信陽涼亭河山洪溝水面線推求及治理措施

陳 波

（河南省信陽市光山縣水利局，河南信陽 465450）

1 工程概況

涼亭河治理段樁號K5+300 以上控制流域面積8.00 km2，河底平均比降0.012，樁號K5+400以上控制流域面積11.23 km2，河底平均比降0.012，樁號K6+425 以上流域面積為29.02 km2，河底平均比降為0.008。治理段河道基本為天然河道。樁號K4+016建有溢流堰一座，過流斷面為矩形，堰頂高程75.72 m，堰高1.60 m，堰頂過流底寬16 m；建有橋梁6座，現狀特征值見表1。

表1 現狀橋梁特征值表

支溝下灣溝治理段河道部分岸坡進行了護砌，大部為街區居民建房自行護砌，標準較低，其余河段基本為天然河道。樁號Z0+698建有溢流堰一座，過流斷面為矩形，堰頂高程82.74 m，堰高0.50 m，堰頂過流底寬4.00 m；建有橋梁7座。

2 水面線推求

此次治理段設計洪水水面線依據實測的河道縱、橫斷面，采用恒定非均勻漸變流能量方程，推算各控制斷面水位。恒定非均勻漸變流能量方程以固定邊界、恒定、非均勻、漸變流的能量守恒為理論基礎，基本方程式如下：

式中：Z1、Z2分別為上、下游水頭，m；ΔZ 為上、下游斷面水位差，m；hf、hj分別為沿程、局部水頭損失；分別為上、下游斷面水頭流速。

涼亭河治理段由于涼亭河治理段現狀有1座溢流堰，位于樁號K4+016（1#溢流堰）處，溢流堰堰頂水位均為控制水位，由于治理段末端下游未進行治理，起推水位以實測斷面進行推算，即計算出治理段末端樁號K5+415處水位，以該處水位向上游推算河道樁號K4+016～K5+415 段設計水面線；樁號K0+000～K4+016段以樁號K4+016處溢流堰堰頂水位為起推水位向上游推算此段河道設計水面線。溢流堰均為折線形實用低堰，堰頂高程為75.72 m。

支溝下灣溝治理段也有溢流堰一座，位于Z0+698 處。支溝下灣溝Z0+698～Z2+046治理段采用所入干流的干流樁號水位作為起推水位往上游推算；樁號Z0+000～Z0+698 段以樁號Z0+698處溢流堰堰頂水位為起推水位向上游推算此段河道設計水面線。堰頂水深方法見涼亭河治理段起推水位的確定方法，經計算，Z0+698 處溢流堰10 年一遇堰上總水頭為3.28 m；20年一遇堰上總水頭為3.77 m。

涼亭河治理段以溢流堰堰頂水位作為控制水位、根據設計洪水計算成果及實測河道斷面資料，對治理段現狀洪水位進行推求，采用能量方程進行河道水面線推算，現狀工況下，選取主槽糙率n=0.033，灘地糙率n=0.04。同理，支溝下灣溝治理段根據河槽類型及現場勘查情況，現狀工況下，選取主槽糙率n=0.033，灘地糙率n=0.04。

3 工程治理措施

治理段河道斷面不規則，大部分為天然河道，街區段臨河房屋有部分岸坡護砌，部分房屋臨河較近或處于河道凹岸頂沖處（樁號Z0+490、樁號Z0+690 右岸下游段等），其余天然河道段，局部岸坡緊鄰現狀道路且坡度較陡，水流流速大，在水流沖刷下極易造成岸坡滑塌，尤其是樁號K0+980～K1+220段河道右岸為彎道，凹岸受河水頂沖影響較大，水流沖蝕岸坡，極易引起岸坡坍塌形成險工危及岸頂道路安全。

3.1 現狀岸坡穩定分析

此次設計選取樁號K2+300 現狀斷面（見圖1）左岸、樁號Z1+300 現狀斷面（見圖2）左岸作為典型斷面進行岸坡穩定分析計算，經地質勘探得到物理力學指標。

圖1 樁號K2+300現狀斷面圖

圖2 樁號Z1+300現狀斷面圖

計算工況：正常情況：設計洪水位、設計洪水位驟降期。非常情況：施工期。

計算方法：根據《水利水電工程邊坡設計規范》，土質邊坡和呈碎裂結構、散體結構的巖質邊坡，當滑動面呈圓弧形時宜采用簡化畢肖普法和摩根斯頓-普賴斯法進行抗滑穩定計算。滾水河上游山洪溝為土質邊坡，采用簡化畢肖普法進行抗滑穩定計算。5級邊坡：安全系數標準值正常工況為1.10，非常工況為1.05。

狀岸坡抗滑穩定計算成果表明，典型斷面在計算工況下，岸坡抗滑穩定安全系數滿足規范要求。根據河流頂沖及岸上防護對象分布情況，對其進行岸坡整修護砌處理。

3.2 護坡方案分析

根據當地近期多條河流以往的治理經驗，選擇三種方案進行比較：方案一、現澆混凝土板護坡；方案二、漿砌石護坡；方案三、雷諾護墊護坡。治理范圍內選取100 m 岸坡，方案一投資13.19 萬元，方案二14.60 萬元，方案三13.62 萬元。三種護坡方案投資相差不大，漿砌石護坡投資最高，其次是雷諾護墊護坡，混凝土護坡投資最小。方案一采用混凝土護坡，抗沖刷能力強，施工工期較短，缺點是護坡將覆蓋整個坡面，坡后排水條件較差，且混凝土板與下部土體結合較差，容易產生失穩，另外，該方案護坡損毀一般是下部墊層和土體被掏空，表面又不易被發現，一旦出現問題，后果較為嚴重；方案二采用漿砌石護坡，具備一定的抗沖能力，維修管理較方便，但適應變形能力也較差，坡后排水條件較差；方案三采用雷諾護墊護坡，雷諾護墊是將低碳鋼絲經機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網格組合的工程構件，在構件中填石構成主要用于沖刷防護的結構，具有很強的柔韌性及變形能力，生態環保，美觀耐久，施工便捷。具有一定的整體性，抗沖能力好，與其他方案比較，具有較大的優勢。經綜合分析，推薦選用方案三，即雷諾護墊護坡。

一般河道護岸分為坡式護岸和墻式護岸兩種，坡式護岸適用于對占地要求不敏感的河段，對于鎮區河段多采用墻式護岸，這樣既減少占地，也不壓縮河道行洪斷面，并且河道蓄水后親水景觀效果較好。本次治理段河道緊鄰鎮區及村莊，部分居民房屋臨河而建，同時考慮與本河段已護砌段協調一致，因此，本次設計根據現狀河道實際情況，采用坡式護岸和墻式護岸相結合的方式。

當地河道治理采用的墻式護岸主要有三種形式：①現澆混凝土擋墻，②漿砌石擋墻，③格賓石籠擋墻。墻式護岸采用主要材料同上述三種坡式護岸采用主要材料分別相同，結合當地工程現狀，綜合考慮，墻式護岸推薦選用漿砌石擋墻形式。

4 結論

基于能量原理對涼亭河山洪溝治理段水面線進行推求，為山洪溝綜合治理提供設計依據。經過分析，部分河段岸頂高程不滿足防洪需求。

通過穩定性復核分析，現狀岸坡穩定性滿足相關要求，僅需進行岸坡護砌即可滿足防洪要求。選取常見的護坡方式進行比選，采用雷諾護墊護坡適宜性較強；考慮工程周邊環境情況，墻式護岸推薦選用漿砌石擋墻形式。