唐峪河生態清潔小流域項目河道治理設計

徐衛東

（渾源縣水務局，山西 渾源 037400）

1 流域概況

唐峪河屬于海河流域永定河水系桑干河上游渾河支流，發源于黃花灘鄉北花峪一帶，由渾源縣南部山區自南向北在唐家莊村處出峪口至仁和號村匯入渾河。流域面積164 km2，干流長度31.6 km，河道平均縱坡2.9%，河床糙率0.03。唐峪河分為左、右支溝，左溝為龍蓬峪，右溝為正峪溝。龍蓬峪流域面積74 km2，植被較好，森林覆蓋面積12 km2，其余為天然灌木和雜草覆蓋，水土流失較少。正峪溝流域面積90 km2，流域內溝壑縱橫，河道寬淺，巖石風化嚴重，土質松散，水土流失嚴重。

唐峪河河道治理工程位于大同市渾源縣城南5 km處，大磁窯鎮大磁窯村附近恒山水庫上游，是渾源縣恒山風景區和懸空寺的重要生態屏障。治理起點為大磁窯村，治理終點為恒山水庫庫尾，項目區涉及渾源縣大磁窯鎮2個行政村，共計716戶、2 742人，耕地面積282.6 hm2。

2 河道治理工程設計

2.1 治理目標及措施

唐峪河是一條破壞較為嚴重的河道，河道內亂挖、亂采現象嚴重，建筑垃圾隨意傾倒現象嚴重，河水水質渾濁，攜帶大量顆粒物進入下游河道。從保護生態的角度進行近自然治理，主要采取以下治理措施：新建堤防工程，河道內采砂坑改造為人工濕地。治理防洪標準為10年一遇。

2.2 堤防設計

河堤縱段設計原則：盡量結合原河道底坡，并使土方挖填平衡。河道設計流量393 m3/s（10年一遇），工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。

2.2.1 水面線推算河道水面線計算采用恒定非均勻流分段試算法：

式中：Z——（上、下游）水位；

α——動能改正系數；

ζ——局部阻力（損失）系數；

Q——流量；

g——重力加速度；

A——過水斷面面積；

ΔS——計算河段間的間距；

K——輸水率〔K=1/（n·R2/3·A）〕。

若已知下游斷面水位Z下，按公式推算上游一斷面水位Z上，該水位對下一個流段來講，又是下游水位。循環上述步驟，可依次求出上游各斷面水位。

2.2.2 堤頂超高計算

堤頂高程為設計洪水位加堤頂超高。堤頂超高Y由波浪爬高R、風壅增水高度e和安全加高A三部分構成：Y＝R+e+A

經計算堤頂超高取0.6 m。唐峪河部分斷面P為10%水力計算成果如表1。

2.2.3 沖刷深度計算

水流平行于岸邊產生的沖刷深度計算采用《水力計算手冊》中的計算公式：

表1 唐峪河P=10%水力計算成果表

式中：hB——水面起算的局部沖刷深度，m；

hp——沖刷處的水深（以近似設計水位最大深度代替），m；

Vcp——平均流速，m/s；

V允——河床面上允許不沖流速，m/s；

n——防護岸坡形狀系數，一般取n=1/4。

經計算，沖刷深度為1.40～1.62 m，另加0.5 m安全埋深，取基礎深度為2.2 m。

2.2.4 堤防斷面設計

漿砌石防護壩斷面為：頂寬0.5 m，堤高為4.2 m（包括基礎），臨水坡1∶0.1，背水坡1∶0.3，底寬2.68 m，基礎埋深2.2 m，基礎寬2.88 m，采用M 7.5水泥砂漿砌筑。為防止不均勻沉降及應力對堤防工程產生破壞，擋土墻每10 m設一道伸縮縫，縫寬2 cm，采用聚乙烯閉孔泡沫板填縫。堤防沿長度方向每隔2.5 m設DN 110 PVC排水管，坡度3%，進口設反濾料。

2.2.5 堤防穩定計算

抗滑穩定計算：

式中：Kc——抗滑穩定安全系數

ΣW——作用于墻體上的全部垂直力的總和，kN；

ΣP——作用于墻體上的全部水平力的總和，kN；

f——底板與堤基之間的摩擦系數。

抗傾穩定計算：

式中：Ko——抗覆穩定安全系數

ΣMV——抗傾覆力矩，kN·m；

ΣMH——傾覆力矩，kN·m。

基地壓應力計算：

式中：ΣG——垂直荷載，kN；

A——底板面積，m2；

ΣM——荷載對底板形心軸的力矩，kN·m；

ΣW——底板的截面系數，m3。

堤防抗滑穩定、抗傾穩定、基地壓應力滿足要求，安全系數由《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）選用。

2.3 人工濕地改造

唐峪河地處山區，目前，尚無流域總體規劃方案。在項目區上游700 m，兩岸漿砌石堤防完好的溝道內設置了5道跌水，利用跌水小堰壅高水位，初步凈化上游來水，同時營造周邊的水利景觀。項目區下游200 m為下盤鋪村已治理溝道，布置了4道跌水，形成了3座小型蓄水面，進一步凈化水質，有效改善了緊鄰的恒山景區停車場環境條件，下游即進入恒山水庫。

堤防穩定計算成果表

在項目區內有三處亂挖亂采的砂石坑，按照濕地恢復治理的要求，不采取簡單填埋措施進行處理，因地制宜進行改造，利用河道疏浚及河道重塑，將3處砂坑改造為人工濕地，砂坑總設計面積13 256 m2，其中，1號砂坑面積5 912m2，2號砂坑面積4 078 m2，3號砂坑面積3 266 m2。將村內排洪渠與沙坑連通，砂坑與河道主槽連通，排洪渠水流含沙量較大，通過沙坑沉淀凈化后進入河道主槽。三處沙坑的底設計標高以現狀底高程為基準，進行適當平整，只采取適量開挖且不回填的措施進行處理。

本次沙坑護坡采用植被鉛絲籠護岸。該模式是傳統鉛絲籠護岸的變革，它整體性好，抗沖能力強，適應不同岸坡，石縫間隙利于生物生長，鉛絲壽命10～15年，但岸坡灌木長成之后，其根系將替代鉛絲起捆束卵石作用。鉛絲籠護坡厚40 cm，坡比為1∶2.5，護腳厚100 cm，寬200 cm。

3 結語

項目實施后，該地區的水、土地資源將得到合理利用，在一定程度上可以減輕自然災害的危害；隨著各類工程效益的不斷發揮，可為保護下游唐峪河水質起到積極作用。工程不僅可以改善當地的基礎設施條件，還可以提高恒山風景名勝區的生態環境，為當地旅游觀光產業的發展起到推動作用，社會影響面廣，具有良好的社會效益。項目為山西省首個生態清潔小流域建設，可為后續項目積累經驗，具有良好的示范效果。