中山河水利工程的河道规划设计初步研究

崔 进

(辽宁省铁岭市银州区水利局， 辽宁 铁岭 112000)

1 自然地理

中山河位于辽东半岛东南部，大连市普兰店市境内。中山河发源于普兰店市墨盘乡西庙二塔山，河源海拔高程176.6m。中山河是碧流河右岸一级支流，干流全长12.72km，流域面积51.82km2，河道平均比降3.06‰。流经墨盘乡的瓦盆里、佟庄、腾屯、初屯、孙屯、小秦家房、刘台子、刘屯、后李屯、赵德兴、后李屯、中山村、土门子、前磨盘山等，最后由祝窑汇入碧流河。

2 河道堤防现状

中山河全长12.72km，本次中山河河道规划总长度8.224km，自墨盘乡祝窑屯的碧流河汇入口(0+000)至初屯(8+224)。规划范围内现状堤防迎水侧堤肩线宽度为26m-188m。中山河河道规划总长度8.224km，两岸堤防全长16.448m，其中左岸长6.329km、右岸长7.299km(右岸3+500-4+220段、长0.72km为无堤段)，合计长13.588km，堤防堤顶高程达不到设计标准要求，需进行堤防加固工程。现状护坡全长2.46km， 0+000-1+230河段，左右岸全长2.46km，既有干砌石护坡因年久失修、且受碧流河回水的顶托，护坡有不同程度的损坏、护脚铅丝石笼断裂、护脚石散落，已经失去功效[1-2]。

3 堤防工程

3.1 堤防断面型式

堤防断面型式为堤顶宽3.0m，堤顶向临水侧倾斜，倾斜坡度为2%，迎水侧坡比1∶2.0、背水侧坡比1∶2.0。

3.2 填筑土料设计

为了保证堤防(岸)的填筑质量，需将表层含有树根、草根、垃圾等土层清除。按《堤防工程设计规范》有关规定，黏性土堤身的填筑采用压实度控制，对5级堤防，压实度≥0.90；无黏性土的相对密度≥0.60。分层碾压，填筑土料含水量与最优含水量允许偏差宜控制在±3%。当填筑土料含水量大于最优含水量3%时，通过晾晒办法降低上堤含水量，当含水量小于最优含水量3%时，应考虑洒水等措施，或采取调整碾压机械类型，加大压实功率等措施，以确保压实质量[3-4]。

3.3 堤顶高程

根据《堤防工程设计规范》的规定，堤顶设计高程按设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高为安全超高加风浪爬高加风壅水面高[5]。确定各断面波浪爬高,设计风壅水面增高及安全加高见表1。

根据《中小河流治理工程初步设计指导意见》，本次设计堤顶超高均取1.0m。

表1 中山河各段堤防堤顶超高表m

3.4 堤身滑动稳定分析

3.4.1 计算方法

根据《堤防工程设计规范》，堤体为均质土堤，抗滑稳定计算可采用瑞典圆弧法[6]。土体的抗剪强度根据导则要求，稳定渗流期采用有效应力法；水位降落期采用总应力法进行计算，计算公式为：

有效应力法：

(1)

总应力法：

(2)

式中：b为土条宽度，m；W为条块的重力，kN；W1为在堤坡外水位以上条块的重力，kN；W2为在堤坡外水位以下条块的重力，kN；Z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m；u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力，kPa；ui为水位降落前堤身的孔隙压力，kPa；β为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；γw为水的重度，kN/m3；Ccu、φcu、C′、φ′为土的抗剪强度指标，kN/m3，°。

3.4.2 计算工况

1) 背水坡稳定计算，取迎水侧为设计洪水位，背水侧无水。

2) 迎水坡稳定计算，迎水侧水位为1/3堤高，背水侧无水。

3.4.3 计算参数及力学指标

参照原有设计计算及类似工程参数，并结合工程实际情况选取堤防土料的物理力学指标见表2。

表2 稳定计算采用物理力学指标表

3.4.4 计算结果分析

堤防断面的抗滑稳定分析成果见表3。

3.5 干砌石护坡设计

3.5.1 护坡设计

本次规划对河道走向变化较大的凹岸及流速过大堤段进行干砌石护坡措施。规划维修护坡两段，全长2.46km，新建护坡5段，全长4.67km。在迎水坡设计水面线以下采用250mm厚干砌石护坡，下设300g/m2反滤无纺布，设计水面线以上及背水面采用草皮护坡。

表3 抗滑稳定分析计算成果表

3.5.2 冲刷深度计算

冲刷深度计算按下式进行：

(3)

(4)

(5)

式中：hs为局部冲刷深度，m；H0为冲刷处的水深，m；Ucp为近岸垂线平均流速；Uc为泥沙起动流速，m/s；U为行近流速；n为与防护岸坡在平面上的形状有关(取n=1/4)；η为水流流速不均匀系数。

冲刷深度根据河道的洪水流速、水深共分3种情况进行计算详见表4。

表4 冲刷深度计算成果表

根据计算结果，河道护脚采用1.0m(深)×1.0m(宽)铅丝石笼护脚，石笼周围铺设300g/m2反滤无纺布。

4 结 语

通过对中山河河流整治规划，使洪水威胁严重、洪涝灾害发生较频繁、损失较大、严重影响区域经济社会发展的河段的防洪能力得到增强，使河流所涉及的主要城镇、基础设施、基本农田等防洪保护对象的防洪标准有较大提高，河流流域及区域内人民生命财产和经济社会发展的防洪安全保障问题得到根本解决。通过生物工程治理措施，恢复河流的天然生态功能、维护河流通畅、建设生态文明，达到“水清、流畅、岸绿、景美”的目标，适应城乡现代化建设和提高居民生活质量的需要，促进当地社会经济可持续发展。