河南省鹿邑县清水河治理工程设计分析

河南省鹿邑县清水河治理工程设计分析
摘要：清水河属淮河涡河水系，是周口市东部地区的一条重要排水河道。

近年来河道排涝能力逐年降低，河道现有排涝能力不足5年一遇设计流量，防洪能力不足20年一遇设计流量。

致使该流域每当遇到较大洪水年份，常造成严重的洪涝灾害。

项目的实施，能保护清水河沿岸4个乡7个行政村，2.6万人口、3.63万亩农田。

关键词：清水河；治理工程、设计分析
1.工程概况
1.1工程现状
清水河本次治理段总长18.56km，属平原河道，河道平均比降1/6000；河槽宽度上至下游宽度不一，由于河道上有2处节制闸，河槽内常年有水，河槽表层为淤泥质土，滩地上大多种植杂草，树木、耕地；现状河道两岸均有连续的堤防，堤顶有土路，堤后为大片耕地；临河有9处人口较为稠密的村庄，清水河两岸分布有4个乡7个行政村。

河道在流经村庄处受人类活动影响较大，滩地内有违章建筑及任意堆放建筑、生活垃圾，特别是生产桥上下游，侵占河道现象尤为严重；，河道内有13座桥梁，现状生产桥两岸伸入河道8m~12m；鹿辛运河上游2条较大排涝沟均无沟口闸涵控制。

1.2存在问题
（1）河道防洪、除涝标准低
清水河1958年治理以来一直未再系统治理。

由于年久失修，现河道淤积严重，河底淤积深度普遍超过1m，河道排涝能力逐年降低，河道现有排涝能力不足5年一遇设计流量，防洪标准不足20年一遇。

（2）沿河支沟缺少沟口涵闸，现有涵闸结构老化、损毁严重
清水河本次治理段九龙口处两条较大的支沟王庄沟、沈宋沟，均无沟口涵闸，汛期洪水倒灌，严重威胁着两岸居民的生产、生活。

（3）桥梁荷载标准低、阻水、损毁严重
清水河本次治理段内的生产桥现有荷载标准低，都在汽-10级以下。

现存在主要问题是：①阻水严重：桥两岸的桥台砖墩共深入河道8m~12m，这些桥梁已成为一个个的卡口段，严重阻碍河道行洪；②损毁严重：这些桥梁均存在桥板断裂、漏筋、弯曲变形、桥头八字墙部分坍塌、砖风化剥落严重现象；③基础埋深浅：其中有6座基础为砖墩，桥下土质基础为轻粉质壤土，承载力较低。

2.治理工程设计
2.1工程治理标准
防洪标准考虑到该地区社会经济现状和涡河近期治理标准及堤防保护区内耕地、人口等因素，防洪标准采用20年一遇，堤防级别为4级。

沟口涵闸规模按10年一遇除涝标准设计，外河设计挡水位为20年一遇防洪水位。

主要建筑物按照4级，次要建筑物按5级设计。

生产桥设计荷载标准按公路—II级。

清水河是周口市东部地区一条重要的排水河道，流域内耕地主要为旱作地，根据《灌排设计规范（GB50288-99）规定》，本治理除涝标准采用5年一遇，暴雨历时采用3日暴雨，排涝时间按3日排至田间无积水。

2.2设计洪水
本次洪水计算在充分考虑清水河流域现状的情况下，进一步采用1981年9月安徽省水利水电勘测设计院制订的“安徽省淮北地区除涝水文计算办法”及2005年12月河南省水文水资源局编制的《河南省暴雨参数图集》和1973年6月河南省革命委员会水利局编制的《河南省水利工程水文计算常用图》查算，经综合分析选取成果，5年一遇排涝流量98.7m3/s~148.8 m3/s，20年一遇防洪流量161.7 m3/s ~244 m3/s。

2.3水面线推算
（1）设计除涝水位
除涝水位确定时首先根据1/万地形图点绘各支沟河道纵断面图，然后根据点绘的支沟纵断面图拟定满足各支流自排要求的除涝水位线，支沟除涝水位线一般低于地面高程线0.2~0.3m，水面比降1/4000~1/5000。

将各支沟满足自排要求的沟口除涝水位点绘在干流河道纵断图上，统筹考虑各支沟除涝水位确定干流设计除涝水位。

对特别低洼的区域作缓排处理，缓排面积控制在5%~10%。

本河段下游河道在设计过程中考虑了1957年淮委设计院设计报告中确定的豫皖两省交界处5年一遇排涝水位36.17m。

经统筹考虑清水河本段除涝水位为41.39~43.37 m。

（2）设计防洪水位
按恒定非均匀流推算河道按5年一遇除涝设计断面开挖后的20年一遇洪水水面线。

本次治理段下游段起始防洪水位为42.30m，故本治理段下游起始防洪水位为42.30m，从下游往上游推求。

式中：Z1、Z2—上、下游断面水位（m）；
V1、V 2—上、下游断面平均流速（m/s）；
α1、α2—动能修正系数；
g—重力加速度（m/s2），9.81 m/s2；
Q—河段平均流量（m3/s）；
ΔL—断面间距（m）；
K—河段上、下游断面流量模数平均值，即
A—上、下游断面面积的平均值（m2）；
R—上、下游断面的水力半径平均值（m）；
C—谢才系数，即C=R1/6/n；
n—河段平均糙率；
ξ—局部水头损失系数。

水面线推求采用试算法，由下向上，计算时先假定一个水位差，下断面水位加上假定的水位差即为假定的上断面水位，然后利用伯努利能量方程试算出两断面的水位差△Z，若计算值与假定值相同，则说明该上断面水位即是行洪时的实际水位，若不同则须重新假定重新计算，直至二者相同为止。

按照此分段求和法以此推求各断面的水位值，用曲线相连后即得工程实施后该段河道行洪时的水面线。

经推算清水河本段防洪水位为42.30m~44.67m。

2.4工程设计
（1）河道疏挖工程
由于河道河槽淤积量日渐增多，对18.56km全河道进行清淤疏浚；本段河槽设计底宽17.5m，清淤最大深度1.5m，河底设计纵坡为1/1000~1/9000。

（2）加固堤防
根据20年一遇次防洪标准，本次治理段河道需加固堤防16.28km ，其中左岸堤防加固8.215km，右岸堤防加固8.065km；堤防迎、背坡坡比均为1:2，均采用植草护坡，堤顶宽度右岸4.0~3.0m，左岸4.0~3.0m。

（3）新建排涝闸
现状沟左右岸高程大多不满足20年一遇洪水位，遇洪水时，洪水会倒灌至沟内，并漫溢两岸，淹没两岸耕地。

故本次设计在新建2处排涝沟沟口闸，对沟内两岸耕地进行防护。

（4）重建生产桥
清水河本次治理段内的桥现有荷载标准低，严重阻碍河道行洪，桥梁损毁严重、基础埋深浅。

故本次对9座生产桥进行重建。

（5）新建防汛路右岸防汛路
本次新建右岸防汛路总长14.56km，泥结碎石路面4m，厚20cm。

（6）新建排涝及排水涵管
河道背水坡及村庄处有局部临河且地势较洼，每遇涝水年份，积水通过其他支沟排入干河困难，对该段堤防稳定和整个河道的防洪非常不利。

故本次设计在低洼地段设置排涝及排水管涵。

3.结束语
本河段治理完成后，可以确保防洪排涝安全，保护工程区20万亩区域免受洪涝灾害，年防洪效益105万元，恢复灌溉面积5万亩，年灌溉效益260万元。

参考文献：①《堤防工程手册》，主编：毛昶熙，中国水利水电出版社；②《《堤防工程设计规范》》（GB50286-2013），中华人民共和国水利部发布。

第一作者：郭从彦。

性别：男。

出生年份：1979年2月25日。

职务：科长。

职称：工程师。