岐山县横水河刘家河至河家道段河道治理工程设计方案探析

王苏杰，马一杰，马小龙

（1.岐山县渭河综合治理保护中心,陕西 岐山 722406；2.杨凌职业技术学院水利工程学院,陕西 杨凌712100；3.岐山县水电工作队,陕西 岐山 722499）

1 项目背景

岐山县凤鸣湖生态文化公园位于岐山县城南2 km 横水河岐蔡公路两侧,规划总面积600 亩,分为2 区5 园10 景点,是一处集生态、观光、休闲、健身文化民俗体验为一体的综合性公益场所。该公园以横水河为水源,利用横水河在河家道处水流由西南转入东北,再由东北折向西南形成河道拐弯修建的一处人工湿地,以岐蔡路将公园一分为二,西边是太极湖,东边是凤鸣湖,景观水面178.6 亩。工程建设融景点观赏、文化品味、水面娱乐、广场休闲、商业运用于一体,对提升县城整体形象和品位,转变经济发展方式,提高人民幸福指数,建设美丽和谐新岐山具有重大意义。

岐山县横水河刘家河至河家道段河道治理工程治理河段位于凤鸣湖生态文化公园上下游,上游三官殿段治理河段长度2439 m,下游河家道段治理长度1720 m。设计方案秉持“与凤鸣湖附近景区及景观相协调,间距自然、原坡、生态、低标准、护槽护岸”的设计理念。

2 河道现状及存在问题

2.1 河道水文地质情况

横水河是韦水河一级支流,漆水河二级支流。发源于凤翔县东北部的凤山,流经凤翔、麟游、岐山,在岐山县麦禾营附近汇入韦水。横水河全长72.7 km,流域面积534 km2,河道平均比降11.7‰。

岐山县刘家河至河家道段河道治理工程范围设计凤鸣镇三官殿、苍颉庙、河家道和罗家河村,工程区分为两段,分别为三官殿段和河家道段。

三官殿段和河家道段区间无支流汇入。河家道段工程末端以上流域面积518.5 km2,区间流域面积203 km2,区间河长36.61 km,河道平均比降10.6‰。

三官殿段和河家道段均位于横水河中游,地势西高东低。该段河谷较宽阔,一般宽度180 m～450 m,河床两岸分布有河漫滩及一级阶地,河漫滩滩面一般高出河床0.5 m～2 m,一级阶地阶面高出现河河床2 m～5 m,阶面宽一般80 m～350 m,具二元结构,上部由冲洪积壤土组成,下部为砂砾石等。河谷两侧为黄土塬区塬面。

横水河上游为1974年前陆续建成的中小型水库,包括白荻沟、群力、桃树沟、姚家沟四座水库,这四座水库于2003年后陆续对其进行除险加固。水库的投入运行改变了洪水天然的汇流条件,以白荻沟水库为例,汛前放水腾空库容,汛期库水位很少达到正常蓄水位,运行40余年泄洪次数不多。

横水河目前的主要洪水灾害是由于河道一级阶地和河漫滩的地质主要情况为壤土和砂砾石,其抗冲刷能力和稳定性均较差,小流量洪水对河道岸坡及坡脚冲刷淘蚀破坏严重,不断造成河道岸坡脚掏空和岸坡坍塌。

2.2 河道现状存在的主要问题

三官殿段河槽宽度约为7 m～25 m,河道比降约为4.68‰,河床漫滩宽度约为40 m～200 m；河家道段河槽宽度约为3 m～25 m,河道比降约为9.9‰,河床漫滩宽度约为38 m～180 m；河漫滩滩面一般高出河床0.5 m～2 m,河道两侧有一级阶地,一级阶地一半高出现河河床2 m～5 m。河道左右岸为大片耕地和林地。河道内杂草丛生,有少量树木,河道被垃圾侵占。

存在的问题一是侵占河道现象严重,横水河河道上游有白荻沟、群力、桃树沟、姚家沟四座水库,河道经常断流,因此附近村民占用河道进行林木种植及农田建设活动,甚至河道存在任意堆弃垃圾等现象,使河道以及河道主槽不断变窄,造成河道淤塞,行洪不畅,同时危害河道水质。二是与已建成的凤鸣湖生态文化公园环境格格不入,十分不协调,影响公园周边生态环境。三是河道治理和管理资金严重不足,致使河道治理和管理方面的矛盾日益突出,无工程管理设施。

3 河道治理设计

3.1 治理任务

河道清障7362 m,垃圾清理5110 m3,新修生态护岸7425 m,新修3 m 宽堤顶防汛道路3938 m。

3.2 防洪标准及工程等级

横水河刘家河至河家道段河道治理工程范围涉及凤鸣镇三官殿、苍颉庙、河家道和罗家河村耕地783 亩,人口650 人,保护人口不足20 万,保护耕地面积小于30 万亩,按规范要求,防洪标准应取10年一遇的洪水标准。结合工程区保护现状,由于工程区内河道两岸大部分为耕地和林地,根据《防洪标准》“表4-1 乡村防护区的等级和防洪标准”注释“地广人稀或淹没损失较小的乡村防护区其防洪标准可适当降低”,因此本工程防洪标准按5年一遇洪水防冲不防淹设防。经洪水计算5年一遇设计洪水60 m3/s。

工程等别为V 等,永久建筑物是5 级,临时建筑物5 级。

3.3 深泓线的测定和冲刷深度的的计算

深泓线,又称溪线,在工程水文学中常被误解为中弘线,深泓线即沿河流方向最大水深处的连线。沿此线的剖面为河流的纵剖面。深泓线可对河流进行实测确定。

冲刷深度根据《堤防工程设计规范》（GB 50186-2013）冲刷计算考虑水流平行岸坡和水流斜冲岸坡两种工况。依据《堤防工程设计规范》附录D 中的公式D2.2-1 和D2.2-2 进行冲刷深度计算。经计算, 三官殿段顺直段冲刷深度为0.30 m～0.32 m,斜冲段为0.27 m～0.51 m,河家道段顺直段冲刷深度为0.44 m～0.48 m,斜冲段为0.41 m。

根据冲刷深度计算结果,结合河道断面演变情况分析、河床地质情况、地质调查资料,以及冻土深度要求,基础埋置深度位于深泓线以下1.0 m。

3.4 生态护岸的设计

按照《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）要求,护岸形式有坡式护岸、坝式护岸、墙式护岸等形式,考虑与凤鸣湖生态公园的衔接采用坡式护岸。

3.4.1 坡式护岸形式选择

坡式护岸形式按规范要求,断面形式按照经济实用、就地取材、便于施工、满足防洪和管理要求,结合地段所在的地理位置、重要程度、施工条件、环境景观、工程造价等要求选择。目前常见的护坡形式有：格宾块石护坡,浆砌石护坡,台阶式生态砖护坡,铰接式生态护坡,植草护坡五种形式进行方案比选。各种方案比选见表1。

表1 护坡形式比较表

从经济比较结果可以看出,格宾块石护坡和浆砌石护坡方案造价最高,而台阶式生态砖护坡、铰接式护坡和植草生态护坡工程造价相对低很多,且生态型均较好,设计采用。结合工程区现状,三官殿下游段和河家道段毗邻凤鸣湖生态公园,对生态和亲水要求较高,设计采用台阶式护坡；而三官殿上游段离凤鸣湖较远,河道两边为耕地,对生态要求较低,该段顺直河段采用种植草皮护坡,弯道段采用抗顶冲能力较强的铰接式护坡,达到投资和方案最优化。

3.4.2 坡式护岸横断面设计

铰接式护坡：三官殿段上游顶冲段SL0+000-SL0+239,SR0+000-SR0+222,SL0+484-SL1+089, SR0+463-SR1+089 四段共1482 m 采用铰接式生态护坡,迎水坡坡比为1∶1.5,由下向上依次采用0.2 m 厚粗砂垫层,土工布,厚12 cm 混凝土预制块铰接式生态砖砌护,坡面撒草籽绿化。基础采用M7.5 浆砌石基础,高1 m,宽0.6 m,基础顶高程与深泓线齐平。铰接式生态砖顶部采用C20 砼压顶,压顶宽度50 cm。见图1。

图1 铰接式护坡方案断面图

植草生态护坡：三官殿段上游顺直段SL0+239～SL0+484,SR0+222～SR0+463,SL1+089～SL1+410, SR1+089～SR1+418 四段共1146 m 采用植草生态护坡,迎水坡坡比为1∶1.5,坡面铺装0.4 m 厚腐殖土,种植高羊茅与紫花苜蓿。基础采用M7.5浆砌石基础,高1 m,宽0.6 m,基础顶高程与深泓线齐平。见图2。

图2 植草生态护坡方案断面图

台阶式生态砖护坡：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 采用台阶式生态砖护坡,迎水坡坡比为1∶1.5,由下向上依次采用无纺反滤土工布,碎石垫层,厚25 cm 混凝土预制块生态砖砌护,砖块块体之间用锚固棒固定。基础采用M7.5 浆砌石基础,高1 m,宽0.6 m,基础埋深为深泓点以下1.0 m。台阶式生态砖顶部采用C20 砼压顶,压顶厚度10 cm～35 cm。见图3。

图3 台阶式生态砖护坡方案断面图

4 结语

堤防设计涉及方方面面,但是笔者认为最主要应把握以下三点：

（1）防洪标准的正确选用。防洪标准决定了工程规模,本工程防洪标准选用5年一遇。防洪标准确定后,经设计洪水计算,获得相应标准的洪峰流量,经过水面线计算,再加安全超高后可得需要加固的堤防堤顶高程。因此防洪标准决定了堤顶高程。

（2）实测深泓线高程。深泓线高程测量的准确度影响着堤防基础底高程。一般情况下,基础底高程根据冲刷深度计算后,埋在冲刷深度以下。本工程冲刷深度不到0.5 m,基础埋置深度位于深泓线以下1.0 m。冲刷深度计算要用到深泓线高程,所以深泓线高程的准确与否决定着基础埋深。

（3）生态护坡的选择。堤防的顶高程和基础底高程确定后,再采取工程措施加固护坡。护坡形式的选择要因地制宜,综合考虑,按照经济实用、就地取材、便于施工、满足防洪和管理要求,结合地段所在的地理位置、重要程度、施工条件、环境景观、工程造价等要求选择。最后对所选生态护坡断面进行稳定校核。