信阳凉亭河山洪沟水面线推求及治理措施

陈 波

（河南省信阳市光山县水利局，河南信阳 465450）

1 工程概况

凉亭河治理段桩号K5+300 以上控制流域面积8.00 km2，河底平均比降0.012，桩号K5+400以上控制流域面积11.23 km2，河底平均比降0.012，桩号K6+425 以上流域面积为29.02 km2，河底平均比降为0.008。治理段河道基本为天然河道。桩号K4+016建有溢流堰一座，过流断面为矩形，堰顶高程75.72 m，堰高1.60 m，堰顶过流底宽16 m；建有桥梁6座，现状特征值见表1。

表1 现状桥梁特征值表

支沟下湾沟治理段河道部分岸坡进行了护砌，大部为街区居民建房自行护砌，标准较低，其余河段基本为天然河道。桩号Z0+698建有溢流堰一座，过流断面为矩形，堰顶高程82.74 m，堰高0.50 m，堰顶过流底宽4.00 m；建有桥梁7座。

2 水面线推求

此次治理段设计洪水水面线依据实测的河道纵、横断面，采用恒定非均匀渐变流能量方程，推算各控制断面水位。恒定非均匀渐变流能量方程以固定边界、恒定、非均匀、渐变流的能量守恒为理论基础，基本方程式如下：

式中：Z1、Z2分别为上、下游水头，m；ΔZ 为上、下游断面水位差，m；hf、hj分别为沿程、局部水头损失；分别为上、下游断面水头流速。

凉亭河治理段由于凉亭河治理段现状有1座溢流堰，位于桩号K4+016（1#溢流堰）处，溢流堰堰顶水位均为控制水位，由于治理段末端下游未进行治理，起推水位以实测断面进行推算，即计算出治理段末端桩号K5+415处水位，以该处水位向上游推算河道桩号K4+016～K5+415 段设计水面线；桩号K0+000～K4+016段以桩号K4+016处溢流堰堰顶水位为起推水位向上游推算此段河道设计水面线。溢流堰均为折线形实用低堰，堰顶高程为75.72 m。

支沟下湾沟治理段也有溢流堰一座，位于Z0+698 处。支沟下湾沟Z0+698～Z2+046治理段采用所入干流的干流桩号水位作为起推水位往上游推算；桩号Z0+000～Z0+698 段以桩号Z0+698处溢流堰堰顶水位为起推水位向上游推算此段河道设计水面线。堰顶水深方法见凉亭河治理段起推水位的确定方法，经计算，Z0+698 处溢流堰10 年一遇堰上总水头为3.28 m；20年一遇堰上总水头为3.77 m。

凉亭河治理段以溢流堰堰顶水位作为控制水位、根据设计洪水计算成果及实测河道断面资料，对治理段现状洪水位进行推求，采用能量方程进行河道水面线推算，现状工况下，选取主槽糙率n=0.033，滩地糙率n=0.04。同理，支沟下湾沟治理段根据河槽类型及现场勘查情况，现状工况下，选取主槽糙率n=0.033，滩地糙率n=0.04。

3 工程治理措施

治理段河道断面不规则，大部分为天然河道，街区段临河房屋有部分岸坡护砌，部分房屋临河较近或处于河道凹岸顶冲处（桩号Z0+490、桩号Z0+690 右岸下游段等），其余天然河道段，局部岸坡紧邻现状道路且坡度较陡，水流流速大，在水流冲刷下极易造成岸坡滑塌，尤其是桩号K0+980～K1+220段河道右岸为弯道，凹岸受河水顶冲影响较大，水流冲蚀岸坡，极易引起岸坡坍塌形成险工危及岸顶道路安全。

3.1 现状岸坡稳定分析

此次设计选取桩号K2+300 现状断面（见图1）左岸、桩号Z1+300 现状断面（见图2）左岸作为典型断面进行岸坡稳定分析计算，经地质勘探得到物理力学指标。

图1 桩号K2+300现状断面图

图2 桩号Z1+300现状断面图

计算工况：正常情况：设计洪水位、设计洪水位骤降期。非常情况：施工期。

计算方法：根据《水利水电工程边坡设计规范》，土质边坡和呈碎裂结构、散体结构的岩质边坡，当滑动面呈圆弧形时宜采用简化毕肖普法和摩根斯顿-普赖斯法进行抗滑稳定计算。滚水河上游山洪沟为土质边坡，采用简化毕肖普法进行抗滑稳定计算。5级边坡：安全系数标准值正常工况为1.10，非常工况为1.05。

状岸坡抗滑稳定计算成果表明，典型断面在计算工况下，岸坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。根据河流顶冲及岸上防护对象分布情况，对其进行岸坡整修护砌处理。

3.2 护坡方案分析

根据当地近期多条河流以往的治理经验，选择三种方案进行比较：方案一、现浇混凝土板护坡；方案二、浆砌石护坡；方案三、雷诺护垫护坡。治理范围内选取100 m 岸坡，方案一投资13.19 万元，方案二14.60 万元，方案三13.62 万元。三种护坡方案投资相差不大，浆砌石护坡投资最高，其次是雷诺护垫护坡，混凝土护坡投资最小。方案一采用混凝土护坡，抗冲刷能力强，施工工期较短，缺点是护坡将覆盖整个坡面，坡后排水条件较差，且混凝土板与下部土体结合较差，容易产生失稳，另外，该方案护坡损毁一般是下部垫层和土体被掏空，表面又不易被发现，一旦出现问题，后果较为严重；方案二采用浆砌石护坡，具备一定的抗冲能力，维修管理较方便，但适应变形能力也较差，坡后排水条件较差；方案三采用雷诺护垫护坡，雷诺护垫是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于冲刷防护的结构，具有很强的柔韧性及变形能力，生态环保，美观耐久，施工便捷。具有一定的整体性，抗冲能力好，与其他方案比较，具有较大的优势。经综合分析，推荐选用方案三，即雷诺护垫护坡。

一般河道护岸分为坡式护岸和墙式护岸两种，坡式护岸适用于对占地要求不敏感的河段，对于镇区河段多采用墙式护岸，这样既减少占地，也不压缩河道行洪断面，并且河道蓄水后亲水景观效果较好。本次治理段河道紧邻镇区及村庄，部分居民房屋临河而建，同时考虑与本河段已护砌段协调一致，因此，本次设计根据现状河道实际情况，采用坡式护岸和墙式护岸相结合的方式。

当地河道治理采用的墙式护岸主要有三种形式：①现浇混凝土挡墙，②浆砌石挡墙，③格宾石笼挡墙。墙式护岸采用主要材料同上述三种坡式护岸采用主要材料分别相同，结合当地工程现状，综合考虑，墙式护岸推荐选用浆砌石挡墙形式。

4 结论

基于能量原理对凉亭河山洪沟治理段水面线进行推求，为山洪沟综合治理提供设计依据。经过分析，部分河段岸顶高程不满足防洪需求。

通过稳定性复核分析，现状岸坡稳定性满足相关要求，仅需进行岸坡护砌即可满足防洪要求。选取常见的护坡方式进行比选，采用雷诺护垫护坡适宜性较强；考虑工程周边环境情况，墙式护岸推荐选用浆砌石挡墙形式。