中山河水利工程的河道規劃設計初步研究

崔 進

(遼寧省鐵嶺市銀州區水利局， 遼寧 鐵嶺 112000)

1 自然地理

中山河位于遼東半島東南部，大連市普蘭店市境內。中山河發源于普蘭店市墨盤鄉西廟二塔山，河源海拔高程176.6m。中山河是碧流河右岸一級支流，干流全長12.72km，流域面積51.82km2，河道平均比降3.06‰。流經墨盤鄉的瓦盆里、佟莊、騰屯、初屯、孫屯、小秦家房、劉臺子、劉屯、后李屯、趙德興、后李屯、中山村、土門子、前磨盤山等，最后由祝窯匯入碧流河。

2 河道堤防現狀

中山河全長12.72km，本次中山河河道規劃總長度8.224km，自墨盤鄉祝窯屯的碧流河匯入口(0+000)至初屯(8+224)。規劃范圍內現狀堤防迎水側堤肩線寬度為26m-188m。中山河河道規劃總長度8.224km，兩岸堤防全長16.448m，其中左岸長6.329km、右岸長7.299km(右岸3+500-4+220段、長0.72km為無堤段)，合計長13.588km，堤防堤頂高程達不到設計標準要求，需進行堤防加固工程。現狀護坡全長2.46km， 0+000-1+230河段，左右岸全長2.46km，既有干砌石護坡因年久失修、且受碧流河回水的頂托，護坡有不同程度的損壞、護腳鉛絲石籠斷裂、護腳石散落，已經失去功效[1-2]。

3 堤防工程

3.1 堤防斷面型式

堤防斷面型式為堤頂寬3.0m，堤頂向臨水側傾斜，傾斜坡度為2%，迎水側坡比1∶2.0、背水側坡比1∶2.0。

3.2 填筑土料設計

為了保證堤防(岸)的填筑質量，需將表層含有樹根、草根、垃圾等土層清除。按《堤防工程設計規范》有關規定，黏性土堤身的填筑采用壓實度控制，對5級堤防，壓實度≥0.90；無黏性土的相對密度≥0.60。分層碾壓，填筑土料含水量與最優含水量允許偏差宜控制在±3%。當填筑土料含水量大于最優含水量3%時，通過晾曬辦法降低上堤含水量，當含水量小于最優含水量3%時，應考慮灑水等措施，或采取調整碾壓機械類型，加大壓實功率等措施，以確保壓實質量[3-4]。

3.3 堤頂高程

根據《堤防工程設計規范》的規定，堤頂設計高程按設計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高為安全超高加風浪爬高加風壅水面高[5]。確定各斷面波浪爬高,設計風壅水面增高及安全加高見表1。

根據《中小河流治理工程初步設計指導意見》，本次設計堤頂超高均取1.0m。

表1 中山河各段堤防堤頂超高表m

3.4 堤身滑動穩定分析

3.4.1 計算方法

根據《堤防工程設計規范》，堤體為均質土堤，抗滑穩定計算可采用瑞典圓弧法[6]。土體的抗剪強度根據導則要求，穩定滲流期采用有效應力法；水位降落期采用總應力法進行計算，計算公式為：

有效應力法：

(1)

總應力法：

(2)

式中：b為土條寬度，m；W為條塊的重力，kN；W1為在堤坡外水位以上條塊的重力，kN；W2為在堤坡外水位以下條塊的重力，kN；Z為堤坡外水位高出條塊底面中點的距離，m；u為穩定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力，kPa；ui為水位降落前堤身的孔隙壓力，kPa；β為條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；γw為水的重度，kN/m3；Ccu、φcu、C′、φ′為土的抗剪強度指標，kN/m3，°。

3.4.2 計算工況

1) 背水坡穩定計算，取迎水側為設計洪水位，背水側無水。

2) 迎水坡穩定計算，迎水側水位為1/3堤高，背水側無水。

3.4.3 計算參數及力學指標

參照原有設計計算及類似工程參數，并結合工程實際情況選取堤防土料的物理力學指標見表2。

表2 穩定計算采用物理力學指標表

3.4.4 計算結果分析

堤防斷面的抗滑穩定分析成果見表3。

3.5 干砌石護坡設計

3.5.1 護坡設計

本次規劃對河道走向變化較大的凹岸及流速過大堤段進行干砌石護坡措施。規劃維修護坡兩段，全長2.46km，新建護坡5段，全長4.67km。在迎水坡設計水面線以下采用250mm厚干砌石護坡，下設300g/m2反濾無紡布，設計水面線以上及背水面采用草皮護坡。

表3 抗滑穩定分析計算成果表

3.5.2 沖刷深度計算

沖刷深度計算按下式進行：

(3)

(4)

(5)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速；Uc為泥沙起動流速，m/s；U為行近流速；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(取n=1/4)；η為水流流速不均勻系數。

沖刷深度根據河道的洪水流速、水深共分3種情況進行計算詳見表4。

表4 沖刷深度計算成果表

根據計算結果，河道護腳采用1.0m(深)×1.0m(寬)鉛絲石籠護腳，石籠周圍鋪設300g/m2反濾無紡布。

4 結 語

通過對中山河河流整治規劃，使洪水威脅嚴重、洪澇災害發生較頻繁、損失較大、嚴重影響區域經濟社會發展的河段的防洪能力得到增強，使河流所涉及的主要城鎮、基礎設施、基本農田等防洪保護對象的防洪標準有較大提高，河流流域及區域內人民生命財產和經濟社會發展的防洪安全保障問題得到根本解決。通過生物工程治理措施，恢復河流的天然生態功能、維護河流通暢、建設生態文明，達到“水清、流暢、岸綠、景美”的目標，適應城鄉現代化建設和提高居民生活質量的需要，促進當地社會經濟可持續發展。