30°～60°。

丁壩選用能適應(yīng)河床下沉變形而自身又比較穩(wěn)定的鉛絲石籠丁壩，斷面型式為3層臺(tái)階式梯形斷面，層高0.8m，頂層寬2.0 m，中層寬3.6m，底層為適應(yīng)沖刷塌落，保護(hù)丁壩主體，上下游側(cè)、壩頭加寬部分長(zhǎng)度均按河床沖刷深度的1.5倍考慮，取5m。丁壩后端與堤防的漿砌石護(hù)岸相連接。

5.6 排水涵洞工程

為保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活用水和田地中的雨水順利排出，河道兩岸需要設(shè)置排水口，分別布置在沁河的兩岸。排水口采用DN800的混凝土管從大堤下穿過(guò)，管道坡度為0.3%，管底設(shè)340 mm厚C15混凝土管座；混凝土管出大堤后，以現(xiàn)狀緩坡接1m厚、10 m長(zhǎng)的格賓石籠防沖帶。

6 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，糧食是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的重要戰(zhàn)略物資，保護(hù)和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，對(duì)于維護(hù)國(guó)家糧食安全，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。近幾年來(lái)，受糧食生產(chǎn)效益比較低、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和自然災(zāi)害等因素的影響，特別是由于投入不足，河道防洪體系不完善，功能退化，長(zhǎng)期制約著當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，搞好沁河河道治理工程建設(shè)，充分發(fā)揮河道工程的防洪保安作用，最大程度地減少農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失，徹底解決溫飽問(wèn)題，是非常必要而又十分緊迫的，也是項(xiàng)目區(qū)今后一段時(shí)間內(nèi)水利發(fā)展、“三農(nóng)”發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)的一個(gè)重要方向。

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的不斷進(jìn)步，兩岸人民群眾對(duì)提高河流防御洪澇災(zāi)害的能力和享有防洪保障的要求不斷提高。因此對(duì)河道進(jìn)行全面治理，不僅直接關(guān)系著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，而且直接保護(hù)著沁河兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，同時(shí)對(duì)保護(hù)下游的生態(tài)安全和用水安全具有特殊作用。