沁河河道治理工程设计概述

关红俊

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 工程概述

沁河发源于长治市沁源县霍山东麓的二郎神沟，源头分水岭高程为2200 m左右。河流在太岳山崇山峻岭间蜿蜒南下，穿越临汾市安泽县，在沁水县官亭圪堆附近进入晋城市，经阳城县至泽州县拴驴泉附近流入河南省，由河南省济源市五龙口出太行山至武陟县南贾村汇入黄河。

沁河干流在山西省境内均为山区型河道，河道纵坡较大，平均纵坡为0.38%，在孔家坡以上有赤石桥河、紫红河两个较大支流汇入，孔家坡至飞岭之间有蔺河汇入，其间干流建有和川引水枢纽；飞岭至张峰区间有泗河、兰河、龙渠河汇入，干流建有大（II）型的张峰水库；张峰至润城区间有沁水河、端氏河汇入；润城至五龙口有芦苇河、获泽河、长河、西冶河汇入。

本次沁河流域治理范围内涉及山西省长治市沁源县、临汾市安泽县和晋城市沁水县、阳城县等4个县。工程分为三段：沁源县程壁镇～闫寨村、安泽县和川镇～南湾村段及沁水县张峰～阳城县润城镇王家桥段。

截至目前，沁河干流河道堤防仅建设40 km，近年来随着经济的发展，小城镇的快速扩张，尤其在沁水至阳城一带、沁源县、安泽县的防汛压力大增，迫切需要修建堤防工程。

2 任务及目标

根据水利部批复的《全国中小河流治理和中小水库除险加固专项规划》，全面推进流域面积3000 km2以上有防洪任务的黄河主要支流的重点河段的防洪治理，使治理河段基本达到国家确定的防洪标准。本次治理河段涉及临汾、沁源、晋城，保护范围内临汾拥有农业人口16684人，耕地5615hm2；沁源拥有农业人口36939人，耕地4641hm2；晋城拥有农业人口52122人，耕地3653hm2。

本期沁河治理的主要任务为：以新建堤防、堤防加高加固、河道疏浚及河道整治工程为重点，提高沁河治理河段防洪工程的抗洪能力。

目标：通过本期建设，使本次治理河段的堤防高度和宽度达到设计标准；规顺河势，减缓河槽淤积，工程管理建设得到加强，工程措施与工程管理有机结合，初步形成沁河防洪减淤体系，力保设防标准内洪水不决堤。本工程防护对象主要为两岸的乡镇以及周边农田、工矿企业。

3 防洪标准和级别

根据《山西省黄河流域重点支流治理专项规划报告》、《防洪标准》（GB50201—94）及《堤防工程设计规范》（GB50286—2013）中的规定，确定沁河防洪标准，沿线村庄的防洪标准按20年一遇设计，两岸堤防为4级；沿线耕地的防洪标准按10年一遇设计，两岸堤防为5级。

4 堤距的确定

①满足安全、通畅泄洪的要求；

②适当考虑河相关系，尽可能不改变河型；

③少占耕地或不占耕地，权衡工程量与防护效益，达到经济上的合理性，统筹考虑各河段及其上、下游的行洪要求。

本工程河道属于山区河道，堤线宽度和位置原则上根据20年一遇洪水标准计算确定，堤距的最终确定除计算结果外还要结合实际地形和现有堤防工程进行布置，对特殊狭窄河段进行拓宽处理。通过水力学计算各断面的水深、流速等参数。

5 主要建筑物设计

5.1 堤防设计

河道横断面基本型式为梯形，根据现状河道走向，堤防断面防护型式采取以下三种型式：

（1）重力式挡墙：主要布置在河床现状较低的河段。采用M7.5浆砌块石重力式挡土墙形式，顶宽500 mm，迎水坡1:0.3，挡土墙高度在5m以下时，背水坡为1:0.2，挡土墙高度在5～6m时，背水坡为1:0.25，墙后回填基础或河道疏浚开挖料，填土高度根据土方开挖平衡确定，当堤防高度大于3.0 m时，填土高度填至距堤顶2.0 m的高度，当堤防高度小于3.0 m时，填土高度填至堤顶。根据冲刷深度计算，堤防基础埋深按1.5m考虑。每10 m设置一条伸缩缝，缝内用中密度闭孔泡沫板填充。墙后按梅花形设置排水孔，排水管采用DN100PVC管。

（2）仰斜式挡墙：在原土堤处设置仰斜式挡墙，采用M7.5浆砌块石，浆砌块石顶宽600 mm，迎水坡1:0.7，背水坡1:0.4，根据冲刷深度计算，基础埋深按1.5m考虑。

（3）土堤：主要布置在现状高程较高，需加高堤防高度小于1.5m的河段。堤顶宽3000 mm，迎水坡1:2.5，背水坡1:2，土堤高度范围0～1.5m，为防雨水冲刷，在土堤的迎水侧采用草皮护坡。

堤岸冲刷深度的计算采用《堤防工程设计规范》(GB50286-98)中的计算公式。

1）水流斜冲顺坝防护岸坡，产生的冲刷按下式计算：

式中：△hp——从河底算起的局部冲深，m；

α——水流流向与岸坡交角（°），按 α=20°～40°；

m——防护建筑物迎水面边坡系数，m=0.3；

d——坡角处土壤计算粒径，cm，d取0.05cm；

Vj——水流的局部冲刷流速，m/s，Vj=1.6～2.5m/s。

2）水流平行于岸坡，堤防产生的冲刷可按下式计算：

式中：hB——局部冲刷深度，m，从河底算起；

hp——冲刷处的水深，m；

Vcp——平均流速，m/s，取Vcp=2.17～5.62m/s；

V允——河床面上允许不冲流速，m/s，查《水力计算手册》中，砂卵石河床的允许不冲流速取2.0 m/s；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25。

3）弯道冲刷深度计算：

弯道水流对凹岸形成冲刷，其冲刷深度采用《水力计算手册》中的与曲率半径有关的冲刷公式计算。

式中：Hmax——最大冲深值；

R——河弯中心曲率半径。

经计算，平行于岸坡的冲刷深度按1.5m计算，斜冲岸坡和弯道处的冲刷深度按5m计算。

基础埋深根据冲刷计算结果确定，由上面的冲刷计算知，基础最大冲刷深度为5m，根据地基条件参照相关规范及类似工程经验，确定基础埋深为1.5m，对冲刷深度大于1.5m的堤段采用铅丝石笼进行水平防护，防护长度在3～5m。

5.2 防护工程

（1）护坡工程。护坡采用浆砌石贴坡防护，主要布置在已建砌石堤防，但堤防高度与设计堤顶相差较多段，下部采用M7.5浆砌块石，护坡坡度1:2，厚度500 mm，护至现状高度，护岸底部设基础，采用M7.5浆砌块石，矩形断面，埋深1.5m，上部采用重力式挡墙，结构形式同重力式挡墙。

（2）护脚工程。主要布置在水流流速大、河道凹岸等可能发生冲刷破坏的河段。护脚材料采用铅丝石笼，厚500 mm，长度根据冲刷深度计算采用3～5m。

5.3 护滩工程

护滩工程主要布置在有大片耕地且易受水流冲刷的位置。

1）沁源县程壁村～阎寨村段、安泽县和川～南湾村段护滩工程型式采用铅丝石笼斜坡式护岸，边坡与现状大致相同，范围1:2～1:4，由河底铺设至与滩地齐平的高程，在堤脚处设置铅丝石笼护脚，长5m，厚500 mm。

本段护滩工程型式采用铅丝石笼斜坡式护岸，边坡与现状大致相同，范围1:2～1:4，由河底铺设至与滩地齐平的高程，在堤脚处设置铅丝石笼护脚，长5m，厚500 mm。

2）张峰桥～王家庄桥段护滩工程主要有二种型式

①铅丝石笼斜坡式护岸。采用铅丝石笼斜坡式护岸，边坡与现状大致相同，范围1:2～1:4，由河底铺设至与滩地齐平的高程，在堤脚处设置铅丝石笼护脚，长5m，厚500 mm。

②重力式挡墙护岸。主要布置边坡较陡的河段。采用重力式挡土墙型式，M7.5浆砌块石，墙顶宽500 mm，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.3，墙后填土。根据冲刷深度计算，挡土墙基础埋深按下挖1.5m深考虑。每10 m设置一条伸缩缝，缝内用中密度闭孔泡沫板填充。墙后按梅花形设置排水孔，排水管采用DN100PVC管。

另外在原有重力式护滩堤防基础埋深不够可能发生冲刷破坏的地段。采用铅丝石笼护脚工程，厚500 mm，防护宽度根据冲刷深度计算采用3～5m。

5.4 支流入河口工程

沁河流域治理段沿线支流的汇入，对入河口对岸的堤防及村庄构成严重威胁，另外支流入河口没有堤防或堤防向上游延伸较短，造成河水在支流入河口附近“抄后路”冲毁农田和堤防。采用的工程措施一方面将入河口处堤防向支流上游延伸，与公路堤或现有支流堤防相连，杜绝洪水抄后路。另一方面在支流入河口对岸布置控导工程，防止毁坏对岸堤防。堤防结构断面尺寸与主河道堤防结构尺寸一致，墙高依地形而变，基础埋置深度1.5m。

5.5 控导工程设计

控导工程是稳定中小水流路，控导河势，防止堤防和滩岸被冲刷而采取的工程措施。根据本工程情况，设计采用丁坝的型式。

丁坝重点布置在弯道及顶冲点的下游侧，以主流顶冲点为界。为使丁坝下游主流不再顶冲堤防，最后几道丁坝长度根据挑移范围大小，可适当加长，将主流挑离堤防达到保护堤防的目的。根据河道情况，在沁源县程壁～阎寨河道桩号7+145.7（东川河入河口）处、10+579.2（东河入河口）处、20+580（交口河入河口）处弯道较大，遭遇洪水时对岸容易受到冲击，规划在此3处布置丁坝控导工程。

丁坝平面位置：丁坝的平面布置根据整治线布置、水流流势、河岸冲刷情况和已建同类工程的经验确定，依堤而设，采用下挑、非淹没式。每处布置10条，每条长度10.0 m，间距取15m。轴线与水流方向夹角一般采用30°，第一道丁坝和最后几道丁坝根据水流条件适当加长，夹角采用30°～60°。

丁坝选用能适应河床下沉变形而自身又比较稳定的铅丝石笼丁坝，断面型式为3层台阶式梯形断面，层高0.8m，顶层宽2.0 m，中层宽3.6m，底层为适应冲刷塌落，保护丁坝主体，上下游侧、坝头加宽部分长度均按河床冲刷深度的1.5倍考虑，取5m。丁坝后端与堤防的浆砌石护岸相连接。

5.6 排水涵洞工程

为保证乡镇的生活用水和田地中的雨水顺利排出，河道两岸需要设置排水口，分别布置在沁河的两岸。排水口采用DN800的混凝土管从大堤下穿过，管道坡度为0.3%，管底设340 mm厚C15混凝土管座；混凝土管出大堤后，以现状缓坡接1m厚、10 m长的格宾石笼防冲带。

6 结语

长期以来，粮食是关系国民经济和社会发展全局的重要战略物资，保护和提高粮食综合生产能力，对于维护国家粮食安全，增加农民收入，促进国民经济和社会发展具有十分重要的意义。近几年来，受粮食生产效益比较低、产业结构调整和自然灾害等因素的影响，特别是由于投入不足，河道防洪体系不完善，功能退化，长期制约着当地的生产能力和经济发展。因此，搞好沁河河道治理工程建设，充分发挥河道工程的防洪保安作用，最大程度地减少农业灾害损失，彻底解决温饱问题，是非常必要而又十分紧迫的，也是项目区今后一段时间内水利发展、“三农”发展和新农村建设的一个重要方向。

随着当地经济的发展，社会的不断进步，两岸人民群众对提高河流防御洪涝灾害的能力和享有防洪保障的要求不断提高。因此对河道进行全面治理，不仅直接关系着当地经济社会的可持续发展，而且直接保护着沁河两岸人民生命财产的安全，同时对保护下游的生态安全和用水安全具有特殊作用。