老寨川河生态清洁型河道治理工程设计分析

孙宏伟

(北票市凌河保护区管理局，辽宁 北票 122100)

1 工程概况

老寨川河为牤牛河一级支流、大凌河二级支流，河道平均比降6.4‰，流经娄家店乡、宝国老镇和黑城子镇，流域面积365.3km2、区域河长52.6km、耕地面积5.8405万亩、人口20413人。治理河段地理位置为东经120°32′35″～120°39′13″、北纬42°3′48″～42°4′27″。流域内海拔在380～580m之间。

本次工程的治理范围为娄家店乡棒槌山村的老寨营子村民组至营房村民组沿线河道，沿岸保护老寨营子、王家杖子、陈家杖子、大杖子、山湾子、三家子、营房，治理河长10.48km。

2 项目区存在的主要问题

老寨川河道中下游即娄家店大桥以下至黑城子镇祥顺号村河段，由于多年来防洪建设资金投入较少，该段河道一直未得到系统治理，河道的防洪能力较低，河道淤积较严重。这些不利因素导致灾害风险加重，特别是到了汛期，如遇大雨、暴雨，极有可能导致洪水泛滥，对工程段河道周边的防洪安全构成了严重威胁。

3 水文计算

老寨川河流域没有暴雨、洪水观测资料。临近的流域凉水河(大凌河一级支流)上有水文站。根据北票老寨川河河道支流汇入情况，拟定四个断面进行干流设计洪水计算，分别为娄家店大桥断面、三家子断面、大杖子村断面、王家杖子断面。

3.1 设计洪水计算

本工程设计洪水按照《辽宁省中小河流设计暴雨洪水计算方法(无资料地区)》中所述推理公式进行计算，下面以娄家店大桥断面为例加以介绍。

3.1.1 流域特性

治理段以上流域面积及河长等各种特性值在1∶1万的地形图上量得。其中，流域面积F=41.7km2；河长L=17.9km；河道比降J=18.89‰；水文分区为V1；流域重心为东经120.63121°、北纬42.06585°。

汇流历时计算公式为

式中χ——系数，反映地区自然地理因素，χ=0.57；

y——系数，反映τ值增加率，y=0.65。

计算求得τ=1.43h。

3.1.2 推求设计暴雨

a.设计暴雨参数见表1。

表1 设计暴雨参数计算结果

b.时段面雨量的计算。计算式为

式中KF——点面折减系数，0.983(见表2),mm。

c.暴雨衰减指数n0p计算结果见表3。

d.汇流历时τ时段内设计面雨量和面暴雨强度计算。计算式为

Pτp=P24P24n2p-16n1p-n2pτ1-n1p

计算结果见表4。

e.设计洪峰流量。计算式为

Qp=0.278φpipF

式中φp——洪峰径流系数(查附表得)。

计算结果见表5。

表2 时段面雨量计算结果

表3 暴雨衰减指数计算结果

表4 面雨量和面暴雨强度计算结果

表5 设计洪峰流量计算结果

经计算，老寨川河娄家店大桥断面10年一遇洪峰流量为224.6m3/s，20年一遇洪峰流量为333.7m3/s。

老寨川河干流以及支流采用《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》进行设计洪水计算，结果见表6。

表6 北票老寨川河干流及支流设计洪水成果

根据以上计算结果，绘制北票老寨川河各断面P=2%设计洪峰与辽西地区大凌河各站P=2%设计洪峰双对数曲线，可以看出设计洪峰与面积成2/3次方关系，故认为北票老寨川河用《方法》计算的洪水成果与实际同频率洪水值相近，符合水文一般规律，设计洪水成果可靠。

4 工程布置

本工程位于朝阳市北票市娄家店乡老寨川河棒槌山村段，防护区属乡村，保护人口约0.9万人(<20万人)，保护耕地3000余亩(<30万亩)。根据《防洪标准》(GB 50201—2014)4.3.1规定，确定本次工程防洪标准为10年一遇，护岸工程的级别为5级，根据《防洪标准》确定本次治理工程的设计标准为10年一遇。

治理范围为娄家店乡棒槌山村的老寨营子村民组至营房村民组沿线河道，治理河长10.48km。主要建设内容包括：新建护岸总长14.67km，其中左岸7.99km、右岸6.67km； 潜坝1座，潜坝走向与河道正交，坝长为28.51m；对项目区内河道进行清淤疏浚，长度为10.48km；生态工程分滨河生态护岸带、沿路生态防护带、辽梅小品生态园和扶贫生态园四部分，总面积为16.70hm2。

5 工程设计

5.1 护岸设计

本次工程治理范围从娄家店乡棒槌山村的老寨营子村民组至营房村民组，由新建护岸及现有防护措施连接，形成防洪体系。左岸主要防护沿河路及村庄，右岸主要防护工程所在地居民的耕地。

本次设计新建工程护岸共14.67km，包括左岸7.99km、右岸6.67km，采用生态格网格宾挡墙型式。设计护岸顶高程按如下原则确定：依照《生态格网结构技术规程》(CECS353∶2013)要求，当10年一遇洪水位高于岸坎时，护岸顶高程以岸坎高程控制；当10年一遇洪水位低于岸坎时，护岸顶高程以洪水位加0.3m安全超高控制。格宾笼地面以下埋深为1.5m。护岸背水侧岸坎设计2m宽滨河生态护岸带，回填种植土厚度为0.3m，同时采取相应的绿化措施。

5.2 清淤疏浚工程设计

本次设计河道疏浚目的为：保证上游来流平顺汇入，通过工程段顺利下泄。此次工程本着防洪第一、兼顾生态的原则，初步确定：疏浚工程断面设计采用由滩地和主河槽组成的复式断面型式，保证河道内生态影响最小化，且不影响行洪。主河槽中心线处河底高程作为设计河底高程，不改变河道自然比降，对河道淤积区进行平整，对冲刷区进行回填，本次清淤疏浚工程长度为10.48km。

5.3 潜坝工程设计

5.3.1 潜坝型式

本次设计布设1座生态型潜坝，平均壅水长度为41m；潜坝走向与河道正交，布置在本次修建护岸工程以后的河道内，坝长为28.51m，坝顶宽度为2m。由于该段河道比降陡，考虑其壅水效果，确定坝高为1m。上游设置3m石笼护底，下游设置8m石笼护底(见图1)。

图1 潜坝剖面 (单位：mm)

潜坝采用格宾石笼，顶宽2m、厚2m，上游铺设水平铺盖3m，齿墙埋深1.5m，下游在坝顶按1∶5放坡至设计河底，齿墙1.2m，水平铺盖3m。潜坝首部有长约1.5m的干砌堆石，石头粒径大于35cm，错缝摆放，砌石缝隙填筑级配卵石料，卵石粒径5～15cm。潜坝尾部岸边分别布设景观石，景观石粒径大于35cm，周围可零星添加小卵石，卵石粒径5～15cm。

5.3.2 抗滑稳定计算

抗滑稳定计算采用《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)公式，经计算，设计尺寸可满足要求。

5.4 过水路面工程设计

建设4座过水路面，分别在桩号L6+151.22～L6+178.46(第1座)、L8+025.61～R7+990.66(第2座)、R8+308.16～L8+513.93(第3座)、L8+812.67～R8+725.78(第4座)之间。第1座长27m，第2座长49m，第3座长50m，第4座长65m。既可满足行洪要求，又可满足交通要求。

过水路面采用过水涵管的结构型式，路面宽度为6m，采用15cm厚混凝土填筑，混凝土等级为C25F200，其下为15cm厚7%水泥稳定砂。涵管采用内径0.5m、壁厚0.05m的RCPⅡ500钢筋混凝土管，涵管间填充物由上至下依次为0.4m中粗集料、0.18m细集料、1.0m中粗料。过水路面上下游两侧的浆砌石挡墙高1.8m，其中墙顶宽0.4m，高0.15m；墙面坡比为1∶0.3，墙背竖直高1.25m，基底高0.4m，宽1.1m。墙趾宽0.2m，墙踵宽0.2m。

5.5 生态工程设计

生态工程分滨河生态护岸带、沿路生态防护带、辽梅小品生态园和扶贫生态园四部分。在保证防洪安全的前提下，兼顾水土环境和生态功能，有利于改善项目区内生态环境和资源的可持续发展。

6 结 论

老寨川河两岸部分地区护岸工程不满足防洪要求，威胁两岸村民安全，对经济发展造成了一定的限制。本工程建设任务为：通过工程建设提高老寨川河两岸生态治理水平及抵御洪水的能力，达到生态清洁型河道的要求，同时增强沿岸人民群众的河道保护意识，方便沿岸人民群众的生产生活，达到人与水和谐共处的目的。

老寨川河生态清洁型整治工程设计要点：以防洪工程为主，提高河道两岸抵御洪水的能力及生态治理水平，达到生态清洁型河道的要求；采取河道治理、水环境治理以及生态修复相结合的措施，以改善河流水质和水环境，增加物种多样性；注重与周边自然生态环境相协调，结合原地表植被及工程措施，选择乡土树种，促进人与自然、生态与环境可持续良性发展。