东孟姜女河治理工程设计

高占彩

(封丘县大功辛庄灌区事务中心，河南 新乡453300)

0 引言

河道治理是现代水利工程学、环境科学、生态学、城市规划学等多学科一体的、系统的水利工程，河道治理对水利工程建设有着很重要的作用。有效的河道治理工程设计能够在保障当地居民人身安全的同时，还具备抗涝防洪的功能，让河道充分为当地人民生命、财产安全，经济社会发展起到重要的作用。

1 工程现状

东孟姜女河是卫河上游的一条支流，起源于新乡县七里营镇丁村，河道全长52.48 km，是新乡县、新乡市区东部、南部、延津县西北部、卫辉市西南部排水的主要河道。1981年曾利用引黄济津补偿经费进行过一次河道清淤疏浚，其标准是按1962年水利部北京设计院编制的卫河清淤工程设计标准进行的，目标是恢复原排涝标准。1993年东孟姜女河下游入卫段进行改道，从卫辉市张庄桥下游200 m起到司湾村入卫河，改道段长7.20 km，排涝能力72.60 m3/s，治理标准达到3年一遇标准的64%，防洪能力288 m3/s，基本达到20年一遇标准。改道以上河段虽然做过疏浚，但断面窄小，淤积严重，亟待治理。

2 工程治理

2.1 工程治理方案

根据东孟姜女河新乡市区段河道流域特点、地形地质条件、工程现状和存在的主要问题，经过多方案比较，确定工程治理方案：治理段全段按照5年一遇除涝标准进行河道清淤疏浚。

2.2 工程任务、规模

河南省新乡市东孟姜女河市区段治理工程治理范围从卫辉市大任庄生产桥下游桩号14+395至贾屯排入口33+053处，治理段总长度为16.18 km，治理段控制流域面积339 km2。其主要工程治理任务为河道清淤疏浚，共16.18 km，其中卫辉市1.95 km，牧野区4.13 km，红旗区5.81 km，开发区3.78 km，卫滨区0.52 km。弯道迎流顶冲段险工护砌9处，护砌总长度785.00 m，浆砌石护砌；重建史洼生产桥1座；河道疏浚土方92.32万 m3，永久占地10.34 hm2。

根据《中国地震动参数区划图》，从附录A《中国地震动峰值加速度区划图》查得，东孟姜女河沿线地震动峰值加速度为0.20 g，相对应的地震基本烈度值为Ⅷ度，结合行业标准SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，建筑物抗震设计均按8度。通过此次治理，从卫辉市大任庄生产桥下游桩号14+395至卫滨区贾屯排入口桩号33+053处，长度为18.66 km河段，可达到5年一遇除涝标准。

3 工程设计

3.1 工程等别

东孟姜女河流域面积468.50 km2，流域内共计有耕地3.16万hm2，其中低洼易涝地0.49万hm2。依据《防洪标准》《水利水电工程等级级划分》等规范要求，工程等别为Ⅳ等，属小(1)型，永久性主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，设计除涝流量152.00～62.00 m3/s。

3.2 设计依据

3.2.1 法律法规

《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国河道管理条例》《中华人民共和国水法》、河南省实施《土地管理法》办法、《中华人民共和国森林法》等。

3.2.2 主要规范规程

《江河流域规划编制规范》《堤防工程设计规范》《水利水电工程等级划分及洪水标准》《防洪标准》等。

3.2.3 有关文件和资料

财政部、水利部关于印发《全国中小河流治理项目和资金管理暂行办法》的通知，水利部、财政部关于印发《中小河流治理工程初步设计指导意见》的通知，河南省水利厅印发《河南省中小河流治理工程初步设计报告编制提纲》的通知及附件等。

3.3 设计原则

①为维护河流生命健康，在确保防洪安全的前提下，科学确定治理模式，尽可能保持河流自然形态。②不侵占河道行洪通道，合理确定治理河段的制导线，不随意裁弯取直，破坏河道自然形态和河道功能。③不重复工程建设，对治理河段范围内近年已建设的工程内容，应从本次建设内容中减掉。④不渠化、硬化、白化河道，护岸河段只对迎流顶冲河段进行岸坡防护。

3.4 河道工程设计

3.4.1 基础条件确定

3.4.1.1 测量河段及治理段的确定

根据该项目设计组与新乡市水利局共同协商，考虑东孟姜女河市区治理段工程现状、治理计划以及工程投资等因素，确定勘探、测量河段为从卫辉市大任庄生产桥下游桩号14+395至新乡市卫滨区与新乡县河道分界贾屯排入口桩号33+053，测量河段长18.66 km。本次工程治理范围从卫辉市大任庄生产桥下游桩号14+395至贾屯排入口33+053处，治理段弯道迎流顶冲段险工浆砌石护砌9处，护砌总长度785 m；重建史洼生产桥1座。

3.4.1.2 河道分段

根据新乡市中原水利设计研究院2013年10—11月实测资料(桩号)、东孟姜女河各支排集水面积，考虑河道及建筑物工程现状等因素，对东孟姜女河治理段进行分段设计。

3.4.1.3 水文计算成果

依据河南省水利工程水文计算常用图进行水文计算。

3.4.1.4 实测河道纵、横断面图、带状地形图

新乡市中原水利设计研究院测量队2013年10—11月实测了治理段河道纵、横断面图，横断面间距100 m，纵横比例1∶100；实测了河道带状地形图，比例1∶1000。

3.4.1.5 起推断面、起推水位确定

根据新乡市中原水利设计研究院2011年10月编制完成的《河南省新乡市东孟姜女河治理工程初步设计报告》，东孟姜女河桩号14+395断面河底设计高程为65.31 m，设计河底宽16 m，河槽边坡1∶2.50，河道造率0.02，3年一遇除涝水位69.18 m；所处河段河底纵坡1/5 000。

以65.31 m作为东孟姜女河14+395断面河底设计高程，向上游推算设计河底高程。当河道设计底宽取16 m时，经计算5年一遇除涝水深为4.11 m；当河道设计底宽取28 m时，经计算5年一遇除涝水深为3.27 m。以65.31 m+4.11 m=69.42 m作为东孟姜女河(桩号14+395)处的5年一遇除涝水位向上游推算。

3.4.1.6 除涝水位确定

除涝水位应低于两岸田间地面高程0.30～0.50 m，确定除涝水位时允许有5%～10%缓排面积。

3.5 洪水位推算

3.5.1 洪水位推算

①根据方案比选后确定的河道设计要素推算水位。

②除涝水位确定原则：根据东孟姜女河两岸、流域内地面高程及规范要求，合理确定东孟姜女河各河段除涝水位，并进行河道纵、横断面设计。为了河道上下连接、河道与已有建筑物的连接，尽量减少挖、填方，采用方案比选后确定的河道设计要素推算涝水位。

③根据河道地质勘探资料，并参考以往设计资料，有关参数选用如下：

糙率：边坡护砌、河底不护砌时n=0.02；边坡不护砌、河底不护砌n=0.02。

河道边坡：护砌河段边坡为1∶1.50，不护砌河段边坡为1∶2。

河道纵坡：i=1/4 000。

④河槽断面设计

采用曼宁公式计算各控制断面水深。

(1)

3.5.2 洪水位推算成果合理性分析

依据5年一遇除涝水位设计成果与沿岸地面高程进行比较，详见表1。

表1 5年一遇除涝水位与地面高程比较表

由表1可知，东孟姜女河左岸18+082～33+053之间地面高程比5年一遇除涝水位高出0.22～0.71 m，基本上能够满足5年一遇除涝要求；东孟姜女河右岸23+240～33+053之间地面高程比5年一遇除涝水位高出0.02～0.63 m，基本上能够满足5年一遇除涝要求；东孟姜女河右岸14+395～25+440之间地面高程比5年一遇除涝水位约低0.23～1.10 m，不满足5年一遇除涝要求，该区域地面高程普遍较低，为低洼易涝区域。桩号18+000～23+240段，右岸约500 m处为京港澳高速公路高填方路堤，低洼地面积为230 hm2，经调查该区域已被高铁站征用，进行有关建设；14+395～18+000段，右岸约500 m处为京港澳高速公路高架桥，该区域为低洼地，考虑5年一遇除涝水位、该区域地面高程、水力坡降等因素，秦堤、史洼、大任庄村村西为低洼地，地面高程约为69.00 m，该区域缓排面积约为124.67 hm2。

3.6 河道设计

依据《河南省新乡市东孟姜女河市区段治理工程初步设计报告》设计成果，河底比降为1/4000。以治理段起点桩号14+395设计河底高程65.31 m，向上游推算设计河底高程。采用5年一遇除涝标准，不考虑河道防洪设计，边坡不护砌。根据初步确定的河道比降、边坡、糙率、各河段距离、除涝水位等，计算河道各河段底宽。

河底纵坡比降为1/4 000，河道边坡为1∶2，糙率为0.02，计算出14+395至33+053各治理河段底宽分别为28、28、28、24、24、24、16、16、12 m。

石武高铁新乡站东孟姜女河改道段上起于平原路南约700 m桩号22+100处，下止于张村至上焦庄生产桥上游约240 m桩号18+322处，改道河段除涝标准为5年一遇，设计流量94.80 m3/s，设计水深为1.43 m，堤防设计标准为100年一遇，设计流量670 m3/s，设计水深为4.60 m。改道后新河段长3 915 m，比原河道长507 m，改线河道纵坡1/4105，河道底宽75 m，河道边坡1∶2，堤防内外边坡均为1∶2，左右堤顶宽度均为8.00 m，左右堤顶高程为100年一遇洪水位+2.00 m超高。上游起始点桩号22+100处设计河底高程66.51 m，5年一遇除涝水位为67.94 m，100年一遇防洪水位为71.11 m；下游终点桩号18+322处设计河底高程65.56 m，5年一遇除涝水位为66.99 m，100年一遇防洪水位为70.16 m。该项目设计上游起始点桩号22+100处设计河底高程67.08 m，比改道工程设计河底66.51 m高0.57 m；下游终点桩号18+322处设计河底高程66.30 m，比改道工程设计河底66.51 m高0.74 m。

4 结语

河道治理是一项系统工程，流域局部河段治理不善，将直接导致全河段的安全。东孟姜女河河道治理工程的设计，能够恢复河道原有功能、保持河势稳定和河道行洪畅通，提高了河道的行洪能力，既能确保两岸人民的生命财产安全和社会经济可持续发展，又能改善水环境、对提高水资源利用十分有利。