龍鳳河龍頭段河道綜合整治工程設計

秦海斌

（晉中市水利局，山西 榆次 030600）

1 龍鳳河龍頭段河道現狀

龍鳳河是汾河的一級支流，發源于沁源縣王陶鄉沙坪村，在龍鳳鎮龍鳳村進入介休市境內，經龍頭、下莊、南張家莊、東段屯、于義安鎮洪相村匯入汾河。全長54 km，流域面積541 km2，平均縱坡15‰。龍頭段位于介休市東南，龍鳳河中下游段，由于亂挖亂采及水流淘刷，原河道地貌已蕩然無存，河床內大小沙坑、沙堆遍布；兩岸岸坡不斷坍塌，形成直立陡坎，高達10～20 m；河槽左右擺動，河寬從60 m擺動至200 m。

目前存在的主要問題是：河床嚴重下切，河槽改道，兩岸岸坡有坍塌隱患，河道形態遭到損害，生態環境嚴重惡化。為穩定河勢、提高防洪標準，保持河道水土資源，修復河道生態環境，對該段河道實施整治十分必要。

2 工程建設布置與計算

2.1 工程任務和建設內容

根據河道現狀中存在的問題以及功能需求，確定本工程建設任務為：通過河道治導線規劃，確定河道范圍；對灘槽進行疏浚整治；新建河道防洪堤防及護岸工程，固定河勢，并對兩側灘面進行平整；新建進水閘及引水渠，利用河道來水進行引水灌溉。

工程治理范圍為河東村漫水路下游350 m，終點為大運高速橋，全長2.265 km，該段上游段和下游段河道治理工程已批復并完成治理，已批復鄉村段河道防洪標準為10年一遇，洪峰流量為515.6 m3/s，該段在已批復治理段之間，因此該段整治工程防洪標準及洪峰流量采用已批復鄉村段河道防洪標準及洪峰流量，根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）防護級別為5級。

主要工程內容：灘槽整治、新建堤防及護岸、新建跌水、彎道防護、新建引水工程。

2.2 治導線確定

治導線是河道經過整治后，在設計流量下的洪水平面輪廓線。該治理段現狀，河道僅樁號0+000—0+570段左岸存在舊堤防，其余段由于兩岸不斷坍塌，形成陡坎或階地，導致河道寬窄不一，屬無堤防段，需明確河道范圍，為下一步工作奠定基礎，因此本著依法依規、因地制宜；生態優先、綠色發展；順應自然、因勢利導；降低投資的原則，按照防洪標準10年一遇，0+000—0+570段以既有堤防堤頂邊線為治導線，其余段以現狀陡坎或階地頂邊線作為本河段的治導線。

2.3 工程總體布置

2.3.1 樁號0+000—0+320段

該段以現狀左側堤頂線為治導線，原河道及跌水保持現狀。新建堤防從起點向下70 m開始偏向右側而改道，沿下切河道布置，越向下游原河道下切越嚴重，縱坡越大，至樁號0+570處有高差9 m多的跌水跌入河槽，河槽與改道后河道相接。新建堤防堤距按照上游已治理段10年一遇標準，河底寬不小于60 m確定，新建堤防左岸185 m，右岸255 m。該段設置3座跌水，跌差均為2 m，樁號分別為0+070、0+0160、0+320。由于跌水間距較近，且處于反“S”彎道段，為減小沖刷，該段新建漿砌石堤防彎道段進行堤腳防護。

0+070處跌水上游左側，在彎道凹岸頂點靠下設一引水渠取水口，新建水閘1座，新建引水渠兩側擋墻780 m，恢復引水渠道410 m。為抬高水位，在該跌水上游新建漿砌石折線溢流堰1座。

2.3.2 樁號0+320—2+265段

該段現狀河道無堤防，河道寬窄不一，河床沙坑遍布，河槽擺動，下切嚴重。該段主要是固定河勢，對河槽及灘面進行疏浚平整，河道主槽邊坡1∶2，底寬不小于60 m，主槽坡面采用草皮護坡，坡頂種植一排國槐。岸線根據現狀地形及水流深泓線布置。根據落差分別在 0+450、0+650、0+840、1+125、1+360 處布設跌水5座，其中0+450跌水跌差2 m，后4座跌差3 m。跌水兩側為漿砌石砌筑，與土堤連接采用漿砌石扭面，每個扭面長10 m。

2.4 河道水面線計算

縱坡設計。本治理段河道落差較大，為了減小坡降，新建8座跌水對坡降進行調整，同時結合現狀已有跌水，按照土方平衡，減小工程量的原則對縱坡進行控制。從治理起點樁號0+000開始到樁號1+366第8個跌水之間河道縱坡均為14.5‰，樁號1+366—2+265段縱坡為9.1‰。

河道堤距確定。本整治工程按照已治理工程批復及不人為束窄河道的原則，10年一遇標準下，最小堤距按照60 m控制。根據現狀河道實際，確定0+000—0+320段新建堤防為漿砌石重力式，堤距60～63 m；0+320—2+265段主槽岸坡為土堤，迎水面坡比1∶0.3和1∶2，槽底寬 60～113 m。均為梯形斷面。

水面線推算。根據上述確定的橫斷面與縱坡，治理段無支流匯入，流量沿程不變；治理長度較短，糙率沿程不變；河道治理后較整齊，近似于均勻流；水面線計算采用均勻流公式。河流糙率取0.035。設計水深在1.21～1.94 m、設計流速在 3.83～4.53 m3/s之間。

3 工程設計

3.1 灘槽整治工程

主槽根據現狀河道深泓線進行疏浚拓寬，隨彎就勢，底寬不小于60 m，岸坡高度按2 m填筑，由于治導線確定現狀陡坎或階地頂邊線以內為河道范圍，河道較寬，因此主槽不設超高，高于2 m的，邊坡1∶2疏浚拓寬，槽底按設計縱坡對河底進行疏浚或回填。邊坡抗滑穩定采用瑞典圓弧法計算，抗滑穩定安全系數在正常運用條件和非常運用條件下滿足規范規定。

3.2 堤防工程

新建堤防綜合考慮經濟性和實用性，結合工程地理位置、地質情況、運用管理要求等確定防洪堤防型式為漿砌石重力式。

堤防超高采用《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）中計算公式確定，經各要素計算確定新建堤防超高1.2 m。

根據前述計算所得的流速、水深成果結合平面堤線布置及沖刷深度計算公式，經計算，順直段堤腳的最大沖刷深度為1.40 m，彎道處堤腳最大沖刷深度為1.55 m，取堤防基礎埋深2 m。

根據水面線計算、超高計算及沖刷計算，擬定斷面型式。擋墻高度為5 m，墻頂寬為0.5 m，迎水面坡比1∶0.3，背水面坡比 1∶0.2，墻趾設基礎放大腳，放大腳寬為0.5 m，高1 m。墻體內設兩排DN 90 PVC-U排水管，豎向間距為1.2 m，沿河道方向間距3 m，呈梅花形布置。管道向河道內傾斜3%，管后設反濾體，反濾體外包200 g/m2無紡布。擋墻每隔10 m設置一道伸縮縫，縫寬20 mm，縫內填聚乙烯閉孔泡沫板。壓頂采用C20素混凝土，厚0.2 m。漿砌石采用M10水泥砂漿砌筑。經抗滑、抗傾安全系數及基底壓應力比值計算，各項系數均滿足規范規定。

3.3 生態護岸工程

為修復河道生態環境，主槽采用生態護岸形式，坡面采用草皮護坡，按照2 m高度進行坡面綠化，以增加抗沖性能，總長3 304 m（其中：左岸1 638 m，草皮護坡面積7 371 m2，右岸1 666 m，草皮護坡面積7 497 m2）。在主槽堤岸頂部進行綠化，種植一排國槐，株距3 m。

3.4 彎道防護工程

對堤防及主槽土堤彎道采用格賓石籠防護，漿砌石堤防彎道只對堤腳進行防護，鋪設一層格賓石籠，寬3.0 m，厚0.5 m；主槽土堤彎道對其臨水坡防護至2 m高，格賓石籠厚0.5 m，堤腳處鋪設兩層格賓石籠防護，上層寬3.0 m，厚0.5 m，下層寬2.0 m，厚0.5 m。防護共有7段，總長1 340 m，其中左岸647 m，右岸693 m。

3.5 跌水工程

根據測量縱斷成果，該治理段河道落差較大，為了減小坡降，新建8座跌水對坡降進行調整，同時結合現狀已有跌水，按照土方平衡，不人為加大河道開挖的原則對縱坡進行控制。跌水均采用漿砌石結構，其中1～4號跌水跌差為2 m，每座跌水分4級，每級跌差0.5 m；5～8號跌差為3 m，每座跌水分3級，每級跌差1 m。跌水兩側擋墻為漿砌石砌筑，與土堤連接采用漿砌石扭面，每個扭面長10 m。

跌水上游鋪設5 m長，0.5 m厚漿砌石鋪蓋，鋪蓋前端設0.5 m寬，1 m深齒墻；跌水墻采用傾斜式，坡度1∶1，前后基礎均設1 m×1 m的齒墻；跌水下游設漿砌石消力池，在設計工況下進行跌水消能計算，依據計算結果確定池深1.0 m，池長15 m，尾部設消力坎，坎高1 m，寬0.8 m。漿砌石跌水間隔10 m設置一道伸縮縫，縫寬20 mm，縫內填聚乙烯閉孔泡沫板。

消力池后部設20 m格賓石籠海漫，厚度0.5 m。格賓網的材料為低碳熱鍍鋅鋼絲，外包PVC防腐層。格賓籠規格采用2 m×1 m×0.5 m（長×寬×高）。

3.6 引水工程

該工程沿線有大面積農田，當地農民有引水灌溉的習慣，在樁號0+550處原河道左側有進水閘1座，現狀進水閘閘孔尺寸2.2 m×3.5 m，過流量7.24 m3/s，為將河水引入原渠道內，在上游河道轉彎處靠下新建進水閘及引水渠道，設計流量不小于現狀進水閘過流量。

3.6.1 溢流堰

取水口設于樁號0+070跌水上游左側，該處為彎道凹岸頂點，利用彎道環流原理，使水流順利進入渠道。為抬高水位，在0+070跌水上游新建折形溢流堰1座，堰高 0.8 m，堰頂寬 2 m，上游堰坡 1∶1，下游坡1∶1.5，漿砌石砌筑，砂漿標號 M10。

3.6.2 進水閘

引水渠首端設進水閘1座，閘室段長3 m，其閘孔尺寸為2.5 m×2 m，其上部有胸墻，胸墻高為1.0 m，閘室段底板、閘墩、啟閉機排架及啟閉機梁均采用C25鋼筋混凝土。消力池段長7.5 m，消力池池深0.5 m，底板厚0.5 m，底板采用C25鋼筋混凝土，兩側擋墻采用C25素混凝土。海漫采用0.5 m厚漿砌石進行砌筑，長為10 m。閘門選用鑄鐵平板閘門，尺寸為2.5 m×2 m，啟閉機采用側搖系列螺桿啟閉機QL-C-50A。3.6.3 引水渠道

引水渠道左側修建仰斜式漿砌石擋墻，高度3 m，基礎埋深1 m，頂寬0.8 m，坡度1∶0.25。渠道右側修建重力式漿砌石擋墻，總高3 m，基礎埋深1 m，迎水面坡度 1∶0.2，背水面坡度 1∶0.2，底寬 2.5 m，渠道漿砌石擋墻390 m。

4 結語

龍鳳河龍頭段河道整治工程的建設，將徹底改變當前河道雜亂無章的狀況，修復河道生態環境，保護沿岸人民生命財產安全，同時利用有利地形采取工程措施進行引水灌溉，受益面積多達133.33 hm2。在滿足防洪保安和修復生態環境的同時充分發揮經濟效益，對當地經濟社會可持續發展具有深遠意義。