劉艷芬

(義縣水利局，遼寧 義縣121100)

1 工程概況

前楊鎮(zhèn)位于義縣城以南10 km，佟沙河是前楊鎮(zhèn)內一條較大的河流。水文分區(qū)VI1區(qū)，沙河子以上集雨面積18.45 km2，長度8.3 km，平均比降14.87‰，防洪標準10 a一遇，設計洪峰流量159 m3/s。當地于佟沙河流域建設的“高效農業(yè)基地”是群眾致富的重要基礎，房屋、農田、道路也因此大多集中于水邊，一旦發(fā)生洪水將直接對村屯和耕地造成沖擊，不利于人民群眾生命財產安全的保障。

就目前情況來看，佟沙河現存問題主要有3個方面:

1)防洪標準低，河道防洪壓力過大。

2)在多年淤積的影響下河床抬高，行洪能力下降。

3)河流彎道部位沖刷嚴重，部分河段險工已逼近堤腳。擬建佟沙河防洪工程的主要任務是為沿岸定居區(qū)與耕地提供保護，保護范圍較廣、保護對象較多，因此無論從推動流域內社會經濟的進一步發(fā)展還是沿岸居民生存環(huán)境改善的角度來看，此項工程的建設都既是必要的、也是可行的［1］。

2 設計范圍、標準和原則

2.1 設計范圍與標準

佟沙河在沙河子以上長度為8.3 km，本次設計范圍由沙河子至上游1.2 km，全場1.2 km，考慮到項目對于下游地區(qū)人民群眾生命財產安全的重要程度，根據《大凌河流域防洪規(guī)劃》的要求，確定佟沙河防洪標準為10 a一遇。佟沙河保護地區(qū)主要為農村，保護面積29 km2，耕地面積約666.67 hm2，均為旱田;保護范圍內有村屯5個，人口0.7 萬。

2.2 設計原則

1)安全性原則。經治理后的河道需安全下泄設計標準洪水，有效保護兩岸農田、村莊和人民群眾生命財產安全，因此應修筑在土質較好且穩(wěn)定的地方。

2)經濟性原則。河道治理應充分發(fā)揮經濟效益，盡可能減少對耕地、林地的占用，不拆遷或少拆遷，同時提高與堤路的結合程度，以便交通和防汛搶險［2］。

3)自然性原則。以河道天然現狀為基礎，摒棄裁彎取直的平面規(guī)劃原則，盡可能尊重河流原有的自然形態(tài)。

4)生態(tài)性原則。河道治理應為動植物生長棲息提供條件，避免河流的渠道化及非連續(xù)性，使淺灘、深潭、緩流、急流等自然狀態(tài)得到有效保存。

5)景觀性。在發(fā)揮工程防洪效益的同時，力爭將其打造為環(huán)境工程景觀，使沿岸綠化和美化水平得到提升。

3 堤線與堤距的確定

堤線布置原則需從建筑功能、造價、遠近效益、地質等方面進行綜合考慮，以此實現確定堤線方案的最佳化。在設計時主要考慮了以下幾點問題:

1)河勢流向適應，與設計洪水主流線基本平行，確保水流通暢。

2)堤線力求平順，各段連接平緩，彎曲河段的曲率半徑適當選擇，避免出現急速轉彎和折線段。

3)堤線盡可能走高埠土質良好地帶，在滿足滲流控制、穩(wěn)定與變形要求的同時，更好的實現堤身低、穩(wěn)定與安全目的［3］。

4)同時兼顧上下游，避免束窄河道。

5)有利于工程管理與防汛搶險。

6)在滿足上述條件的基礎上，使工程經濟效益得到最大限度的實現。

佟沙河治理段不存在橋梁等跨河建筑，因此本次設計擬定兩岸堤線均以現狀河道走向作為基礎。

4 水面線計算

水面線計算推求提防修筑后P =10%頻率下的河道過水情況，根據水文勘探結果，在沙河子村北斷面處，10 a一遇設計洪峰流量為159 m3/s。采用沙河子村北斷面處水位～流量關系，獲得10%頻率設計洪峰下水位，并將其作為水面線計算的起始水位，結果如表1 所示。

表1 沙河子村北起點水位表

根據能量平衡原理，水面線計算方程式為:

式中:Z1、Z2分別代表上、下斷面水位;分別代表上、下斷面流速水頭;hf、hj分別代表兩斷面間沿程水頭損失、局部水頭損失。

將以上兩公式合并后可得:

式中:E2、E1分別代表上、下斷面總水頭。

根據現有條件和參數，佟沙河建堤后河段P =10%標準的水面線計算結果如表2 所示。

5 壩頂高的確定

根據《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286—98)的要求，堤防工程級別確定為5 級。佟沙河流域多年平均最大風速18.2 m/s，水面吹程D =10 m。在靜水位以上的壩頂超高按下式計算:

式中:y 為壩頂超高，m;Rp為壩坡上最大波浪的爬高，m;e 為最大風壅水面高度，m;A 為安全加高，m。

表2 水面線計算結果 m

5.1 波浪爬高Rp

在計算波浪爬高Rp前需對波浪參數進行確認，根據《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286—98)莆田試驗站公式計算。

5.1.1 平均波高hm

莆田試驗站公式:

式中:hm為平均波高，m;Tm為平均波周期，s;W 為計算風速，取多年平均年最大風速的1.5 倍，即27.3 m/s;D 為風區(qū)長度，取10 m;Hm 為水域的平均水深，m;g 為重力加速度，取9.81 m/s2。

5.1.2 平均波長

式中:Lm為平均波長，m;Tm為平均波周期，s;H 為壩迎水面前水深，m。

5.1.3 設計波浪爬高Rp

土壩上游坡1∶2.25為單坡，坡度范圍1.5 ～5.0，按正向來波計算，平均波浪爬高Rp的計算采用下式:

式中:Rp為平均波浪爬高，m;m 為單坡的坡度系數，取值2.25;K△為斜坡的糙率滲透性系數，取值0.8;Kw為經驗系數，取值1.3;Kp為爬高累計頻率換算系數，取值1.94。

經過以上計算，土壩波浪爬高計算參數與結果如表3 所示。

表3 波浪爬高Rp 計算參數及結果

5.2 風雍水面高度e

風雍水面高度e 的計算公式為:

式中:e 為計算點處的風壅水面高度，m;D 為風區(qū)長度，m;K 為綜合摩阻系數，取值3.6 ×10－6;W 為計算風速;β 為計算風向與壩軸線法線的夾角，取0。最終計算結果如表4 所示。

表4 風壅水面高度計算結果

5.3 安全加高A

根據《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286—98)，該堤防為5 級堤防，安全加高為0.5 m。根據前文公式及相關參數，土壩壩頂超高計算結果如表5 所示。

表5 土壩壩頂超高計算結果 m

6 石籠壩基礎深度計算

佟沙河河床多為粉土，建堤后，原有的河槽流態(tài)將會改變，流速將超過河床允許值，進而對堤腳形成沖刷，需設置護腳來防止沖刷破壞。護腳埋深計算按10 a一遇沖刷深度，根據《堤防工程設計規(guī)范》，采用以下公式計算:

式中:△hp為從河底算起的局部沖刷深度，m;α 為水流流向與岸坡交角，取值115.2°;m 為邊坡系數，取值0;d 為坡腳處土壤計算粒徑，取值2 cm;Vj為水流局部沖刷流速，取值4 m/s。經計算，岸堤防堤腳沖刷深度為0.89 m，取值1.0 m。

7 清淤、護岸與過水路面工程

清淤工程布置范圍由沙河子村開始，至上游1.2 km 為止，平均寬度、深度分別為15 m、0.5 m。

護岸工程主要在易沖刷段修筑石籠壩0.4 km，石籠高1.5 m、頂寬0.5 m、底寬1.5 m，基礎寬1.5 m、深1.0 m，采用鐵絲網片包石結構［4］。

過水路面工程長40 m、寬4 m 一座，長30 m、寬4 m 三座?；A部分采用漿砌石結構，根據沖刷計算所得結果，基礎深度、寬度分別選為2.0 m和6 m。基礎以上澆筑C25 混凝土，厚度0.2m、寬度4 m;過水路面下游鋪筑干砌石護坦，鐵絲網片包石，寬度與過水路面相同，長10 m、厚0.5 m［5］。

8 結 語

國民經濟評價結果表明，本工程經濟內部收益率為12.92% ＞12%;經濟凈現值109.61 萬元，經濟效益費用比1.67 ＞1，說明工程效益顯著，國民經濟評價指標較為滿意，具有合理性和可行性。

［1］李鈞. 貴州山區(qū)河道治理工程設計總結與思考［J］. 人民珠江，2011(04):30 －31.

［2］孫倩，邢華. 桐柏縣五里河固縣段河道治理工程設計［J］.科技視界，2014(05):320 －320.

［3］朱國琴。王素慧. 河道治理工程的設計方式探討［J］. 黑龍江水利科技，2012(07):115 －116.

［4］晁陽. 水利工程中河道治理設計方法［J］. 科技致富向導，2012(03):239 －240.

［5］李霄榮. 五寨縣清漣河河道治理工程設計［J］. 山西水利，2012(12):14 －15.