山区中小河流治理初步设计思考

山区中小河流治理初步设计思考
发布时间：2022-11-04T09:47:04.270Z 来源：《科学与技术》2022年第7月13期作者：李二明1，张敏2
[导读] 本文总结和归纳了山区中小河流治理初步设计在水文和工程设计章节需要注意的细节，通过实例对其注意细节进行分析，希望其成果能对今后山区中小河流治理初步设计有一些参考意义。

李二明1，张敏2
(1.武汉市水务科学研究院，湖北武汉，430000；2. 南水北调中线干线工程建设管理局渠首分局，河南南阳，473000）
摘要：本文总结和归纳了山区中小河流治理初步设计在水文和工程设计章节需要注意的细节，通过实例对其注意细节进行分析，希望其成果能对今后山区中小河流治理初步设计有一些参考意义。

关键词：中小河流治理，初步设计，注意细节
中图分类号：TV85 文献标志码：B
The Preliminary design thinking for mountaineous
medium and small rivers regulation
LI Er Ming1, ZHANG Min2,
(1. Wu Han Water Research Institute 2.The Main Route of South-to-North Water Transfer Project Construction Administration Heaolworks Branch, Nanyang 473000, China)
Abstract: The paper summarizes and concludes attention problems of hydrology and engineering designs in preliminary design for mountaineous medium and small rivers regulation，and analyzes by example for attention to details, and hopes to the achievement being helpful to the medium and small rivers regulation.
Key words: medium and small rivers regulation，preliminary design，attention to details
1 前言
中小河流治理是兴水惠民、造福百姓的一项民生工程。

根据中小河流项目管理办法，中小河流治理项目要在符合规划的前提下认真做好初步设计工作。

本文通过笔者对山区中小河流治理初步设计中在水文和工程设计章节需要注意的细节进行总结和归纳，希望其成果能为山区中小河流治理初步设计提供一些参考及技术支持。

2 山区中小河流初步设计中设计思路及设计实例
山区中小河流初步设计中首先需进行水文分析，对河道各种频率下的设计洪水进行计算；利用已计算出的设计洪水进行河道水面线计算，先对现状河道的水面线进行计算以确定现状河道防洪能力；如果设计防洪标准条件下，河道两岸堤防高程不够，需对河道进行疏挖或者两岸堤防进行加固才能达到河道的设计防洪标准，让两岸形成完整的保护圈。

在工程设计中需对两岸的防护型式进行技术经济比较，最终来确定两岸的防护型式。

下面通过设计实例来说明山区中小河流水文和工程设计过程。

某山区河流属山溪性河流，流域上宽大下窄，为狭长方形。

河道弯曲，两岸山高坡陡，呈V字型河谷。

城区河道宽度30～90m左右，干流河长43.3km，集水面积233.17km2，占整个流域面积的17%。

河流上游有一座以城市防洪、供水兼有养殖等综合效益的中型水库，坝址以上承雨面积92.79km2，总库容1385万m3。

河道治理范围为整个河段，河道测量桩号3+722~9+925，先期已进行部分治理，治理标准为20年一遇，本次治理与先期防洪标准匹配，也采用20年一遇。

（1）水文分析计算
设计洪水的计算和水面线计算是中小河流治理初步工程设计的基础，如何合理地推求设计频率下的洪水，再根据率定河道断面计算参数推算出合理的水面线等，是中小河流治理初步设计的关键[1]。

①设计洪水的计算
山区河流设计洪水计算途径主要有流量途径和暴雨途径。

目前，湖北省山区水文站网布置普遍偏稀，大多数中小河流上无控制性水文站，因此常用暴雨途径推求设计洪水。

采用暴雨途径推求设计洪水需先确定河道地理参数和暴雨参数。

河道地理参数包括主河道长度、河道平均比降、承雨面积。

河道地理参数一般采用1∶5万地形图进行量算，主河道长度为控制断面沿主河道至分水岭的长度，主河道平均比降为主河道各高程转折点分段比降的加权平均值，承雨面积一般只考虑控制断面以上至地表分水岭的面积。

如果承雨面积较小，应采用更大比例尺的地形图进行量算，如1∶1万地形图。

主河道各高程转折点也可在实测的大比例地形图上读取。

暴雨参数采用《湖北省暴雨统计参数图集》中的成果，查暴雨均值和Cv值等值线图时，应遵循一般的等值线变化规律，区域应选在河道断面控制范围内的几何中心位置，然后根据等值线进行插值。

由于中小河流治理防洪标准一般不大于20年一遇，因此采用瞬时单位线法推求设计洪水时，可不考虑参数的非线性修正。

净雨时段和净雨历时的选取应按承雨面积进行选取。

本山区河流采用暴雨途径进行设计洪水计算，考虑水库削峰作用，计算得到各个典型断面的洪峰流量，而河口20年一遇洪峰流量为642m3/s。

②水面线计算
山区河流治理初步设计水面线计算一般采用天然河道一维恒定流方法进行计算，将计算河道划分为若干河段，上下相邻两断面间的水位采用明渠恒定流能量方程求解[2-3]，在求解过程中，下断面水力要素为已知，可通过迭代依次求解上断面水位。

山区中小河流在水面线计算中过程中，往往缺乏实测资料，糙率一般根据经验取得，但个别河流存在典型洪水的记载记录，可以通过现场调查，确定典型洪水的频率及水位高程，根据率定的糙率以及确定的上下游边界条件对设计频率下的洪水进行水面线计算，作为初步设计的依据。

对现状河道进行水面线计算，现状河道防洪能力不足20年一遇，设计水面线计算时考虑工程范围内整个河段（河道测量桩号3+722~9+925）河道进行疏挖形成复式断面，河道宽度按45~65m进行控制，不足部分对河道进行扩宽，设计主河槽河宽15~20m，深度0.8m，边滩清理修整，两侧用直立式挡墙。

而对河道右岸4+154~8+296段采用两种方案进行水面线计算，即桩号4+154~8+296段河道，为了与上下游保持一致，原方案为桩号4+154~8+296段右岸全部新建浆砌石挡墙，桩号8+296~9+925段右岸修坡处理；优化方案为桩号4+154~6+788段右岸原浆砌石挡墙改为植生块生态护坡，桩号6+788~8+296段右岸因小区房屋紧靠河道且河道较窄，仍新修浆砌石挡墙，桩号8+296~9+925段右岸修坡处理；两种方案设计图见图1~2。

图1 原设计浆砌石挡墙断面图图2 优化设计生态护坡断面图
通过对两种方案的水面线进行计算，计算结果见图3。

从图3中可以看出，两种方案虽然优化设计方案较原设计方案过水断面有所减小，但水面线差别较小，优化方案较原方案仅在桩号3+784~5+605段水位升高了0.05~0.44m，其余河段水位基本无变化，抬升水位导致桩号5+246~5+508段共262m范围欠高，较原方案增加了约200m堤段欠高，但是优化方案较原方案开挖土方减少了8.21万m3，减少了大量弃渣，并且右岸桩号4+154~6+788段由浆砌石挡墙改为植生块生态护坡，更为生态环保，更有利于人水和谐[4-6]，因此，设计中推荐优化方案为最终的设计方案。

图3 两种方案水面线对比图
（2）工程设计
山区中小河流治理的工程设计主要是河道疏挖、两岸堤防加固和岸坡护砌，堤防加固和岸坡护砌时，应考虑当地人文环境、上下游衔接、征地拆迁的难度以及经济性，提出最适合的护砌型式。

对于本实例中桩号4+154~6+788段右岸护砌型式，经过水面线计算比较，挖方工程量比较以及弃渣比较，最终确定采用植生块生态护坡，植生块护坡具有规格统一，铺成坡形后具有整齐的韵律感，还具有较大的透气透水性，利于坡面排水及植生保水，施工完成后美观大气。

为了满足河道行洪需要，对河道进行疏挖扩宽，与河道上下游现有护砌型式衔接，并尽量减少对土地的占用，对右堤桩号6+965~8+131等1.82km新建5.0~6.5m高仰斜式浆砌石挡墙，以达到防御20年一遇洪水的目的，挡墙典型断面图见图4。

而在挡墙设计中需注意挡墙的基础埋深，利用《堤防工程设计规范》护岸冲刷深度计算公式，对冲刷深度进行计算，而挡墙埋深在冲刷线以下0.5~1.0m；挡墙还需设置伸缩缝，伸缩缝一般间距为15~20m；挡墙墙身需设置排水孔，本工程排水孔间距2m，呈三角形布置，排水孔中排水管直径为5cm 的管材，从墙后至墙前设5%的纵坡，排水管后设土工布反滤层。

本工程中对于部分欠高堤段，现状岸坡已砌筑浆砌石挡墙，若拆除原有浆砌石挡墙新砌筑满足要求的挡墙，工程量较大，投资增大较多，为保证防洪圈的完整，本河流设计中考虑对原有挡墙进行加高。

在原挡土墙上局部加高挡墙典型断面图见图5。

具体加高方案为在原浆砌石挡墙上加钢筋混凝土U型花槽。

U型花槽的高度按照原有挡墙的欠高高度进行确定，为0.5~1.5m，为了与原有挡墙更好连接，在U型花槽和原有挡墙之间每隔2m设置一排2跟锚杆；U型花槽基础若局部落在土基上，把土基0.5m深度范围内土方挖除砌筑浆砌石，以防地基不均匀沉降。

U型花槽尺寸为宽度1.1m，前后边墙厚度为0.3m，底板厚度0.2m，回填种植土宽度为0.5m。

U型花槽的设置不仅可以满足防洪挡水的要求，又可节约投资，还能美化河道周边环境
图4 新建挡墙典型断面图图5 挡墙加高方案典型断面图
3 结语
山区中小河流治理初步设计中，水文和工程设计章节需要注意的细节主要有：主河道各高程转折点可在实测的大比例地形图上读取，使设计洪水计算更为准确；②通过对历史典型洪水的频率及水位高程进行确定，对河道糙率进行率定，计算出更为精确的水面线作为初步设计的依据；③对堤防进行加固和坡岸进行护砌时应考虑当地人文环境、上下游衔接、征地拆迁的难度以及经济性，提出最合适的治理型式。

参考文献：
[1] 闫伟伟，关洪林. 湖北省中小河流水文规划设计方法探讨[J]. 人民长江. 2012，43(18)：44-46，52.
[2] 李炜，徐孝平. 水力学[M]. 武汉: 武汉水利电力大学出版社，2000.
[3] 李炜，水力计算手册[M]. 北京: 中国水利水电出版社，2006.
[4] 杜明格，黄伟军. 人水和谐理念在水利工程设计中的实践[J]. 广西水利水电. 2006，(3):32-34.
[5] 陈娟，窦海英. 浅议索须河二期治理工程设计优化与创新[J]. 黑龙江科技信息. 2011，(20):321-322.
[6] 辛东锋，赵霞则，刘文华. 调整城市河道综合治理思路的探讨[J]. 山东水利. 2007，(5):50-52.
作者简介：李二明（1984-），男，河南漯河人，高级工程师，主要从事水利规划设计工作。