老寨川河生態(tài)清潔型河道治理工程設(shè)計(jì)分析

孫宏偉

(北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 北票 122100)

1 工程概況

老寨川河為牤牛河一級(jí)支流、大凌河二級(jí)支流，河道平均比降6.4‰，流經(jīng)婁家店鄉(xiāng)、寶國(guó)老鎮(zhèn)和黑城子鎮(zhèn)，流域面積365.3km2、區(qū)域河長(zhǎng)52.6km、耕地面積5.8405萬(wàn)畝、人口20413人。治理河段地理位置為東經(jīng)120°32′35″～120°39′13″、北緯42°3′48″～42°4′27″。流域內(nèi)海拔在380～580m之間。

本次工程的治理范圍為婁家店鄉(xiāng)棒槌山村的老寨營(yíng)子村民組至營(yíng)房村民組沿線河道，沿岸保護(hù)老寨營(yíng)子、王家杖子、陳家杖子、大杖子、山灣子、三家子、營(yíng)房，治理河長(zhǎng)10.48km。

2 項(xiàng)目區(qū)存在的主要問(wèn)題

老寨川河道中下游即婁家店大橋以下至黑城子鎮(zhèn)祥順號(hào)村河段，由于多年來(lái)防洪建設(shè)資金投入較少，該段河道一直未得到系統(tǒng)治理，河道的防洪能力較低，河道淤積較嚴(yán)重。這些不利因素導(dǎo)致災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加重，特別是到了汛期，如遇大雨、暴雨，極有可能導(dǎo)致洪水泛濫，對(duì)工程段河道周邊的防洪安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

3 水文計(jì)算

老寨川河流域沒(méi)有暴雨、洪水觀測(cè)資料。臨近的流域涼水河(大凌河一級(jí)支流)上有水文站。根據(jù)北票老寨川河河道支流匯入情況，擬定四個(gè)斷面進(jìn)行干流設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，分別為婁家店大橋斷面、三家子斷面、大杖子村斷面、王家杖子斷面。

3.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

本工程設(shè)計(jì)洪水按照《遼寧省中小河流設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法(無(wú)資料地區(qū))》中所述推理公式進(jìn)行計(jì)算，下面以?shī)浼业甏髽驍嗝鏋槔右越榻B。

3.1.1 流域特性

治理段以上流域面積及河長(zhǎng)等各種特性值在1∶1萬(wàn)的地形圖上量得。其中，流域面積F=41.7km2；河長(zhǎng)L=17.9km；河道比降J=18.89‰；水文分區(qū)為V1；流域重心為東經(jīng)120.63121°、北緯42.06585°。

匯流歷時(shí)計(jì)算公式為

式中χ——系數(shù)，反映地區(qū)自然地理因素，χ=0.57；

y——系數(shù)，反映τ值增加率，y=0.65。

計(jì)算求得τ=1.43h。

3.1.2 推求設(shè)計(jì)暴雨

a.設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)計(jì)算結(jié)果

b.時(shí)段面雨量的計(jì)算。計(jì)算式為

式中KF——點(diǎn)面折減系數(shù)，0.983(見(jiàn)表2),mm。

c.暴雨衰減指數(shù)n0p計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

d.匯流歷時(shí)τ時(shí)段內(nèi)設(shè)計(jì)面雨量和面暴雨強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算式為

Pτp=P24P24n2p-16n1p-n2pτ1-n1p

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

e.設(shè)計(jì)洪峰流量。計(jì)算式為

Qp=0.278φpipF

式中φp——洪峰徑流系數(shù)(查附表得)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表2 時(shí)段面雨量計(jì)算結(jié)果

表3 暴雨衰減指數(shù)計(jì)算結(jié)果

表4 面雨量和面暴雨強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

表5 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，老寨川河婁家店大橋斷面10年一遇洪峰流量為224.6m3/s，20年一遇洪峰流量為333.7m3/s。

老寨川河干流以及支流采用《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 北票老寨川河干流及支流設(shè)計(jì)洪水成果

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，繪制北票老寨川河各斷面P=2%設(shè)計(jì)洪峰與遼西地區(qū)大凌河各站P=2%設(shè)計(jì)洪峰雙對(duì)數(shù)曲線，可以看出設(shè)計(jì)洪峰與面積成2/3次方關(guān)系，故認(rèn)為北票老寨川河用《方法》計(jì)算的洪水成果與實(shí)際同頻率洪水值相近，符合水文一般規(guī)律，設(shè)計(jì)洪水成果可靠。

4 工程布置

本工程位于朝陽(yáng)市北票市婁家店鄉(xiāng)老寨川河棒槌山村段，防護(hù)區(qū)屬鄉(xiāng)村，保護(hù)人口約0.9萬(wàn)人(<20萬(wàn)人)，保護(hù)耕地3000余畝(<30萬(wàn)畝)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)4.3.1規(guī)定，確定本次工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，護(hù)岸工程的級(jí)別為5級(jí)，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》確定本次治理工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

治理范圍為婁家店鄉(xiāng)棒槌山村的老寨營(yíng)子村民組至營(yíng)房村民組沿線河道，治理河長(zhǎng)10.48km。主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建護(hù)岸總長(zhǎng)14.67km，其中左岸7.99km、右岸6.67km； 潛壩1座，潛壩走向與河道正交，壩長(zhǎng)為28.51m；對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)河道進(jìn)行清淤疏浚，長(zhǎng)度為10.48km；生態(tài)工程分濱河生態(tài)護(hù)岸帶、沿路生態(tài)防護(hù)帶、遼梅小品生態(tài)園和扶貧生態(tài)園四部分，總面積為16.70hm2。

5 工程設(shè)計(jì)

5.1 護(hù)岸設(shè)計(jì)

本次工程治理范圍從婁家店鄉(xiāng)棒槌山村的老寨營(yíng)子村民組至營(yíng)房村民組，由新建護(hù)岸及現(xiàn)有防護(hù)措施連接，形成防洪體系。左岸主要防護(hù)沿河路及村莊，右岸主要防護(hù)工程所在地居民的耕地。

本次設(shè)計(jì)新建工程護(hù)岸共14.67km，包括左岸7.99km、右岸6.67km，采用生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻型式。設(shè)計(jì)護(hù)岸頂高程按如下原則確定：依照《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353∶2013)要求，當(dāng)10年一遇洪水位高于岸坎時(shí)，護(hù)岸頂高程以岸坎高程控制；當(dāng)10年一遇洪水位低于岸坎時(shí)，護(hù)岸頂高程以洪水位加0.3m安全超高控制。格賓籠地面以下埋深為1.5m。護(hù)岸背水側(cè)岸坎設(shè)計(jì)2m寬濱河生態(tài)護(hù)岸帶，回填種植土厚度為0.3m，同時(shí)采取相應(yīng)的綠化措施。

5.2 清淤疏浚工程設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)河道疏浚目的為：保證上游來(lái)流平順匯入，通過(guò)工程段順利下泄。此次工程本著防洪第一、兼顧生態(tài)的原則，初步確定：疏浚工程斷面設(shè)計(jì)采用由灘地和主河槽組成的復(fù)式斷面型式，保證河道內(nèi)生態(tài)影響最小化，且不影響行洪。主河槽中心線處河底高程作為設(shè)計(jì)河底高程，不改變河道自然比降，對(duì)河道淤積區(qū)進(jìn)行平整，對(duì)沖刷區(qū)進(jìn)行回填，本次清淤疏浚工程長(zhǎng)度為10.48km。

5.3 潛壩工程設(shè)計(jì)

5.3.1 潛壩型式

本次設(shè)計(jì)布設(shè)1座生態(tài)型潛壩，平均壅水長(zhǎng)度為41m；潛壩走向與河道正交，布置在本次修建護(hù)岸工程以后的河道內(nèi)，壩長(zhǎng)為28.51m，壩頂寬度為2m。由于該段河道比降陡，考慮其壅水效果，確定壩高為1m。上游設(shè)置3m石籠護(hù)底，下游設(shè)置8m石籠護(hù)底(見(jiàn)圖1)。

圖1 潛壩剖面 (單位：mm)

潛壩采用格賓石籠，頂寬2m、厚2m，上游鋪設(shè)水平鋪蓋3m，齒墻埋深1.5m，下游在壩頂按1∶5放坡至設(shè)計(jì)河底，齒墻1.2m，水平鋪蓋3m。潛壩首部有長(zhǎng)約1.5m的干砌堆石，石頭粒徑大于35cm，錯(cuò)縫擺放，砌石縫隙填筑級(jí)配卵石料，卵石粒徑5～15cm。潛壩尾部岸邊分別布設(shè)景觀石，景觀石粒徑大于35cm，周?chē)闪阈翘砑有÷咽咽?～15cm。

5.3.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 25—2006)公式，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)尺寸可滿(mǎn)足要求。

5.4 過(guò)水路面工程設(shè)計(jì)

建設(shè)4座過(guò)水路面，分別在樁號(hào)L6+151.22～L6+178.46(第1座)、L8+025.61～R7+990.66(第2座)、R8+308.16～L8+513.93(第3座)、L8+812.67～R8+725.78(第4座)之間。第1座長(zhǎng)27m，第2座長(zhǎng)49m，第3座長(zhǎng)50m，第4座長(zhǎng)65m。既可滿(mǎn)足行洪要求，又可滿(mǎn)足交通要求。

過(guò)水路面采用過(guò)水涵管的結(jié)構(gòu)型式，路面寬度為6m，采用15cm厚混凝土填筑，混凝土等級(jí)為C25F200，其下為15cm厚7%水泥穩(wěn)定砂。涵管采用內(nèi)徑0.5m、壁厚0.05m的RCPⅡ500鋼筋混凝土管，涵管間填充物由上至下依次為0.4m中粗集料、0.18m細(xì)集料、1.0m中粗料。過(guò)水路面上下游兩側(cè)的漿砌石擋墻高1.8m，其中墻頂寬0.4m，高0.15m；墻面坡比為1∶0.3，墻背豎直高1.25m，基底高0.4m，寬1.1m。墻趾寬0.2m，墻踵寬0.2m。

5.5 生態(tài)工程設(shè)計(jì)

生態(tài)工程分濱河生態(tài)護(hù)岸帶、沿路生態(tài)防護(hù)帶、遼梅小品生態(tài)園和扶貧生態(tài)園四部分。在保證防洪安全的前提下，兼顧水土環(huán)境和生態(tài)功能，有利于改善項(xiàng)目區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié) 論

老寨川河兩岸部分地區(qū)護(hù)岸工程不滿(mǎn)足防洪要求，威脅兩岸村民安全，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了一定的限制。本工程建設(shè)任務(wù)為：通過(guò)工程建設(shè)提高老寨川河兩岸生態(tài)治理水平及抵御洪水的能力，達(dá)到生態(tài)清潔型河道的要求，同時(shí)增強(qiáng)沿岸人民群眾的河道保護(hù)意識(shí)，方便沿岸人民群眾的生產(chǎn)生活，達(dá)到人與水和諧共處的目的。

老寨川河生態(tài)清潔型整治工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)：以防洪工程為主，提高河道兩岸抵御洪水的能力及生態(tài)治理水平，達(dá)到生態(tài)清潔型河道的要求；采取河道治理、水環(huán)境治理以及生態(tài)修復(fù)相結(jié)合的措施，以改善河流水質(zhì)和水環(huán)境，增加物種多樣性；注重與周邊自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，結(jié)合原地表植被及工程措施，選擇鄉(xiāng)土樹(shù)種，促進(jìn)人與自然、生態(tài)與環(huán)境可持續(xù)良性發(fā)展。