龙凤河龙头段河道综合整治工程设计

秦海斌

（晋中市水利局，山西 榆次 030600）

1 龙凤河龙头段河道现状

龙凤河是汾河的一级支流，发源于沁源县王陶乡沙坪村，在龙凤镇龙凤村进入介休市境内，经龙头、下庄、南张家庄、东段屯、于义安镇洪相村汇入汾河。全长54 km，流域面积541 km2，平均纵坡15‰。龙头段位于介休市东南，龙凤河中下游段，由于乱挖乱采及水流淘刷，原河道地貌已荡然无存，河床内大小沙坑、沙堆遍布；两岸岸坡不断坍塌，形成直立陡坎，高达10～20 m；河槽左右摆动，河宽从60 m摆动至200 m。

目前存在的主要问题是：河床严重下切，河槽改道，两岸岸坡有坍塌隐患，河道形态遭到损害，生态环境严重恶化。为稳定河势、提高防洪标准，保持河道水土资源，修复河道生态环境，对该段河道实施整治十分必要。

2 工程建设布置与计算

2.1 工程任务和建设内容

根据河道现状中存在的问题以及功能需求，确定本工程建设任务为：通过河道治导线规划，确定河道范围；对滩槽进行疏浚整治；新建河道防洪堤防及护岸工程，固定河势，并对两侧滩面进行平整；新建进水闸及引水渠，利用河道来水进行引水灌溉。

工程治理范围为河东村漫水路下游350 m，终点为大运高速桥，全长2.265 km，该段上游段和下游段河道治理工程已批复并完成治理，已批复乡村段河道防洪标准为10年一遇，洪峰流量为515.6 m3/s，该段在已批复治理段之间，因此该段整治工程防洪标准及洪峰流量采用已批复乡村段河道防洪标准及洪峰流量，根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）防护级别为5级。

主要工程内容：滩槽整治、新建堤防及护岸、新建跌水、弯道防护、新建引水工程。

2.2 治导线确定

治导线是河道经过整治后，在设计流量下的洪水平面轮廓线。该治理段现状，河道仅桩号0+000—0+570段左岸存在旧堤防，其余段由于两岸不断坍塌，形成陡坎或阶地，导致河道宽窄不一，属无堤防段，需明确河道范围，为下一步工作奠定基础，因此本着依法依规、因地制宜；生态优先、绿色发展；顺应自然、因势利导；降低投资的原则，按照防洪标准10年一遇，0+000—0+570段以既有堤防堤顶边线为治导线，其余段以现状陡坎或阶地顶边线作为本河段的治导线。

2.3 工程总体布置

2.3.1 桩号0+000—0+320段

该段以现状左侧堤顶线为治导线，原河道及跌水保持现状。新建堤防从起点向下70 m开始偏向右侧而改道，沿下切河道布置，越向下游原河道下切越严重，纵坡越大，至桩号0+570处有高差9 m多的跌水跌入河槽，河槽与改道后河道相接。新建堤防堤距按照上游已治理段10年一遇标准，河底宽不小于60 m确定，新建堤防左岸185 m，右岸255 m。该段设置3座跌水，跌差均为2 m，桩号分别为0+070、0+0160、0+320。由于跌水间距较近，且处于反“S”弯道段，为减小冲刷，该段新建浆砌石堤防弯道段进行堤脚防护。

0+070处跌水上游左侧，在弯道凹岸顶点靠下设一引水渠取水口，新建水闸1座，新建引水渠两侧挡墙780 m，恢复引水渠道410 m。为抬高水位，在该跌水上游新建浆砌石折线溢流堰1座。

2.3.2 桩号0+320—2+265段

该段现状河道无堤防，河道宽窄不一，河床沙坑遍布，河槽摆动，下切严重。该段主要是固定河势，对河槽及滩面进行疏浚平整，河道主槽边坡1∶2，底宽不小于60 m，主槽坡面采用草皮护坡，坡顶种植一排国槐。岸线根据现状地形及水流深泓线布置。根据落差分别在 0+450、0+650、0+840、1+125、1+360 处布设跌水5座，其中0+450跌水跌差2 m，后4座跌差3 m。跌水两侧为浆砌石砌筑，与土堤连接采用浆砌石扭面，每个扭面长10 m。

2.4 河道水面线计算

纵坡设计。本治理段河道落差较大，为了减小坡降，新建8座跌水对坡降进行调整，同时结合现状已有跌水，按照土方平衡，减小工程量的原则对纵坡进行控制。从治理起点桩号0+000开始到桩号1+366第8个跌水之间河道纵坡均为14.5‰，桩号1+366—2+265段纵坡为9.1‰。

河道堤距确定。本整治工程按照已治理工程批复及不人为束窄河道的原则，10年一遇标准下，最小堤距按照60 m控制。根据现状河道实际，确定0+000—0+320段新建堤防为浆砌石重力式，堤距60～63 m；0+320—2+265段主槽岸坡为土堤，迎水面坡比1∶0.3和1∶2，槽底宽 60～113 m。均为梯形断面。

水面线推算。根据上述确定的横断面与纵坡，治理段无支流汇入，流量沿程不变；治理长度较短，糙率沿程不变；河道治理后较整齐，近似于均匀流；水面线计算采用均匀流公式。河流糙率取0.035。设计水深在1.21～1.94 m、设计流速在 3.83～4.53 m3/s之间。

3 工程设计

3.1 滩槽整治工程

主槽根据现状河道深泓线进行疏浚拓宽，随弯就势，底宽不小于60 m，岸坡高度按2 m填筑，由于治导线确定现状陡坎或阶地顶边线以内为河道范围，河道较宽，因此主槽不设超高，高于2 m的，边坡1∶2疏浚拓宽，槽底按设计纵坡对河底进行疏浚或回填。边坡抗滑稳定采用瑞典圆弧法计算，抗滑稳定安全系数在正常运用条件和非常运用条件下满足规范规定。

3.2 堤防工程

新建堤防综合考虑经济性和实用性，结合工程地理位置、地质情况、运用管理要求等确定防洪堤防型式为浆砌石重力式。

堤防超高采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）中计算公式确定，经各要素计算确定新建堤防超高1.2 m。

根据前述计算所得的流速、水深成果结合平面堤线布置及冲刷深度计算公式，经计算，顺直段堤脚的最大冲刷深度为1.40 m，弯道处堤脚最大冲刷深度为1.55 m，取堤防基础埋深2 m。

根据水面线计算、超高计算及冲刷计算，拟定断面型式。挡墙高度为5 m，墙顶宽为0.5 m，迎水面坡比1∶0.3，背水面坡比 1∶0.2，墙趾设基础放大脚，放大脚宽为0.5 m，高1 m。墙体内设两排DN 90 PVC-U排水管，竖向间距为1.2 m，沿河道方向间距3 m，呈梅花形布置。管道向河道内倾斜3%，管后设反滤体，反滤体外包200 g/m2无纺布。挡墙每隔10 m设置一道伸缩缝，缝宽20 mm，缝内填聚乙烯闭孔泡沫板。压顶采用C20素混凝土，厚0.2 m。浆砌石采用M10水泥砂浆砌筑。经抗滑、抗倾安全系数及基底压应力比值计算，各项系数均满足规范规定。

3.3 生态护岸工程

为修复河道生态环境，主槽采用生态护岸形式，坡面采用草皮护坡，按照2 m高度进行坡面绿化，以增加抗冲性能，总长3 304 m（其中：左岸1 638 m，草皮护坡面积7 371 m2，右岸1 666 m，草皮护坡面积7 497 m2）。在主槽堤岸顶部进行绿化，种植一排国槐，株距3 m。

3.4 弯道防护工程

对堤防及主槽土堤弯道采用格宾石笼防护，浆砌石堤防弯道只对堤脚进行防护，铺设一层格宾石笼，宽3.0 m，厚0.5 m；主槽土堤弯道对其临水坡防护至2 m高，格宾石笼厚0.5 m，堤脚处铺设两层格宾石笼防护，上层宽3.0 m，厚0.5 m，下层宽2.0 m，厚0.5 m。防护共有7段，总长1 340 m，其中左岸647 m，右岸693 m。

3.5 跌水工程

根据测量纵断成果，该治理段河道落差较大，为了减小坡降，新建8座跌水对坡降进行调整，同时结合现状已有跌水，按照土方平衡，不人为加大河道开挖的原则对纵坡进行控制。跌水均采用浆砌石结构，其中1～4号跌水跌差为2 m，每座跌水分4级，每级跌差0.5 m；5～8号跌差为3 m，每座跌水分3级，每级跌差1 m。跌水两侧挡墙为浆砌石砌筑，与土堤连接采用浆砌石扭面，每个扭面长10 m。

跌水上游铺设5 m长，0.5 m厚浆砌石铺盖，铺盖前端设0.5 m宽，1 m深齿墙；跌水墙采用倾斜式，坡度1∶1，前后基础均设1 m×1 m的齿墙；跌水下游设浆砌石消力池，在设计工况下进行跌水消能计算，依据计算结果确定池深1.0 m，池长15 m，尾部设消力坎，坎高1 m，宽0.8 m。浆砌石跌水间隔10 m设置一道伸缩缝，缝宽20 mm，缝内填聚乙烯闭孔泡沫板。

消力池后部设20 m格宾石笼海漫，厚度0.5 m。格宾网的材料为低碳热镀锌钢丝，外包PVC防腐层。格宾笼规格采用2 m×1 m×0.5 m（长×宽×高）。

3.6 引水工程

该工程沿线有大面积农田，当地农民有引水灌溉的习惯，在桩号0+550处原河道左侧有进水闸1座，现状进水闸闸孔尺寸2.2 m×3.5 m，过流量7.24 m3/s，为将河水引入原渠道内，在上游河道转弯处靠下新建进水闸及引水渠道，设计流量不小于现状进水闸过流量。

3.6.1 溢流堰

取水口设于桩号0+070跌水上游左侧，该处为弯道凹岸顶点，利用弯道环流原理，使水流顺利进入渠道。为抬高水位，在0+070跌水上游新建折形溢流堰1座，堰高 0.8 m，堰顶宽 2 m，上游堰坡 1∶1，下游坡1∶1.5，浆砌石砌筑，砂浆标号 M10。

3.6.2 进水闸

引水渠首端设进水闸1座，闸室段长3 m，其闸孔尺寸为2.5 m×2 m，其上部有胸墙，胸墙高为1.0 m，闸室段底板、闸墩、启闭机排架及启闭机梁均采用C25钢筋混凝土。消力池段长7.5 m，消力池池深0.5 m，底板厚0.5 m，底板采用C25钢筋混凝土，两侧挡墙采用C25素混凝土。海漫采用0.5 m厚浆砌石进行砌筑，长为10 m。闸门选用铸铁平板闸门，尺寸为2.5 m×2 m，启闭机采用侧摇系列螺杆启闭机QL-C-50A。3.6.3 引水渠道

引水渠道左侧修建仰斜式浆砌石挡墙，高度3 m，基础埋深1 m，顶宽0.8 m，坡度1∶0.25。渠道右侧修建重力式浆砌石挡墙，总高3 m，基础埋深1 m，迎水面坡度 1∶0.2，背水面坡度 1∶0.2，底宽 2.5 m，渠道浆砌石挡墙390 m。

4 结语

龙凤河龙头段河道整治工程的建设，将彻底改变当前河道杂乱无章的状况，修复河道生态环境，保护沿岸人民生命财产安全，同时利用有利地形采取工程措施进行引水灌溉，受益面积多达133.33 hm2。在满足防洪保安和修复生态环境的同时充分发挥经济效益，对当地经济社会可持续发展具有深远意义。