東孟姜女河治理工程設(shè)計(jì)

高占彩

(封丘縣大功辛莊灌區(qū)事務(wù)中心，河南 新鄉(xiāng)453300)

0 引言

河道治理是現(xiàn)代水利工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)等多學(xué)科一體的、系統(tǒng)的水利工程，河道治理對(duì)水利工程建設(shè)有著很重要的作用。有效的河道治理工程設(shè)計(jì)能夠在保障當(dāng)?shù)鼐用袢松戆踩耐瑫r(shí)，還具備抗?jié)撤篮榈墓δ埽尯拥莱浞譃楫?dāng)?shù)厝嗣裆⒇?cái)產(chǎn)安全，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到重要的作用。

1 工程現(xiàn)狀

東孟姜女河是衛(wèi)河上游的一條支流，起源于新鄉(xiāng)縣七里營(yíng)鎮(zhèn)丁村，河道全長(zhǎng)52.48 km，是新鄉(xiāng)縣、新鄉(xiāng)市區(qū)東部、南部、延津縣西北部、衛(wèi)輝市西南部排水的主要河道。1981年曾利用引黃濟(jì)津補(bǔ)償經(jīng)費(fèi)進(jìn)行過(guò)一次河道清淤疏浚，其標(biāo)準(zhǔn)是按1962年水利部北京設(shè)計(jì)院編制的衛(wèi)河清淤工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，目標(biāo)是恢復(fù)原排澇標(biāo)準(zhǔn)。1993年?yáng)|孟姜女河下游入衛(wèi)段進(jìn)行改道，從衛(wèi)輝市張莊橋下游200 m起到司灣村入衛(wèi)河，改道段長(zhǎng)7.20 km，排澇能力72.60 m3/s，治理標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到3年一遇標(biāo)準(zhǔn)的64%，防洪能力288 m3/s，基本達(dá)到20年一遇標(biāo)準(zhǔn)。改道以上河段雖然做過(guò)疏浚，但斷面窄小，淤積嚴(yán)重，亟待治理。

2 工程治理

2.1 工程治理方案

根據(jù)東孟姜女河新鄉(xiāng)市區(qū)段河道流域特點(diǎn)、地形地質(zhì)條件、工程現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多方案比較，確定工程治理方案：治理段全段按照5年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行河道清淤疏浚。

2.2 工程任務(wù)、規(guī)模

河南省新鄉(xiāng)市東孟姜女河市區(qū)段治理工程治理范圍從衛(wèi)輝市大任莊生產(chǎn)橋下游樁號(hào)14+395至賈屯排入口33+053處，治理段總長(zhǎng)度為16.18 km，治理段控制流域面積339 km2。其主要工程治理任務(wù)為河道清淤疏浚，共16.18 km，其中衛(wèi)輝市1.95 km，牧野區(qū)4.13 km，紅旗區(qū)5.81 km，開發(fā)區(qū)3.78 km，衛(wèi)濱區(qū)0.52 km。彎道迎流頂沖段險(xiǎn)工護(hù)砌9處，護(hù)砌總長(zhǎng)度785.00 m，漿砌石護(hù)砌；重建史洼生產(chǎn)橋1座；河道疏浚土方92.32萬(wàn) m3，永久占地10.34 hm2。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，從附錄A《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》查得，東孟姜女河沿線地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，相對(duì)應(yīng)的地震基本烈度值為Ⅷ度，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL203-97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，建筑物抗震設(shè)計(jì)均按8度。通過(guò)此次治理，從衛(wèi)輝市大任莊生產(chǎn)橋下游樁號(hào)14+395至衛(wèi)濱區(qū)賈屯排入口樁號(hào)33+053處，長(zhǎng)度為18.66 km河段，可達(dá)到5年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 工程等別

東孟姜女河流域面積468.50 km2，流域內(nèi)共計(jì)有耕地3.16萬(wàn)hm2，其中低洼易澇地0.49萬(wàn)hm2。依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程等級(jí)級(jí)劃分》等規(guī)范要求，工程等別為Ⅳ等，屬小(1)型，永久性主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，設(shè)計(jì)除澇流量152.00～62.00 m3/s。

3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

3.2.1 法律法規(guī)

《中華人民共和國(guó)防洪法》《中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例》《中華人民共和國(guó)水法》、河南省實(shí)施《土地管理法》辦法、《中華人民共和國(guó)森林法》等。

3.2.2 主要規(guī)范規(guī)程

《江河流域規(guī)劃編制規(guī)范》《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》《防洪標(biāo)準(zhǔn)》等。

3.2.3 有關(guān)文件和資料

財(cái)政部、水利部關(guān)于印發(fā)《全國(guó)中小河流治理項(xiàng)目和資金管理暫行辦法》的通知，水利部、財(cái)政部關(guān)于印發(fā)《中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》的通知，河南省水利廳印發(fā)《河南省中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制提綱》的通知及附件等。

3.3 設(shè)計(jì)原則

①為維護(hù)河流生命健康，在確保防洪安全的前提下，科學(xué)確定治理模式，盡可能保持河流自然形態(tài)。②不侵占河道行洪通道，合理確定治理河段的制導(dǎo)線，不隨意裁彎取直，破壞河道自然形態(tài)和河道功能。③不重復(fù)工程建設(shè)，對(duì)治理河段范圍內(nèi)近年已建設(shè)的工程內(nèi)容，應(yīng)從本次建設(shè)內(nèi)容中減掉。④不渠化、硬化、白化河道，護(hù)岸河段只對(duì)迎流頂沖河段進(jìn)行岸坡防護(hù)。

3.4 河道工程設(shè)計(jì)

3.4.1 基礎(chǔ)條件確定

3.4.1.1 測(cè)量河段及治理段的確定

根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)組與新鄉(xiāng)市水利局共同協(xié)商，考慮東孟姜女河市區(qū)治理段工程現(xiàn)狀、治理計(jì)劃以及工程投資等因素，確定勘探、測(cè)量河段為從衛(wèi)輝市大任莊生產(chǎn)橋下游樁號(hào)14+395至新鄉(xiāng)市衛(wèi)濱區(qū)與新鄉(xiāng)縣河道分界賈屯排入口樁號(hào)33+053，測(cè)量河段長(zhǎng)18.66 km。本次工程治理范圍從衛(wèi)輝市大任莊生產(chǎn)橋下游樁號(hào)14+395至賈屯排入口33+053處，治理段彎道迎流頂沖段險(xiǎn)工漿砌石護(hù)砌9處，護(hù)砌總長(zhǎng)度785 m；重建史洼生產(chǎn)橋1座。

3.4.1.2 河道分段

根據(jù)新鄉(xiāng)市中原水利設(shè)計(jì)研究院2013年10—11月實(shí)測(cè)資料(樁號(hào))、東孟姜女河各支排集水面積，考慮河道及建筑物工程現(xiàn)狀等因素，對(duì)東孟姜女河治理段進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。

3.4.1.3 水文計(jì)算成果

依據(jù)河南省水利工程水文計(jì)算常用圖進(jìn)行水文計(jì)算。

3.4.1.4 實(shí)測(cè)河道縱、橫斷面圖、帶狀地形圖

新鄉(xiāng)市中原水利設(shè)計(jì)研究院測(cè)量隊(duì)2013年10—11月實(shí)測(cè)了治理段河道縱、橫斷面圖，橫斷面間距100 m，縱橫比例1∶100；實(shí)測(cè)了河道帶狀地形圖，比例1∶1000。

3.4.1.5 起推斷面、起推水位確定

根據(jù)新鄉(xiāng)市中原水利設(shè)計(jì)研究院2011年10月編制完成的《河南省新鄉(xiāng)市東孟姜女河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，東孟姜女河樁號(hào)14+395斷面河底設(shè)計(jì)高程為65.31 m，設(shè)計(jì)河底寬16 m，河槽邊坡1∶2.50，河道造率0.02，3年一遇除澇水位69.18 m；所處河段河底縱坡1/5 000。

以65.31 m作為東孟姜女河14+395斷面河底設(shè)計(jì)高程，向上游推算設(shè)計(jì)河底高程。當(dāng)河道設(shè)計(jì)底寬取16 m時(shí)，經(jīng)計(jì)算5年一遇除澇水深為4.11 m；當(dāng)河道設(shè)計(jì)底寬取28 m時(shí)，經(jīng)計(jì)算5年一遇除澇水深為3.27 m。以65.31 m+4.11 m=69.42 m作為東孟姜女河(樁號(hào)14+395)處的5年一遇除澇水位向上游推算。

3.4.1.6 除澇水位確定

除澇水位應(yīng)低于兩岸田間地面高程0.30～0.50 m，確定除澇水位時(shí)允許有5%～10%緩排面積。

3.5 洪水位推算

3.5.1 洪水位推算

①根據(jù)方案比選后確定的河道設(shè)計(jì)要素推算水位。

②除澇水位確定原則：根據(jù)東孟姜女河兩岸、流域內(nèi)地面高程及規(guī)范要求，合理確定東孟姜女河各河段除澇水位，并進(jìn)行河道縱、橫斷面設(shè)計(jì)。為了河道上下連接、河道與已有建筑物的連接，盡量減少挖、填方，采用方案比選后確定的河道設(shè)計(jì)要素推算澇水位。

③根據(jù)河道地質(zhì)勘探資料，并參考以往設(shè)計(jì)資料，有關(guān)參數(shù)選用如下：

糙率：邊坡護(hù)砌、河底不護(hù)砌時(shí)n=0.02；邊坡不護(hù)砌、河底不護(hù)砌n=0.02。

河道邊坡：護(hù)砌河段邊坡為1∶1.50，不護(hù)砌河段邊坡為1∶2。

河道縱坡：i=1/4 000。

④河槽斷面設(shè)計(jì)

采用曼寧公式計(jì)算各控制斷面水深。

(1)

3.5.2 洪水位推算成果合理性分析

依據(jù)5年一遇除澇水位設(shè)計(jì)成果與沿岸地面高程進(jìn)行比較，詳見表1。

表1 5年一遇除澇水位與地面高程比較表

由表1可知，東孟姜女河左岸18+082～33+053之間地面高程比5年一遇除澇水位高出0.22～0.71 m，基本上能夠滿足5年一遇除澇要求；東孟姜女河右岸23+240～33+053之間地面高程比5年一遇除澇水位高出0.02～0.63 m，基本上能夠滿足5年一遇除澇要求；東孟姜女河右岸14+395～25+440之間地面高程比5年一遇除澇水位約低0.23～1.10 m，不滿足5年一遇除澇要求，該區(qū)域地面高程普遍較低，為低洼易澇區(qū)域。樁號(hào)18+000～23+240段，右岸約500 m處為京港澳高速公路高填方路堤，低洼地面積為230 hm2，經(jīng)調(diào)查該區(qū)域已被高鐵站征用，進(jìn)行有關(guān)建設(shè)；14+395～18+000段，右岸約500 m處為京港澳高速公路高架橋，該區(qū)域?yàn)榈屯莸兀紤]5年一遇除澇水位、該區(qū)域地面高程、水力坡降等因素，秦堤、史洼、大任莊村村西為低洼地，地面高程約為69.00 m，該區(qū)域緩排面積約為124.67 hm2。

3.6 河道設(shè)計(jì)

依據(jù)《河南省新鄉(xiāng)市東孟姜女河市區(qū)段治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》設(shè)計(jì)成果，河底比降為1/4000。以治理段起點(diǎn)樁號(hào)14+395設(shè)計(jì)河底高程65.31 m，向上游推算設(shè)計(jì)河底高程。采用5年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)，不考慮河道防洪設(shè)計(jì)，邊坡不護(hù)砌。根據(jù)初步確定的河道比降、邊坡、糙率、各河段距離、除澇水位等，計(jì)算河道各河段底寬。

河底縱坡比降為1/4 000，河道邊坡為1∶2，糙率為0.02，計(jì)算出14+395至33+053各治理河段底寬分別為28、28、28、24、24、24、16、16、12 m。

石武高鐵新鄉(xiāng)站東孟姜女河改道段上起于平原路南約700 m樁號(hào)22+100處，下止于張村至上焦莊生產(chǎn)橋上游約240 m樁號(hào)18+322處，改道河段除澇標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，設(shè)計(jì)流量94.80 m3/s，設(shè)計(jì)水深為1.43 m，堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，設(shè)計(jì)流量670 m3/s，設(shè)計(jì)水深為4.60 m。改道后新河段長(zhǎng)3 915 m，比原河道長(zhǎng)507 m，改線河道縱坡1/4105，河道底寬75 m，河道邊坡1∶2，堤防內(nèi)外邊坡均為1∶2，左右堤頂寬度均為8.00 m，左右堤頂高程為100年一遇洪水位+2.00 m超高。上游起始點(diǎn)樁號(hào)22+100處設(shè)計(jì)河底高程66.51 m，5年一遇除澇水位為67.94 m，100年一遇防洪水位為71.11 m；下游終點(diǎn)樁號(hào)18+322處設(shè)計(jì)河底高程65.56 m，5年一遇除澇水位為66.99 m，100年一遇防洪水位為70.16 m。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)上游起始點(diǎn)樁號(hào)22+100處設(shè)計(jì)河底高程67.08 m，比改道工程設(shè)計(jì)河底66.51 m高0.57 m；下游終點(diǎn)樁號(hào)18+322處設(shè)計(jì)河底高程66.30 m，比改道工程設(shè)計(jì)河底66.51 m高0.74 m。

4 結(jié)語(yǔ)

河道治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，流域局部河段治理不善，將直接導(dǎo)致全河段的安全。東孟姜女河河道治理工程的設(shè)計(jì)，能夠恢復(fù)河道原有功能、保持河勢(shì)穩(wěn)定和河道行洪暢通，提高了河道的行洪能力，既能確保兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，又能改善水環(huán)境、對(duì)提高水資源利用十分有利。