岐山縣橫水河劉家河至河家道段河道治理工程設(shè)計方案探析

王蘇杰，馬一杰，馬小龍

（1.岐山縣渭河綜合治理保護(hù)中心,陜西 岐山 722406；2.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院,陜西 楊凌712100；3.岐山縣水電工作隊(duì),陜西 岐山 722499）

1 項(xiàng)目背景

岐山縣鳳鳴湖生態(tài)文化公園位于岐山縣城南2 km 橫水河岐蔡公路兩側(cè),規(guī)劃總面積600 畝,分為2 區(qū)5 園10 景點(diǎn),是一處集生態(tài)、觀光、休閑、健身文化民俗體驗(yàn)為一體的綜合性公益場所。該公園以橫水河為水源,利用橫水河在河家道處水流由西南轉(zhuǎn)入東北,再由東北折向西南形成河道拐彎修建的一處人工濕地,以岐蔡路將公園一分為二,西邊是太極湖,東邊是鳳鳴湖,景觀水面178.6 畝。工程建設(shè)融景點(diǎn)觀賞、文化品味、水面娛樂、廣場休閑、商業(yè)運(yùn)用于一體,對提升縣城整體形象和品位,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,提高人民幸福指數(shù),建設(shè)美麗和諧新岐山具有重大意義。

岐山縣橫水河劉家河至河家道段河道治理工程治理河段位于鳳鳴湖生態(tài)文化公園上下游,上游三官殿段治理河段長度2439 m,下游河家道段治理長度1720 m。設(shè)計方案秉持“與鳳鳴湖附近景區(qū)及景觀相協(xié)調(diào),間距自然、原坡、生態(tài)、低標(biāo)準(zhǔn)、護(hù)槽護(hù)岸”的設(shè)計理念。

2 河道現(xiàn)狀及存在問題

2.1 河道水文地質(zhì)情況

橫水河是韋水河一級支流,漆水河二級支流。發(fā)源于鳳翔縣東北部的鳳山,流經(jīng)鳳翔、麟游、岐山,在岐山縣麥禾營附近匯入韋水。橫水河全長72.7 km,流域面積534 km2,河道平均比降11.7‰。

岐山縣劉家河至河家道段河道治理工程范圍設(shè)計鳳鳴鎮(zhèn)三官殿、蒼頡廟、河家道和羅家河村,工程區(qū)分為兩段,分別為三官殿段和河家道段。

三官殿段和河家道段區(qū)間無支流匯入。河家道段工程末端以上流域面積518.5 km2,區(qū)間流域面積203 km2,區(qū)間河長36.61 km,河道平均比降10.6‰。

三官殿段和河家道段均位于橫水河中游,地勢西高東低。該段河谷較寬闊,一般寬度180 m～450 m,河床兩岸分布有河漫灘及一級階地,河漫灘灘面一般高出河床0.5 m～2 m,一級階地階面高出現(xiàn)河河床2 m～5 m,階面寬一般80 m～350 m,具二元結(jié)構(gòu),上部由沖洪積壤土組成,下部為砂礫石等。河谷兩側(cè)為黃土塬區(qū)塬面。

橫水河上游為1974年前陸續(xù)建成的中小型水庫,包括白荻溝、群力、桃樹溝、姚家溝四座水庫,這四座水庫于2003年后陸續(xù)對其進(jìn)行除險加固。水庫的投入運(yùn)行改變了洪水天然的匯流條件,以白荻溝水庫為例,汛前放水騰空庫容,汛期庫水位很少達(dá)到正常蓄水位,運(yùn)行40余年泄洪次數(shù)不多。

橫水河目前的主要洪水災(zāi)害是由于河道一級階地和河漫灘的地質(zhì)主要情況為壤土和砂礫石,其抗沖刷能力和穩(wěn)定性均較差,小流量洪水對河道岸坡及坡腳沖刷淘蝕破壞嚴(yán)重,不斷造成河道岸坡腳掏空和岸坡坍塌。

2.2 河道現(xiàn)狀存在的主要問題

三官殿段河槽寬度約為7 m～25 m,河道比降約為4.68‰,河床漫灘寬度約為40 m～200 m；河家道段河槽寬度約為3 m～25 m,河道比降約為9.9‰,河床漫灘寬度約為38 m～180 m；河漫灘灘面一般高出河床0.5 m～2 m,河道兩側(cè)有一級階地,一級階地一半高出現(xiàn)河河床2 m～5 m。河道左右岸為大片耕地和林地。河道內(nèi)雜草叢生,有少量樹木,河道被垃圾侵占。

存在的問題一是侵占河道現(xiàn)象嚴(yán)重,橫水河河道上游有白荻溝、群力、桃樹溝、姚家溝四座水庫,河道經(jīng)常斷流,因此附近村民占用河道進(jìn)行林木種植及農(nóng)田建設(shè)活動,甚至河道存在任意堆棄垃圾等現(xiàn)象,使河道以及河道主槽不斷變窄,造成河道淤塞,行洪不暢,同時危害河道水質(zhì)。二是與已建成的鳳鳴湖生態(tài)文化公園環(huán)境格格不入,十分不協(xié)調(diào),影響公園周邊生態(tài)環(huán)境。三是河道治理和管理資金嚴(yán)重不足,致使河道治理和管理方面的矛盾日益突出,無工程管理設(shè)施。

3 河道治理設(shè)計

3.1 治理任務(wù)

河道清障7362 m,垃圾清理5110 m3,新修生態(tài)護(hù)岸7425 m,新修3 m 寬堤頂防汛道路3938 m。

3.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程等級

橫水河劉家河至河家道段河道治理工程范圍涉及鳳鳴鎮(zhèn)三官殿、蒼頡廟、河家道和羅家河村耕地783 畝,人口650 人,保護(hù)人口不足20 萬,保護(hù)耕地面積小于30 萬畝,按規(guī)范要求,防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)取10年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合工程區(qū)保護(hù)現(xiàn)狀,由于工程區(qū)內(nèi)河道兩岸大部分為耕地和林地,根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》“表4-1 鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)”注釋“地廣人稀或淹沒損失較小的鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)其防洪標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低”,因此本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)按5年一遇洪水防沖不防淹設(shè)防。經(jīng)洪水計算5年一遇設(shè)計洪水60 m3/s。

工程等別為V 等,永久建筑物是5 級,臨時建筑物5 級。

3.3 深泓線的測定和沖刷深度的的計算

深泓線,又稱溪線,在工程水文學(xué)中常被誤解為中弘線,深泓線即沿河流方向最大水深處的連線。沿此線的剖面為河流的縱剖面。深泓線可對河流進(jìn)行實(shí)測確定。

沖刷深度根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50186-2013）沖刷計算考慮水流平行岸坡和水流斜沖岸坡兩種工況。依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄D 中的公式D2.2-1 和D2.2-2 進(jìn)行沖刷深度計算。經(jīng)計算, 三官殿段順直段沖刷深度為0.30 m～0.32 m,斜沖段為0.27 m～0.51 m,河家道段順直段沖刷深度為0.44 m～0.48 m,斜沖段為0.41 m。

根據(jù)沖刷深度計算結(jié)果,結(jié)合河道斷面演變情況分析、河床地質(zhì)情況、地質(zhì)調(diào)查資料,以及凍土深度要求,基礎(chǔ)埋置深度位于深泓線以下1.0 m。

3.4 生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計

按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）要求,護(hù)岸形式有坡式護(hù)岸、壩式護(hù)岸、墻式護(hù)岸等形式,考慮與鳳鳴湖生態(tài)公園的銜接采用坡式護(hù)岸。

3.4.1 坡式護(hù)岸形式選擇

坡式護(hù)岸形式按規(guī)范要求,斷面形式按照經(jīng)濟(jì)實(shí)用、就地取材、便于施工、滿足防洪和管理要求,結(jié)合地段所在的地理位置、重要程度、施工條件、環(huán)境景觀、工程造價等要求選擇。目前常見的護(hù)坡形式有：格賓塊石護(hù)坡,漿砌石護(hù)坡,臺階式生態(tài)磚護(hù)坡,鉸接式生態(tài)護(hù)坡,植草護(hù)坡五種形式進(jìn)行方案比選。各種方案比選見表1。

表1 護(hù)坡形式比較表

從經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果可以看出,格賓塊石護(hù)坡和漿砌石護(hù)坡方案造價最高,而臺階式生態(tài)磚護(hù)坡、鉸接式護(hù)坡和植草生態(tài)護(hù)坡工程造價相對低很多,且生態(tài)型均較好,設(shè)計采用。結(jié)合工程區(qū)現(xiàn)狀,三官殿下游段和河家道段毗鄰鳳鳴湖生態(tài)公園,對生態(tài)和親水要求較高,設(shè)計采用臺階式護(hù)坡；而三官殿上游段離鳳鳴湖較遠(yuǎn),河道兩邊為耕地,對生態(tài)要求較低,該段順直河段采用種植草皮護(hù)坡,彎道段采用抗頂沖能力較強(qiáng)的鉸接式護(hù)坡,達(dá)到投資和方案最優(yōu)化。

3.4.2 坡式護(hù)岸橫斷面設(shè)計

鉸接式護(hù)坡：三官殿段上游頂沖段SL0+000-SL0+239,SR0+000-SR0+222,SL0+484-SL1+089, SR0+463-SR1+089 四段共1482 m 采用鉸接式生態(tài)護(hù)坡,迎水坡坡比為1∶1.5,由下向上依次采用0.2 m 厚粗砂墊層,土工布,厚12 cm 混凝土預(yù)制塊鉸接式生態(tài)磚砌護(hù),坡面撒草籽綠化。基礎(chǔ)采用M7.5 漿砌石基礎(chǔ),高1 m,寬0.6 m,基礎(chǔ)頂高程與深泓線齊平。鉸接式生態(tài)磚頂部采用C20 砼壓頂,壓頂寬度50 cm。見圖1。

圖1 鉸接式護(hù)坡方案斷面圖

植草生態(tài)護(hù)坡：三官殿段上游順直段SL0+239～SL0+484,SR0+222～SR0+463,SL1+089～SL1+410, SR1+089～SR1+418 四段共1146 m 采用植草生態(tài)護(hù)坡,迎水坡坡比為1∶1.5,坡面鋪裝0.4 m 厚腐殖土,種植高羊茅與紫花苜蓿。基礎(chǔ)采用M7.5漿砌石基礎(chǔ),高1 m,寬0.6 m,基礎(chǔ)頂高程與深泓線齊平。見圖2。

圖2 植草生態(tài)護(hù)坡方案斷面圖

臺階式生態(tài)磚護(hù)坡：三官殿段下游SL1+410-SL2+368,SR1+418-SR2+050, 河家道段HL0+000-HL1+021,HL1+168-HL1+584, HR0+000-HR1+570 五段共4597 m 采用臺階式生態(tài)磚護(hù)坡,迎水坡坡比為1∶1.5,由下向上依次采用無紡反濾土工布,碎石墊層,厚25 cm 混凝土預(yù)制塊生態(tài)磚砌護(hù),磚塊塊體之間用錨固棒固定。基礎(chǔ)采用M7.5 漿砌石基礎(chǔ),高1 m,寬0.6 m,基礎(chǔ)埋深為深泓點(diǎn)以下1.0 m。臺階式生態(tài)磚頂部采用C20 砼壓頂,壓頂厚度10 cm～35 cm。見圖3。

圖3 臺階式生態(tài)磚護(hù)坡方案斷面圖

4 結(jié)語

堤防設(shè)計涉及方方面面,但是筆者認(rèn)為最主要應(yīng)把握以下三點(diǎn)：

（1）防洪標(biāo)準(zhǔn)的正確選用。防洪標(biāo)準(zhǔn)決定了工程規(guī)模,本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)選用5年一遇。防洪標(biāo)準(zhǔn)確定后,經(jīng)設(shè)計洪水計算,獲得相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量,經(jīng)過水面線計算,再加安全超高后可得需要加固的堤防堤頂高程。因此防洪標(biāo)準(zhǔn)決定了堤頂高程。

（2）實(shí)測深泓線高程。深泓線高程測量的準(zhǔn)確度影響著堤防基礎(chǔ)底高程。一般情況下,基礎(chǔ)底高程根據(jù)沖刷深度計算后,埋在沖刷深度以下。本工程沖刷深度不到0.5 m,基礎(chǔ)埋置深度位于深泓線以下1.0 m。沖刷深度計算要用到深泓線高程,所以深泓線高程的準(zhǔn)確與否決定著基礎(chǔ)埋深。

（3）生態(tài)護(hù)坡的選擇。堤防的頂高程和基礎(chǔ)底高程確定后,再采取工程措施加固護(hù)坡。護(hù)坡形式的選擇要因地制宜,綜合考慮,按照經(jīng)濟(jì)實(shí)用、就地取材、便于施工、滿足防洪和管理要求,結(jié)合地段所在的地理位置、重要程度、施工條件、環(huán)境景觀、工程造價等要求選擇。最后對所選生態(tài)護(hù)坡斷面進(jìn)行穩(wěn)定校核。