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        蘇州垌河河道治理工程生態(tài)護(hù)岸比選布置

        2023-11-22 07:52:32劉羅養(yǎng)
        山西水利 2023年7期
        關(guān)鍵詞:生態(tài)

        劉羅養(yǎng)

        (廉江市水利綜合服務(wù)中心,廣東 廉江 524400)

        1 流域概況

        蘇州垌河為九洲江一級(jí)支流,發(fā)源于廉江市河唇鎮(zhèn)下垌村,沿線流經(jīng)河唇鎮(zhèn)南壩、蘇州垌、甲子背、石云等地,于鶴地水庫(kù)溢洪道大壩下游附近匯入九洲江,全長(zhǎng)12.5 km,流域面積54.39 km2,總落差27.31 m,平均坡降0.001 97。地形自西北向東南傾斜,土質(zhì)為砂壤土,河床由沙泥組成,河寬5~50 m。流域多年平均年降雨量為1 600 mm。年降雨量最多的是1985 年,達(dá)到2 539.7 mm,最少的是1977 年,僅有929.7 mm。

        蘇州垌河未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的治理,河道兩岸無(wú)新建堤防,局部河道較彎曲,兩岸為天然岸坡,岸坡低矮、單薄、不完整、不閉合;河床淤積,植物或垃圾侵占河道,局部岸坡存在坡腳淘刷、滑塌、裸露、不穩(wěn)定等問(wèn)題。蘇州垌河治理河道大部分河段都存在淤積現(xiàn)象,凸岸段淤積嚴(yán)重,淤積深度0.20~2.00 m,淤積嚴(yán)重抬高了該段河道水位,并對(duì)岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生影響;同時(shí)整治范圍內(nèi)局部段人類活動(dòng)密集,河道保護(hù)意識(shí)差,生活、生產(chǎn)垃圾隨意向河道傾倒縮窄了河道行洪斷面,阻礙行洪。本次工程治理范圍為蘇州垌河中下游,即從車腳村到河口,共整治河道長(zhǎng)10.8 km。蘇州垌河河道蜿蜒曲折,在平面上出現(xiàn)多個(gè)“S”型河灣,迎流頂沖段較多,凹岸連年沖刷嚴(yán)重,現(xiàn)較多沖坑,局部段存在崩塌。河底高程38~65.65 m,岸坡兩側(cè)多為大片農(nóng)田、坡地和少量村莊,高程約38.90~76.32 m。

        2 岸坡治理形式的比選

        本工程河道護(hù)岸主要布置在村莊人口密集河段,具體根據(jù)各個(gè)河段現(xiàn)狀河岸的高差、坡比、土質(zhì)等因素采取相應(yīng)的護(hù)岸形式。大概的布置樁號(hào)段可以分8段,分別為左岸樁號(hào)L0+000—樁號(hào)L0+600 段、樁號(hào)L3+500—樁號(hào)L4+400 段、樁號(hào)L5+900—樁號(hào)L6+350 段、樁號(hào)L7+750—樁號(hào)L8+100 段、右岸樁號(hào)L0+000—樁號(hào)L0+ 600 段、樁號(hào)L3+500—樁號(hào)L4+400 段、樁號(hào)L5+900—樁號(hào)L6+350 段、樁號(hào)L7+750—樁號(hào)L8+100 段。

        2.1 兩岸樁號(hào)L3+500—樁號(hào)L4+400 段護(hù)岸

        該段河岸高差平均在1.5 m 左右,現(xiàn)狀均為土坡,坡比較緩,同時(shí)河岸兩側(cè)臨近村莊,有村道連接,結(jié)合美麗鄉(xiāng)村、農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)要求,對(duì)護(hù)岸具有一定生態(tài)景觀要求,采用階梯式生態(tài)框擋墻和漿砌石擋墻進(jìn)行對(duì)比,詳見(jiàn)表1。

        綜合上述比較,階梯式生態(tài)框擋墻施工方便,施工工期短;漿砌石擋墻為傳統(tǒng)擋墻,施工工藝便捷,但質(zhì)量不好把控,而且造價(jià)也不低;另外階梯式生態(tài)框擋墻透氣性好,可以進(jìn)行撒播草籽美化護(hù)岸,故此河段設(shè)計(jì)護(hù)岸型式選取階梯式生態(tài)框擋墻典型橫斷面,見(jiàn)圖1。

        圖1 階梯式生態(tài)框護(hù)岸擋墻典型橫斷面

        2.2 左岸樁號(hào)L0+000—樁號(hào)L0+600 段護(hù)岸

        該段河岸高差平均在1.5 m 左右,現(xiàn)狀均為土坡,坡比較陡,水流較緩,同時(shí)河道穿過(guò)車腳村,有村道連接,可以采用高規(guī)格的擋墻,與濱河綠道、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)等相結(jié)合,使該段護(hù)岸成為整個(gè)治理工程的亮點(diǎn)。對(duì)魚(yú)巢式生態(tài)框擋墻和漿砌石擋墻進(jìn)行對(duì)比,詳見(jiàn)表2。

        表2 墻式斷面對(duì)比表

        綜上比較,魚(yú)巢式生態(tài)框擋墻,施工工藝簡(jiǎn)單,施工工期短;漿砌石擋墻為傳統(tǒng)擋墻,施工工藝便捷,但質(zhì)量不好把控;兩者投資相當(dāng)。由于魚(yú)巢式生態(tài)框擋墻生態(tài)美觀,符合本次河道治理的美麗鄉(xiāng)村理念,故本河段設(shè)計(jì)護(hù)岸形式選取魚(yú)巢式生態(tài)框擋墻的形式,見(jiàn)圖2。

        圖2 魚(yú)巢式生態(tài)框護(hù)岸典型橫斷面

        2.3 左岸樁號(hào)L5+900—樁號(hào)L6+350 段、樁號(hào)L7+750—樁號(hào)L8+100 段,右岸樁號(hào)L0+000—樁號(hào)L0+600 段、樁號(hào)L5+900—樁號(hào)L6+350 段、樁號(hào)L7+750—樁號(hào)L8+100 段護(hù)岸

        該段河岸高差平均在2.5~6 m 左右,現(xiàn)狀均為土坡,坡比較陡,岸坡高差較大,水流較急,因此河岸的護(hù)岸要求較高,則護(hù)岸形式宜采用墻式斷面,對(duì)C20混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡和漿砌石擋墻進(jìn)行對(duì)比,詳見(jiàn)表3。

        表3 墻式斷面對(duì)比表

        綜上比較,C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡施工方便,工期短,對(duì)原土擾動(dòng)較?。粚?duì)于落差>2.5 m 且坡度較陡的河段效果好,還增加護(hù)岸形式的多樣化,故本河段設(shè)計(jì)護(hù)岸形式選取C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡型式,見(jiàn)圖3。

        圖3 C20 混凝土生態(tài)擋土墻護(hù)岸+草皮護(hù)坡典型橫斷面

        3 設(shè)計(jì)洪水水面線

        3.1 基本資料

        3.1.1 河道糙率

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,現(xiàn)狀河道河床床面不平整,底坡凹凸不平,河床以第四系沖積層及海陸交互相沉積層為主,岸坡多為淤泥質(zhì)黏土或黏土;河道沿岸多為農(nóng)田和村莊,因此現(xiàn)狀河道糙率確定為0.030。工程整治后對(duì)河床進(jìn)行清淤,采用階梯式生態(tài)框護(hù)岸+植草護(hù)坡、C20 混凝土生態(tài)擋土墻+草皮護(hù)坡和植草式生態(tài)框護(hù)岸+魚(yú)巢式生態(tài)框護(hù)岸等工程措施,河道過(guò)水?dāng)嗝孀兤秸?,阻礙行洪的亂石雜草被清除,河道糙率變小,因此整治后河道糙率取0.028。

        3.1.2 設(shè)計(jì)流量

        水文計(jì)算章節(jié)已計(jì)算相應(yīng)河段的2 年一遇(P=50%)、5 年一遇(P=20%)、10 年一遇(P=10%)和20 年一遇(P=5%)洪峰流量。

        3.1.3 起推水位

        蘇州垌河主河受九洲江洪水位頂托,本次工程整治段位于蘇州垌河下游段,根據(jù)九洲江洪水水面線計(jì)算成果,計(jì)算出本次工程起始樁號(hào)L10+800 處的蘇州垌河相應(yīng)設(shè)計(jì)頻率P=50%、P=20%、P=10%、P=5%時(shí)對(duì)應(yīng)水位分別為40.95 m、41.82 m、42.37 m、42.87 m為本次水面線計(jì)算的起推水位。

        3.2 計(jì)算方法

        3.2.1 水面線計(jì)算方法

        以蘇州垌河匯入九洲江河口斷面為計(jì)算起點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)洪峰流量和河道水力參數(shù),利用能量方程逐段向上游推算各斷面設(shè)計(jì)洪水位,對(duì)于河道中的水閘,還需根據(jù)其過(guò)流條件確定是否壅水及計(jì)算壅水高度,再逐段向上游推算水面線。在水面線推求中,應(yīng)用到的基本公式主要包括:

        (1)河道彎曲不大、無(wú)較大支流匯入、無(wú)阻水建筑物時(shí),水面線計(jì)算采用的基本公式:

        式中:Zu、Zd——上、下游斷面水位,m;

        Au、Ad——上、下游過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;

        Ku、Kd——上、下游斷面流量模數(shù),m3/s;

        ξ、α——局部水頭損失系數(shù),對(duì)漸變流,ξ=0,α=1;

        Δs——上、下游斷面間距,m;

        Q——斷面流量,m3/s;

        g——重力加速度,取9.8m/s2。

        (2)橋梁壅水采用鐵科院李付軍公式:

        式中:Vm——橋下平均流速,Vm=Q/AJ;

        Q——計(jì)算流量,m3/s;

        AJ——扣除橋墩和橋臺(tái)阻水面積后的橋下凈過(guò)水面積,m2;

        V0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前橋孔部分天然狀態(tài)下平均流速,V0m=Q0m/A0m;

        Q0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前從橋孔部分通過(guò)的流量,m3/s;

        A0m——計(jì)算流量時(shí)建橋前橋孔部分天然過(guò)水面積,m2;

        R——考慮橋墩和橋臺(tái)影響的反映橋孔壓縮程度的系數(shù),R=Vm/V0m;

        K——為考慮沖刷影響的流速(動(dòng)能)折減系數(shù),取K=0.9。

        3.2.2 橋梁阻水壅高計(jì)算

        采用河道水面線計(jì)算程序HEC-RAS 時(shí)可將橋梁、涵閘等水工建筑物的各特征參數(shù)輸入,計(jì)算時(shí)程序?qū)⒆詣?dòng)考慮橋梁阻水的影響。計(jì)算公式如下:

        (2)當(dāng)橋面較低,洪水漫橋時(shí),過(guò)橋總流量Q總=Q孔+Q面。

        ①橋孔被淹沒(méi)成壓力孔流,則:

        式中:Ψ——過(guò)流系數(shù);

        W——橋下凈面積,m2;

        V0——Q/W0,W0為橋前天然面積,m2;

        ε——側(cè)收縮系數(shù),ε=1-0.2[(n-1)ζ0+ζT]H0/(nb);

        ζ0——閘墩系數(shù);

        ζT——邊墩系數(shù);

        n——橋孔數(shù);

        b——每孔寬度,m。

        ②橋面以上部分過(guò)水以寬頂堰淹沒(méi)出流公式計(jì)算:

        式中:ε——側(cè)收縮系數(shù);

        δ——淹沒(méi)系數(shù);

        H0——計(jì)入行進(jìn)流速的堰上總水頭,m;

        m——流量系數(shù);

        B——橋面溢流凈寬(m);

        4 工程總體布置

        蘇州垌河治理河道長(zhǎng)度10.8 km,整治起點(diǎn)車腳村東北,整治終點(diǎn)鶴地村東北。受治理段坡降較大影響,為防止水流沖刷坡腳造成岸坡崩塌,對(duì)需要整治河段采用擋墻護(hù)岸(護(hù)腳)、生態(tài)框護(hù)岸(護(hù)腳)等工程措施進(jìn)行防護(hù)。本次設(shè)計(jì)清淤疏浚河道總長(zhǎng)度10.3 km,新建護(hù)岸(護(hù)腳)總長(zhǎng)度為5.7 km,新建人行道2.325 km。

        根據(jù)河道現(xiàn)狀,本次河道整治按現(xiàn)狀河床進(jìn)行清淤、疏浚、固腳、護(hù)岸,清淤、疏浚河道不改變?cè)拥雷邉?shì),部分地段根據(jù)水流方向以及河道淤積情況,對(duì)河洲、邊灘及淤泥進(jìn)行清除,使河道更平順流暢,利于行洪。結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的需要,對(duì)坡腳進(jìn)行固腳,對(duì)迎流頂沖段進(jìn)行護(hù)岸,在村莊河段岸頂布設(shè)人行便道。

        為了體現(xiàn)人文關(guān)懷、美麗鄉(xiāng)村的治理理念,在河段兩岸樁號(hào)L3+610—樁號(hào)L4+290 段、樁號(hào)L5+935—樁號(hào)L6+235 段、左岸樁號(hào)L6+235—樁號(hào)L6+400 段、左岸樁號(hào)L7+900—樁號(hào)L8+100 段岸坡布置人行道,并在樁號(hào)L6+240 段處設(shè)置景觀亭一座,展現(xiàn)以人文為本的生態(tài)文明建設(shè)要求。

        5 結(jié)語(yǔ)

        本段治理河道為平原區(qū)河道,絕大部分河段靠近農(nóng)田,因此本次治理河道清淤基本沿現(xiàn)有河道布置,不改變?cè)拥雷邉?shì),維持河道天然形態(tài),充分體現(xiàn)自然、生態(tài)的河道治理理念,宜彎則彎,宜灘則灘,不進(jìn)行裁彎取直,保持自然河道的原有風(fēng)貌,打造留得住鄉(xiāng)愁的自然景觀。

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