焦作市山门河白庄段河道治理工程设计探讨

郭乙霏 王文婷

一、河道现状及存在主要问题

山门河属海河流域卫河水系，为大沙河一级支流，发源于山西省陵川县正河山，上游有大东河、田坪河、西村河三条支流汇于小东村，南下出山，经马村、待王村东折向东南于修武县汇入大沙河，在待王镇水彩村与南水北调总干渠相交，干流总长38.2km，流域面积165.5km2。

山门河白庄段位于马村区境内，穿越马村区城区段，属山区向平原过渡段，自山门河双韩路桥下游至待王铁路桥上游（河道桩号1+700～6+560），长 4.86km。治理段以上控制流域面积157.9km2。该河段从未经过系统治理，部分河段断面较窄，泄洪不畅，现状防洪标准不足20年一遇。每至汛期，出现多处坍塌，形成险工，危及城镇、村庄和农田安全。存在的主要问题如下：

1.防洪标准偏低，行洪能力不足

该段河道由于管理不善，大量民用建筑及鱼塘等设施建在河滩内，人为缩窄断面，造成水位壅高，泄洪不畅，达不到20年一遇防洪标准，

2.河道内无序采砂现象严重，行洪不安全

该河段河道现状采砂点较多，河床严重下切，纵剖面呈下凹型形态，造成河道流势不稳，洗沙场向河道内排放洗砂水，造成河道淤积，河床升高，最高处河床抬高近2m。

3.河道两岸及下游重要基础设施较多

河道两岸及下游分布有多处重要基础设施，如南水北调中线总干渠，运煤专线，焦辉公路、焦新公路、解放东路等。一旦洪水泛滥，将造成难以估量的重大损失。

4.洪灾频繁

该流域洪水均由暴雨形成，洪峰主要受短历时暴雨强度变化影响，洪水陡涨陡落，常造成严重的山洪灾害。自1939年至今共发生山洪灾害7次，其中1970年、1996年、2000年3次较为严重，共冲毁房屋205间、农田6860亩、公路460m、桥梁2座、渡槽300m。

二、水文

1.气象

山门河流域属温带大陆性季风型气候，多年平均降雨量562.6mm，最大年降雨量753.3mm（2000年），最小年降雨量299.7mm（1997年）。年内降雨时空分布不均，全年降水量主要集中在汛期（6～9月），其降水量占全年总量的68%，其中又以7～8月两月降水量最为集中，其降水量占全年总量的46%。蒸发量和降水量的相关性较强，年际变化大，多年平均水面蒸发量为1131.6mm。

2.设计洪水

洪水计算以评审通过的《焦作市城区防洪规划报告》及《焦作市南水北调防洪影响处理工程水文专题报告》中的计算方法及成果为基础，在充分考虑山门河流域现状，采用推理公式计算各控制断面设计洪水，其成果见表1。

3.施工期洪水

山门河属季节性河流，施工期安排在10月至次年5月，由于该流域无实测流量资料，参照该流域上游青龙洞水库非汛期设计洪水，按面积比推算本治理段非汛期5年一遇施工流量为0.55m3/s。

三、工程地质

根据工程地质勘察报告，该工程主要地质条件及问题如下：

（1）工程区位于华北准地台山西台背斜与黄淮海坳陷的交接部位，在新构造分区上位于太行山隆起区东南部边缘，场区南北两侧有焦作～新乡～商丘断裂和焦作断裂，这两条断裂均为第四纪断裂。总体来看，区域稳定性较差。工程区在勘探深度范围内未发现第四纪新构造断裂活动痕迹。地震动峰值加速度值为0.10g；地震动反应谱特征周期值为0.40s，地震基本烈度为Ⅶ度，

（2）该治理段地貌属太行山山前倾斜平原，现状无堤防，河槽及岸坡地层结构多为粘砾多层结构，地层岩性主要由杂填土、粉质壤土、卵石层组成。

（3）岸坡地质结构一般多为粘砾多层结构，岸坡稳定性上游较好，下游较差。

（4）河道疏浚土一般为含泥质砂、杂填土、部分建筑和生活垃圾。

（5）工程区天然建材土料可取自河槽内粉质壤土，砂砾石采用外购。

四、工程设计

1.防洪标准

山门河白庄治理段防护对象上游为马村区城区，下游为农村和农田，依据国标《防洪标准》，城区段（桩号1+700～6+020）防洪标准采用20年一遇。设计洪水流量为828～850m3/s；下游（桩号6+020～6+560）以保护耕地为主，防洪标准采用10年一遇。设计洪水流量为540m3/s，根据《堤防设计规范》（GB50286-2013），工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。

2.工程设计

（1）河道纵横断面设计

桩号1+700～4+440段属于城镇段，为单式梯形断面，人口较为密集，本次设计河槽基本维持原河槽底宽35～275m，河槽底清障、平整，河底设计纵坡为1/30～1/422，糙率0.03，两岸边坡坡比 1∶1～1∶1.5。

桩号4+440～6+560段属于村庄和农田段，为复式梯形断面，河道内树木、耕地较多，两岸较低，防洪标准不满足要求，本次设计在河道内新开挖10m宽主槽，主槽设计河底纵坡1/82～1/704，滩地高程维持现状，主槽底宽10mm，主槽边坡1∶2，糙率0.03，槽深1.0～2.5m，滩地宽5～40m。

表1 山门河各控制断面设计洪峰流量成果表

（2）河道水面线推算

依据河道纵横断面设计，20年一遇和10年一遇防洪水位分别按治末端铁路桥和待王铁路桥处水位（采用明渠均匀流计算确定）作为起推水位，按恒定非均匀流考虑桥梁等影响，从下游往上游推求，经推算，治理段城区段（桩号1+700～6+020）20年一遇防洪水位为134.64～100.99m；村庄和农田段（桩号6+020～6+560）10年一遇防洪水位为100.17～98.6m。

（3）堤防工程设计

白庄段现状堤防单薄矮小且不连续，系历次洪水后，修复、加高培厚而成，存在防洪安全隐患。此次新建堤防及护岸总长0.42km，其中左岸0.31km，右岸0.11km。堤顶高程为设计洪水位加堤顶超高，考虑堤顶预留沉降量，经计算确定堤顶超高取1.2m。

大堤迎水坡设计为单式结构，设计堤顶宽3m，堤防高1.2～4.7m。迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶2.0，迎水坡水面以下采用大型块铰接式护坡，护坡厚12cm，采用三角形拼装，下设反滤土工布及10cm厚砂砾石垫层，水面以上采用草皮砖护坡型式、背水坡均采用草皮护坡。

护坡底部设防冲齿墙，齿墙深1.5m，采用C20混凝土斜齿墙坡比1∶1.5，厚 30cm。

（4）护岸设计

需要加固岸坡段共计三处总长8.73km，分别为桩号 1+700～2+757、3+800～6+020左岸、3+735～6+020右岸。护岸采用与堤防工程形式一样。

五、结论

山门河白庄段现状防洪标准不足20年一遇，其下游分布有南水北调中线总干渠，运煤专线，焦辉公路等多处重要基础设施，地理位置十分重要，对该河道进行治理是十分必要的，目前该工程初步设计已经河南省水利厅批复■