沁河沁源段堤防高度分析与计算

宿 宾

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

沁河是黄河的一级支流，源于沁源县霍山东麓的二郎神沟，河流在太岳山崇山峻岭间蜿蜒南下，穿越临汾市安泽县，在沁水县官亭圪堆附近进入晋城市，经阳城县至泽州县栓驴泉附近入河南省。干流全长485km，流域总面积13532km2。其中山西省境内河长363km，占总河长的74.8%，流域面积12264km2，占总面积的91%。

此次沁河河道治理工程包括沁源段、安泽段及晋城段，治理长度171.47km，工程项目主要包括堤防工程、防护工程、护滩工程、支流入河口工程、控导工程、排水涵洞工程，其中沁源县（程壁村—闫寨段）治理河段长50.51km，包括县城段5.83km（已美化治理），重点治理河段长度38.43km。

2 工程总体布置

沁源县（程壁—闫寨）治理范围从郭道镇程壁村至出境，河道长50.51km，宽38～420m，河道平均纵坡3‰，为山区型河道。该段有赤石桥河、紫红河、白狐窑河、狼尾河、青龙河、龙头河等支流汇入，沿线跨河桥梁共18座。具体内容为：新建堤防长度50.85km（左岸 27.17km、右岸 23.68km），治理长度 56.17km；新建防护工程8.82km（上部护坡工程2.63km、下部护脚工程6.19km），新建护滩工程0.95km。支流入河口治理长度1.875km；控导工程3处，布置丁坝30条。

3 设计洪水计算

3.1 防洪标准

根据《山西省黄河流域重点支流治理专项规划报告》《防洪标准》及《堤防工程设计规范》，确定沁河防洪标准为：沿线村庄的防洪标准按20年一遇设计，两岸堤防为4级；沿线耕地的防洪标准按10年一遇设计，两岸堤防为5级。

3.2 断面位置

根据本段所处的地理位置及控制流域面积，程壁—大南川段代表测站为孔家坡站和飞岭站。

程壁—闫寨段沿途有较大支流汇入，孔家坡水文站距狼尾河入口上游约2km，根据支流汇入口位置，自上而下设计洪水计算断面分5段。即郭道（赤石桥河汇入口以上）、郭道—西阳城（紫红河汇入口以上）、西阳城—交口（白狐窑河汇入口以上）、交口—孔家坡（狼尾河汇入口以上）、孔家坡—闫寨（法中河汇入口以上）。计算断面名称分别为郭道、西阳城、交口、孔家坡、闫寨。

3.3 设计洪水计算

根据西阳城、交口、孔家坡、闫寨4个断面的位置及各断面以上控制流域面积的大小，在孔家坡站设计洪水分析计算成果的基础上，按水文比拟法来推求；闫寨断面设计洪水按孔家坡水文站、飞岭水文站相关关系按面积比指数法计算，计算结果见表1。

表1 各断面设计洪水成果表 单位：m3/s

4 水力学计算

4.1 水面线计算

河道水面线采用滩槽不同糙率的一维恒定非均匀渐变流方程计算，因河道水流为缓流，故水面线计算的起始控制断面放在下游，即计算从下游（桩号0+000）向上游（桩号50+511）逐段进行。

根据工程所在河段横断面资料，河道水面线（P=10%和P=5%）计算成果分别见图1和图2。

4.2 堤顶高程确定

堤顶高程由设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高为设计波浪爬高、设计风壅增水高度及安全加高（不允许越浪）之和，根据《堤防工程设计规范》查得4级堤防安全加高值为0.6m。

风浪要素计算与平均波周期、平均波高、设计风速（按多年汛期最大风速平均值的1.5倍计）、风区长度、水域的平均水深、重力加速度（9.81m/s2）有关。

顺坝式护岸波浪爬高为以下五项的乘积，分别为斜坡的糙率及渗透性系数（取值0.75）、经验系数（取值1.25）、爬高累计频率换算系数（按不允许越浪堤防查得取值为 2.07）、斜坡坡率（0.33～2.0）、堤前波浪的平均波高。

风壅水面高度与综合摩阻系数（取值3.6×10-6）、设计风速（按计算波浪的风速确定）、由计算点逆风向量到对岸的距离、水域的平均水深、风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（45°）有关。

经计算，沁源县程壁村—闫寨村段风壅水面高度为 0.0012～0.0074m，波浪爬高 0.265～0.465m，安全加高0.6m，堤顶超高0.866～1.072m。根据计算结果，本工程堤顶超高按1.0m选取。

5 结论

综上所述，根据不同的设计洪峰流量计算得出设计洪水位，可以复合治导线的宽度，再加上安全超高，即可得出该段河道的坝顶高程。本次河道治理工程，通过河道两岸加高、改建、新建堤防，可以大大提高堤防的设计防洪标准，改善农业生产条件，在发生标准洪水时，达到保护农业增产增收、农业生产降低成本的目的；在发生超标准洪水时，能把洪涝灾害损失降到最低程度。