王河堤防硬防护工程布置及堤顶高程复核探析
2022-09-14李伟
李 伟
(盘山县水利事务服务中心，辽宁 盘山 124000)
1 概述
王河发源于辽宁省沈阳市法库县，是辽河的一条支流。河道长度50.8 km，平均坡度为0.73‰。本次王河流域综合治理工程共治理河长11 460 m，其中，王河干流为6 950 m，白家沟支流为4 510 m。王河干流主要包括两岸堤防治理7 475 m，其中左岸625 m(左岸分下、下游两段，上游100 m，下游525 m)，右岸6 850 m。
王河干流共布置绿滨垫护坡3 880 m，其中左岸645 m，右岸3 235 m；两岸共布置堤顶路7.5 km，设置上堤坡道4处共0.3 km，错车平台8处，堤防背水坡播撒草籽(掺花籽)4.16万 m2，栽植紫穗槐12.95万株。
柏家沟河支流固滨笼护岸5 002 m，其中左岸3 650 m，右岸1 352 m；河道右岸冲沟防护2处；左岸布置堤顶路4.5 km，布置上堤坡道5处共0.3 km，设置错车平台8处；堤防背水坡播撒草籽(掺花籽)3.28万 m2，栽植紫穗槐16.28万株，栽植垂柳0.1万株，防护围栏60 m。
2 工程布置
2.1 工程布置原则
2.1.1 统一规划，全面布局的原则
根据规划工程段的实际存在问题及整体工程资金安排情况，按照先重后轻、由主及次的顺序安排工程，做到重点突出，兼顾一般的原则。
2.1.2 尽量利用现有工程，控制工程规模及投资的原则
对于现有堤防和岸坡应尽量利用，通过综合分析制定更加合理的工程治理方案，减少不必要的工程安排并控制工程总投资在合理范围内。
2.1.3 防洪兼顾生态，河道治理要考虑城市景观的原则
作为王河调兵山市境内最重要河段，本段兼具防洪及两岸景观功能，因此工程布置及工程型式选择应在确保防洪安全的前提下，尽量兼顾生态和城市景观效果。
2.1.4 其它原则
工程选择尽量扩大河道行洪面积，选择施工难度低，耐久性良好的防护方式。开挖产生弃土尽量在工程范围利用，充分考虑工程土方内部平衡。S105公路桥至铁大公路桥间为调兵山市重要城市河道，因此其工程型式应尽量统一，包括防护型式及堤顶宽度、堤顶纵断应有统一规划、统一原则。王河干流及柏家沟河支流现状堤顶均满足10 a洪水标准，工程布置时应遵循对现状堤防干扰最小，且堤顶应尽量平顺的原则。尽量减少工程弃料，降低工程对环境的负面影响。
2.2 堤防硬防护工程布置
2.2.1 王河干流
王河两岸堤防迎水侧采用绿滨垫护坡，考虑到生态网箱规格较为固定，在满足防护标准的前提下，尽量将网箱规格设计成整数尺寸。
1)右岸硬性防护
(2)依据10 a水位及现状堤脚高程，10 a水位基本刚上滩，确定桩号4+300～6+215段采用生态防护，长度1 915 m。
2)左岸硬性防护
3)柏家沟河支流
柏家沟河堤防迎水侧以防护堤脚为主，堤脚采用固滨笼或波浪桩形式防护。柏家沟河上游段堤防沿线堤身及堤脚为主存在通讯电缆线杆[1]，将会影响工程施工，开工前需协调相关部门，避免电线杆对施工的影响。
(1)0+000～1+575(S505公路桥)左岸
该段河道0+000～0+195为绿滨垫护坡长195 m，桩号1+375～575(S505公路桥)为铁煤集团休建浆砌石挡墙。根据河道现状统一规划行洪宽度不小于10 m，桩号0+195～1+375，防护总长度1 180 m，固滨笼结合现状主槽高度统一规划地面以上高2 m。
(2)0+845～1+575(S505公路桥)右岸
该段河道右岸为凹岸冲刷严重河段，现状岸坎冲刷严重，根据现状情况，该段河道主槽统一规划宽度不小于10 m，固滨笼结合现状主槽高度统一规划地面以上高2 m，防护段长730 m。
(3)1+575(S505公路桥)～2+147两岸
S505公路桥至太龙线公路桥右岸采用固定笼挡墙防护，根据现状岸坎情况，左岸采用两道固滨笼挡墙防护至岸顶，挡墙中间设置3 m宽绿化带。该段河道挡墙防护总长55 m。
1+630(太龙线公路桥)～2+147两岸主槽采取固滨笼挡墙防护，根据河道现状统一规划河宽10 m，固滨笼结合现状主槽高度统一规划地面以上高2 m。该段河道固滨笼挡墙两岸防护总长1 034 m。
(4)2+147～4+510(镇柏线公路)左岸
桩号2+147～3+140防护段长993 m，连接上游既有防护。3+550(农桥)～4+510防护段长960 m。根据现状情况，该段河道主槽统一规划宽度不小于10 m，固滨笼结合现状主槽高度统一规划地面以上高2 m。
(5)农桥右岸上下游连接段
农桥右岸上下游缺少必要的防护措施，根据工程实际情况，农桥上下游右岸采取固宾笼防护，防护长度50 m，桥上35 m，桥下15 m。高度统一规划地面以上高2 m，与对岸结构形式一致，农桥上下游防护河宽与桥同宽。
(6)冲沟防护
根据现有冲沟情况，对柏家沟河支流左岸太龙线公路桥上游、龙家村上游冲沟加以防护，采用绿滨垫防护。
硬性防护工程统计见表1。
表1 硬性防护工程统计表
2.3 生态防护工程布置
2.3.1 干流
根据硬性防护工程布置及10 a水位淹没高度，对右岸已采取硬性护坡堤防段1+1700～4+300、6+215～6+850及左岸0+000～0+525防护顶至堤顶迎水坡栽植紫穗槐护坡，背水坡播撒草籽(掺花籽)防护。对10 a水位刚淹没至堤脚的右岸堤防段4+300～6+215迎水坡栽植紫穗槐护坡，背水坡播撒草籽(掺花籽)防护。干流生态防护堤防背水坡播撒草籽(掺花籽)4.16万 m2，栽植紫穗槐12.95万株。
2.3.2 柏家沟支流
根据硬性防护工程布置情况，对支流左岸0+000～1+575防护顶至堤顶迎水坡栽植紫穗槐护坡，背水坡播撒草籽(掺花籽)防护。为改变该段堤防背水坡种植农作物情况，本次对该段堤防背水侧堤脚栽植单排垂柳防护堤脚，垂柳防护段长1 575 m。桩号2+147～4+510防护顶至堤顶迎水坡栽植紫穗槐护坡，背水坡播撒草籽(掺花籽)防护。左岸桩号4+408～4+510挡墙顶部栽植垂柳防护，垂柳栽植段长462 m。柏家沟河支流堤防背水坡播撒草籽(掺花籽)3.28万 m2，栽植紫穗槐16.28万株，栽植垂柳0.1万株。
2.4 堤顶路工程布置
对整个处理区段的堤顶路进行修复加固。在必要位置设置错车平台和上堤坡道，确保汛期防汛车辆能正常通行。
2.4.1 干流
王河干流两岸共布置堤顶路7.5 km，其中右岸桩号0+000～6+580堤顶路长6.58 km，左岸桩号0+000～0+525堤顶路长0.525 km，桩号3+485～3+585堤顶路长0.12 km。
2.4.2 柏家沟支流
支流左岸0+000～4+510左岸全线堤顶路长4.51 km，堤顶路根据现状堤顶综合确定宽度为3 m。
2.5 防护围栏工程布置
S505公路桥和太龙线公路桥两岸为陡坎，出于安全考虑，在两岸岸顶布置防护围栏网60 m，其中左岸15 m，右岸45 m。
3 堤顶高程复核
王河干流及柏家沟河支流防洪标准均为10 a一遇[2-4]，堤防等级为5级，堤顶标高由10 a一次的设计洪水位加上超高确定[5]。堤顶高度为风浪高度+安全高度+风壅增水高度[6]。
堤顶超高计算公式：
Y=R+e+A
(1)
式中：Y为堤顶超高(m)；R为设计波浪爬高(m)；e为设计风壅增水高度(m)；A为安全加高(m)。
其中风浪要素可由以下公式确定：
(2)
(3)
(4)
式中：H为平均波高(m)；T为平均波周期(s)； V为计算风速(m/s)取多年汛期最大风速平均值的1.5倍； d为水域平均水深(m)，采用两堤间设计水位下断面平均水深；F为风区长度(m)，采用风向方向的两堤迎水侧堤肩的堤距；g为重力加速度； tmin为风波浪达到稳定状态的最小风(s)。
设计波浪爬高采用以下公式确定：
(5)
式中：Rp为累积频率P较高的风浪；KA为坡面粗糙度和渗透系数; KV为经验系数；m为斜坡坡率；H为堤前平均波高；L为波浪长。
设计风壅增水高度由以下公式确定：
(6)
式中：e为风壅增水高度(m)； K为综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6； V为设计风速； F为风区长度；D为平均水深；β为风向与垂直于堤防轴线的法线夹角，该地区汛期最大风速历年统计多为SSW和SW，计算风向按两者中计算最大值选取。
本次在王河干流及柏家沟河支流分别选取典型断面对现有堤顶高程进行复核。见表2。
表2 堤顶高程复核计算成果表
根据《中小型河流治理初步设计指导意见》中堤防超高的相应规定，经综合考虑，王河两岸实际计算超高比1.0 m略多，柏家沟河支流实际计算高度贴近于1 m。从计算结果及测量成果来看，目前堤顶标高达到了10 a一遇洪水的标准，故本次不改变现状堤防高度，工程布置以堤防防护为主。
4 结语
通过本工程的实施以及新开河治理相关规划，王河沿线调兵山境内将形成完整的防洪系统，彻底解决调兵山王河沿线的防洪安全问题，有效地保障人们的生命和财产安全，为沿河地方经济发展提供了防洪安全。
