苏州垌河河道治理工程生态护岸比选布置

2023-11-22刘罗养

山西水利 2023年7期

刘罗养

（廉江市水利综合服务中心，广东廉江 524400）

1 流域概况

苏州垌河为九洲江一级支流，发源于廉江市河唇镇下垌村，沿线流经河唇镇南坝、苏州垌、甲子背、石云等地，于鹤地水库溢洪道大坝下游附近汇入九洲江，全长12.5 km，流域面积54.39 km2，总落差27.31 m，平均坡降0.001 97。地形自西北向东南倾斜，土质为砂壤土，河床由沙泥组成，河宽5～50 m。流域多年平均年降雨量为1 600 mm。年降雨量最多的是1985 年，达到2 539.7 mm，最少的是1977 年，仅有929.7 mm。

苏州垌河未开展过系统的治理，河道两岸无新建堤防，局部河道较弯曲，两岸为天然岸坡，岸坡低矮、单薄、不完整、不闭合；河床淤积，植物或垃圾侵占河道，局部岸坡存在坡脚淘刷、滑塌、裸露、不稳定等问题。苏州垌河治理河道大部分河段都存在淤积现象，凸岸段淤积严重，淤积深度0.20～2.00 m，淤积严重抬高了该段河道水位，并对岸坡稳定产生影响；同时整治范围内局部段人类活动密集，河道保护意识差，生活、生产垃圾随意向河道倾倒缩窄了河道行洪断面，阻碍行洪。本次工程治理范围为苏州垌河中下游，即从车脚村到河口，共整治河道长10.8 km。苏州垌河河道蜿蜒曲折，在平面上出现多个“S”型河湾，迎流顶冲段较多，凹岸连年冲刷严重，现较多冲坑，局部段存在崩塌。河底高程38～65.65 m，岸坡两侧多为大片农田、坡地和少量村庄，高程约38.90～76.32 m。

2 岸坡治理形式的比选

本工程河道护岸主要布置在村庄人口密集河段，具体根据各个河段现状河岸的高差、坡比、土质等因素采取相应的护岸形式。大概的布置桩号段可以分8段，分别为左岸桩号L0+000—桩号L0+600 段、桩号L3+500—桩号L4+400 段、桩号L5+900—桩号L6+350 段、桩号L7+750—桩号L8+100 段、右岸桩号L0+000—桩号L0+ 600 段、桩号L3+500—桩号L4+400 段、桩号L5+900—桩号L6+350 段、桩号L7+750—桩号L8+100 段。

2.1 两岸桩号L3+500—桩号L4+400 段护岸

该段河岸高差平均在1.5 m 左右，现状均为土坡，坡比较缓，同时河岸两侧临近村庄，有村道连接，结合美丽乡村、农村生态文明建设要求，对护岸具有一定生态景观要求，采用阶梯式生态框挡墙和浆砌石挡墙进行对比，详见表1。

综合上述比较，阶梯式生态框挡墙施工方便，施工工期短；浆砌石挡墙为传统挡墙，施工工艺便捷，但质量不好把控，而且造价也不低；另外阶梯式生态框挡墙透气性好，可以进行撒播草籽美化护岸，故此河段设计护岸型式选取阶梯式生态框挡墙典型横断面，见图1。

图1 阶梯式生态框护岸挡墙典型横断面

2.2 左岸桩号L0+000—桩号L0+600 段护岸

该段河岸高差平均在1.5 m 左右，现状均为土坡，坡比较陡，水流较缓，同时河道穿过车脚村，有村道连接，可以采用高规格的挡墙，与滨河绿道、美丽乡村建设等相结合，使该段护岸成为整个治理工程的亮点。对鱼巢式生态框挡墙和浆砌石挡墙进行对比，详见表2。

表2 墙式断面对比表

综上比较，鱼巢式生态框挡墙，施工工艺简单，施工工期短；浆砌石挡墙为传统挡墙，施工工艺便捷，但质量不好把控；两者投资相当。由于鱼巢式生态框挡墙生态美观，符合本次河道治理的美丽乡村理念，故本河段设计护岸形式选取鱼巢式生态框挡墙的形式，见图2。

图2 鱼巢式生态框护岸典型横断面

2.3 左岸桩号L5+900—桩号L6+350 段、桩号L7+750—桩号L8+100 段，右岸桩号L0+000—桩号L0+600 段、桩号L5+900—桩号L6+350 段、桩号L7+750—桩号L8+100 段护岸

该段河岸高差平均在2.5～6 m 左右，现状均为土坡，坡比较陡，岸坡高差较大，水流较急，因此河岸的护岸要求较高，则护岸形式宜采用墙式断面，对C20混凝土生态挡土墙+草皮护坡和浆砌石挡墙进行对比，详见表3。

表3 墙式断面对比表

综上比较，C20 混凝土生态挡土墙+草皮护坡施工方便，工期短，对原土扰动较小；对于落差＞2.5 m 且坡度较陡的河段效果好，还增加护岸形式的多样化，故本河段设计护岸形式选取C20 混凝土生态挡土墙+草皮护坡型式，见图3。

图3 C20 混凝土生态挡土墙护岸+草皮护坡典型横断面

3 设计洪水水面线

3.1 基本资料

3.1.1 河道糙率

根据现场调查，现状河道河床床面不平整，底坡凹凸不平，河床以第四系冲积层及海陆交互相沉积层为主，岸坡多为淤泥质黏土或黏土；河道沿岸多为农田和村庄，因此现状河道糙率确定为0.030。工程整治后对河床进行清淤，采用阶梯式生态框护岸+植草护坡、C20 混凝土生态挡土墙+草皮护坡和植草式生态框护岸+鱼巢式生态框护岸等工程措施，河道过水断面变平整，阻碍行洪的乱石杂草被清除，河道糙率变小，因此整治后河道糙率取0.028。

3.1.2 设计流量

水文计算章节已计算相应河段的2 年一遇（P=50%）、5 年一遇（P=20%）、10 年一遇（P=10%）和20 年一遇（P=5%）洪峰流量。

3.1.3 起推水位

苏州垌河主河受九洲江洪水位顶托，本次工程整治段位于苏州垌河下游段，根据九洲江洪水水面线计算成果，计算出本次工程起始桩号L10+800 处的苏州垌河相应设计频率P=50%、P=20%、P=10%、P=5%时对应水位分别为40.95 m、41.82 m、42.37 m、42.87 m为本次水面线计算的起推水位。

3.2 计算方法

3.2.1 水面线计算方法

以苏州垌河汇入九洲江河口断面为计算起点，根据设计洪峰流量和河道水力参数，利用能量方程逐段向上游推算各断面设计洪水位，对于河道中的水闸，还需根据其过流条件确定是否壅水及计算壅水高度，再逐段向上游推算水面线。在水面线推求中，应用到的基本公式主要包括：

（1）河道弯曲不大、无较大支流汇入、无阻水建筑物时，水面线计算采用的基本公式：

式中：Zu、Zd——上、下游断面水位，m；

Au、Ad——上、下游过水断面面积，m2；

Ku、Kd——上、下游断面流量模数，m3/s；

ξ、α——局部水头损失系数，对渐变流，ξ=0，α=1；

Δs——上、下游断面间距，m；

Q——断面流量，m3/s；

g——重力加速度，取9.8m/s2。

（2）桥梁壅水采用铁科院李付军公式：

式中：Vm——桥下平均流速，Vm=Q/AJ；

Q——计算流量，m3/s；

AJ——扣除桥墩和桥台阻水面积后的桥下净过水面积，m2；

V0m——计算流量时建桥前桥孔部分天然状态下平均流速，V0m=Q0m/A0m；

Q0m——计算流量时建桥前从桥孔部分通过的流量，m3/s；

A0m——计算流量时建桥前桥孔部分天然过水面积，m2；

R——考虑桥墩和桥台影响的反映桥孔压缩程度的系数，R=Vm/V0m；

K——为考虑冲刷影响的流速（动能）折减系数，取K=0.9。

3.2.2 桥梁阻水壅高计算

采用河道水面线计算程序HEC-RAS 时可将桥梁、涵闸等水工建筑物的各特征参数输入，计算时程序将自动考虑桥梁阻水的影响。计算公式如下：

（2）当桥面较低，洪水漫桥时，过桥总流量Q总=Q孔+Q面。

①桥孔被淹没成压力孔流，则：

式中：Ψ——过流系数；

W——桥下净面积，m2；

V0——Q/W0，W0为桥前天然面积，m2；

ε——侧收缩系数，ε=1-0.2[（n-1）ζ0+ζT］H0/（nb）；

ζ0——闸墩系数；

ζT——边墩系数；

n——桥孔数；

b——每孔宽度，m。

②桥面以上部分过水以宽顶堰淹没出流公式计算：

式中：ε——侧收缩系数；

δ——淹没系数；

H0——计入行进流速的堰上总水头，m；

m——流量系数；

B——桥面溢流净宽（m）；

4 工程总体布置

苏州垌河治理河道长度10.8 km，整治起点车脚村东北，整治终点鹤地村东北。受治理段坡降较大影响，为防止水流冲刷坡脚造成岸坡崩塌，对需要整治河段采用挡墙护岸（护脚）、生态框护岸（护脚）等工程措施进行防护。本次设计清淤疏浚河道总长度10.3 km，新建护岸（护脚）总长度为5.7 km，新建人行道2.325 km。

根据河道现状，本次河道整治按现状河床进行清淤、疏浚、固脚、护岸，清淤、疏浚河道不改变原河道走势，部分地段根据水流方向以及河道淤积情况，对河洲、边滩及淤泥进行清除，使河道更平顺流畅，利于行洪。结合美丽乡村建设的需要，对坡脚进行固脚，对迎流顶冲段进行护岸，在村庄河段岸顶布设人行便道。

为了体现人文关怀、美丽乡村的治理理念，在河段两岸桩号L3+610—桩号L4+290 段、桩号L5+935—桩号L6+235 段、左岸桩号L6+235—桩号L6+400 段、左岸桩号L7+900—桩号L8+100 段岸坡布置人行道，并在桩号L6+240 段处设置景观亭一座，展现以人文为本的生态文明建设要求。