蘇州垌河河道治理工程生態(tài)護(hù)岸比選布置

劉羅養(yǎng)

（廉江市水利綜合服務(wù)中心，廣東 廉江 524400）

1 流域概況

蘇州垌河為九洲江一級支流，發(fā)源于廉江市河唇鎮(zhèn)下垌村，沿線流經(jīng)河唇鎮(zhèn)南壩、蘇州垌、甲子背、石云等地，于鶴地水庫溢洪道大壩下游附近匯入九洲江，全長12.5 km，流域面積54.39 km2，總落差27.31 m，平均坡降0.001 97。地形自西北向東南傾斜，土質(zhì)為砂壤土，河床由沙泥組成，河寬5～50 m。流域多年平均年降雨量為1 600 mm。年降雨量最多的是1985 年，達(dá)到2 539.7 mm，最少的是1977 年，僅有929.7 mm。

蘇州垌河未開展過系統(tǒng)的治理，河道兩岸無新建堤防，局部河道較彎曲，兩岸為天然岸坡，岸坡低矮、單薄、不完整、不閉合；河床淤積，植物或垃圾侵占河道，局部岸坡存在坡腳淘刷、滑塌、裸露、不穩(wěn)定等問題。蘇州垌河治理河道大部分河段都存在淤積現(xiàn)象，凸岸段淤積嚴(yán)重，淤積深度0.20～2.00 m，淤積嚴(yán)重抬高了該段河道水位，并對岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生影響；同時(shí)整治范圍內(nèi)局部段人類活動(dòng)密集，河道保護(hù)意識差，生活、生產(chǎn)垃圾隨意向河道傾倒縮窄了河道行洪斷面，阻礙行洪。本次工程治理范圍為蘇州垌河中下游，即從車腳村到河口，共整治河道長10.8 km。蘇州垌河河道蜿蜒曲折，在平面上出現(xiàn)多個(gè)“S”型河灣，迎流頂沖段較多，凹岸連年沖刷嚴(yán)重，現(xiàn)較多沖坑，局部段存在崩塌。河底高程38～65.65 m，岸坡兩側(cè)多為大片農(nóng)田、坡地和少量村莊，高程約38.90～76.32 m。

2 岸坡治理形式的比選

本工程河道護(hù)岸主要布置在村莊人口密集河段，具體根據(jù)各個(gè)河段現(xiàn)狀河岸的高差、坡比、土質(zhì)等因素采取相應(yīng)的護(hù)岸形式。大概的布置樁號段可以分8段，分別為左岸樁號L0+000—樁號L0+600 段、樁號L3+500—樁號L4+400 段、樁號L5+900—樁號L6+350 段、樁號L7+750—樁號L8+100 段、右岸樁號L0+000—樁號L0+ 600 段、樁號L3+500—樁號L4+400 段、樁號L5+900—樁號L6+350 段、樁號L7+750—樁號L8+100 段。

2.1 兩岸樁號L3+500—樁號L4+400 段護(hù)岸

該段河岸高差平均在1.5 m 左右，現(xiàn)狀均為土坡，坡比較緩，同時(shí)河岸兩側(cè)臨近村莊，有村道連接，結(jié)合美麗鄉(xiāng)村、農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)要求，對護(hù)岸具有一定生態(tài)景觀要求，采用階梯式生態(tài)框擋墻和漿砌石擋墻進(jìn)行對比，詳見表1。

綜合上述比較，階梯式生態(tài)框擋墻施工方便，施工工期短；漿砌石擋墻為傳統(tǒng)擋墻，施工工藝便捷，但質(zhì)量不好把控，而且造價(jià)也不低；另外階梯式生態(tài)框擋墻透氣性好，可以進(jìn)行撒播草籽美化護(hù)岸，故此河段設(shè)計(jì)護(hù)岸型式選取階梯式生態(tài)框擋墻典型橫斷面，見圖1。

圖1 階梯式生態(tài)框護(hù)岸擋墻典型橫斷面

2.2 左岸樁號L0+000—樁號L0+600 段護(hù)岸

該段河岸高差平均在1.5 m 左右，現(xiàn)狀均為土坡，坡比較陡，水流較緩，同時(shí)河道穿過車腳村，有村道連接，可以采用高規(guī)格的擋墻，與濱河綠道、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)等相結(jié)合，使該段護(hù)岸成為整個(gè)治理工程的亮點(diǎn)。對魚巢式生態(tài)框擋墻和漿砌石擋墻進(jìn)行對比，詳見表2。

表2 墻式斷面對比表

綜上比較，魚巢式生態(tài)框擋墻，施工工藝簡單，施工工期短；漿砌石擋墻為傳統(tǒng)擋墻，施工工藝便捷，但質(zhì)量不好把控；兩者投資相當(dāng)。由于魚巢式生態(tài)框擋墻生態(tài)美觀，符合本次河道治理的美麗鄉(xiāng)村理念，故本河段設(shè)計(jì)護(hù)岸形式選取魚巢式生態(tài)框擋墻的形式，見圖2。

圖2 魚巢式生態(tài)框護(hù)岸典型橫斷面

2.3 左岸樁號L5+900—樁號L6+350 段、樁號L7+750—樁號L8+100 段，右岸樁號L0+000—樁號L0+600 段、樁號L5+900—樁號L6+350 段、樁號L7+750—樁號L8+100 段護(hù)岸

該段河岸高差平均在2.5～6 m 左右，現(xiàn)狀均為土坡，坡比較陡，岸坡高差較大，水流較急，因此河岸的護(hù)岸要求較高，則護(hù)岸形式宜采用墻式斷面，對C20混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡和漿砌石擋墻進(jìn)行對比，詳見表3。

表3 墻式斷面對比表

綜上比較，C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡施工方便，工期短，對原土擾動(dòng)較??；對于落差＞2.5 m 且坡度較陡的河段效果好，還增加護(hù)岸形式的多樣化，故本河段設(shè)計(jì)護(hù)岸形式選取C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡型式，見圖3。

圖3 C20 混凝土生態(tài)擋土墻護(hù)岸+草皮護(hù)坡典型橫斷面

3 設(shè)計(jì)洪水水面線

3.1 基本資料

3.1.1 河道糙率

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)狀河道河床床面不平整，底坡凹凸不平，河床以第四系沖積層及海陸交互相沉積層為主，岸坡多為淤泥質(zhì)黏土或黏土；河道沿岸多為農(nóng)田和村莊，因此現(xiàn)狀河道糙率確定為0.030。工程整治后對河床進(jìn)行清淤，采用階梯式生態(tài)框護(hù)岸+植草護(hù)坡、C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡和植草式生態(tài)框護(hù)岸+魚巢式生態(tài)框護(hù)岸等工程措施，河道過水?dāng)嗝孀兤秸?，阻礙行洪的亂石雜草被清除，河道糙率變小，因此整治后河道糙率取0.028。

3.1.2 設(shè)計(jì)流量

水文計(jì)算章節(jié)已計(jì)算相應(yīng)河段的2 年一遇（P=50%）、5 年一遇（P=20%）、10 年一遇（P=10%）和20 年一遇（P=5%）洪峰流量。

3.1.3 起推水位

蘇州垌河主河受九洲江洪水位頂托，本次工程整治段位于蘇州垌河下游段，根據(jù)九洲江洪水水面線計(jì)算成果，計(jì)算出本次工程起始樁號L10+800 處的蘇州垌河相應(yīng)設(shè)計(jì)頻率P=50%、P=20%、P=10%、P=5%時(shí)對應(yīng)水位分別為40.95 m、41.82 m、42.37 m、42.87 m為本次水面線計(jì)算的起推水位。

3.2 計(jì)算方法

3.2.1 水面線計(jì)算方法

以蘇州垌河匯入九洲江河口斷面為計(jì)算起點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)洪峰流量和河道水力參數(shù)，利用能量方程逐段向上游推算各斷面設(shè)計(jì)洪水位，對于河道中的水閘，還需根據(jù)其過流條件確定是否壅水及計(jì)算壅水高度，再逐段向上游推算水面線。在水面線推求中，應(yīng)用到的基本公式主要包括：

（1）河道彎曲不大、無較大支流匯入、無阻水建筑物時(shí)，水面線計(jì)算采用的基本公式：

式中：Zu、Zd——上、下游斷面水位，m；

Au、Ad——上、下游過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

Ku、Kd——上、下游斷面流量模數(shù)，m3/s；

ξ、α——局部水頭損失系數(shù)，對漸變流，ξ=0，α=1；

Δs——上、下游斷面間距，m；

Q——斷面流量，m3/s；

g——重力加速度，取9.8m/s2。

（2）橋梁壅水采用鐵科院李付軍公式：

式中：Vm——橋下平均流速，Vm=Q/AJ；

Q——計(jì)算流量，m3/s；

AJ——扣除橋墩和橋臺阻水面積后的橋下凈過水面積，m2；

V0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前橋孔部分天然狀態(tài)下平均流速，V0m=Q0m/A0m；

Q0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前從橋孔部分通過的流量，m3/s；

A0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前橋孔部分天然過水面積，m2；

R——考慮橋墩和橋臺影響的反映橋孔壓縮程度的系數(shù)，R=Vm/V0m；

K——為考慮沖刷影響的流速（動(dòng)能）折減系數(shù)，取K=0.9。

3.2.2 橋梁阻水壅高計(jì)算

采用河道水面線計(jì)算程序HEC-RAS 時(shí)可將橋梁、涵閘等水工建筑物的各特征參數(shù)輸入，計(jì)算時(shí)程序?qū)⒆詣?dòng)考慮橋梁阻水的影響。計(jì)算公式如下：

（2）當(dāng)橋面較低，洪水漫橋時(shí)，過橋總流量Q總=Q孔+Q面。

①橋孔被淹沒成壓力孔流，則：

式中：Ψ——過流系數(shù)；

W——橋下凈面積，m2；

V0——Q/W0，W0為橋前天然面積，m2；

ε——側(cè)收縮系數(shù)，ε=1-0.2[（n-1）ζ0+ζT］H0/（nb）；

ζ0——閘墩系數(shù)；

ζT——邊墩系數(shù)；

n——橋孔數(shù)；

b——每孔寬度，m。

②橋面以上部分過水以寬頂堰淹沒出流公式計(jì)算：

式中：ε——側(cè)收縮系數(shù)；

δ——淹沒系數(shù)；

H0——計(jì)入行進(jìn)流速的堰上總水頭，m；

m——流量系數(shù)；

B——橋面溢流凈寬（m）；

4 工程總體布置

蘇州垌河治理河道長度10.8 km，整治起點(diǎn)車腳村東北，整治終點(diǎn)鶴地村東北。受治理段坡降較大影響，為防止水流沖刷坡腳造成岸坡崩塌，對需要整治河段采用擋墻護(hù)岸（護(hù)腳）、生態(tài)框護(hù)岸（護(hù)腳）等工程措施進(jìn)行防護(hù)。本次設(shè)計(jì)清淤疏浚河道總長度10.3 km，新建護(hù)岸（護(hù)腳）總長度為5.7 km，新建人行道2.325 km。

根據(jù)河道現(xiàn)狀，本次河道整治按現(xiàn)狀河床進(jìn)行清淤、疏浚、固腳、護(hù)岸，清淤、疏浚河道不改變原河道走勢，部分地段根據(jù)水流方向以及河道淤積情況，對河洲、邊灘及淤泥進(jìn)行清除，使河道更平順流暢，利于行洪。結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的需要，對坡腳進(jìn)行固腳，對迎流頂沖段進(jìn)行護(hù)岸，在村莊河段岸頂布設(shè)人行便道。

為了體現(xiàn)人文關(guān)懷、美麗鄉(xiāng)村的治理理念，在河段兩岸樁號L3+610—樁號L4+290 段、樁號L5+935—樁號L6+235 段、左岸樁號L6+235—樁號L6+400 段、左岸樁號L7+900—樁號L8+100 段岸坡布置人行道，并在樁號L6+240 段處設(shè)置景觀亭一座，展現(xiàn)以人文為本的生態(tài)文明建設(shè)要求。

5 結(jié)語

本段治理河道為平原區(qū)河道，絕大部分河段靠近農(nóng)田，因此本次治理河道清淤基本沿現(xiàn)有河道布置，不改變原河道走勢，維持河道天然形態(tài)，充分體現(xiàn)自然、生態(tài)的河道治理理念，宜彎則彎，宜灘則灘，不進(jìn)行裁彎取直，保持自然河道的原有風(fēng)貌，打造留得住鄉(xiāng)愁的自然景觀。