宿 賓

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

沁河是黃河的一級(jí)支流，源于沁源縣霍山東麓的二郎神溝，河流在太岳山崇山峻嶺間蜿蜒南下，穿越臨汾市安澤縣，在沁水縣官亭圪堆附近進(jìn)入晉城市，經(jīng)陽(yáng)城縣至澤州縣栓驢泉附近入河南省。干流全長(zhǎng)485km，流域總面積13532km2。其中山西省境內(nèi)河長(zhǎng)363km，占總河長(zhǎng)的74.8%，流域面積12264km2，占總面積的91%。

此次沁河河道治理工程包括沁源段、安澤段及晉城段，治理長(zhǎng)度171.47km，工程項(xiàng)目主要包括堤防工程、防護(hù)工程、護(hù)灘工程、支流入河口工程、控導(dǎo)工程、排水涵洞工程，其中沁源縣（程壁村—閆寨段）治理河段長(zhǎng)50.51km，包括縣城段5.83km（已美化治理），重點(diǎn)治理河段長(zhǎng)度38.43km。

2 工程總體布置

沁源縣（程壁—閆寨）治理范圍從郭道鎮(zhèn)程壁村至出境，河道長(zhǎng)50.51km，寬38～420m，河道平均縱坡3‰，為山區(qū)型河道。該段有赤石橋河、紫紅河、白狐窯河、狼尾河、青龍河、龍頭河等支流匯入，沿線跨河橋梁共18座。具體內(nèi)容為：新建堤防長(zhǎng)度50.85km（左岸 27.17km、右岸 23.68km），治理長(zhǎng)度 56.17km；新建防護(hù)工程8.82km（上部護(hù)坡工程2.63km、下部護(hù)腳工程6.19km），新建護(hù)灘工程0.95km。支流入河口治理長(zhǎng)度1.875km；控導(dǎo)工程3處，布置丁壩30條。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《山西省黃河流域重點(diǎn)支流治理專項(xiàng)規(guī)劃報(bào)告》《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定沁河防洪標(biāo)準(zhǔn)為：沿線村莊的防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì)，兩岸堤防為4級(jí)；沿線耕地的防洪標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇設(shè)計(jì)，兩岸堤防為5級(jí)。

3.2 斷面位置

根據(jù)本段所處的地理位置及控制流域面積，程壁—大南川段代表測(cè)站為孔家坡站和飛嶺站。

程壁—閆寨段沿途有較大支流匯入，孔家坡水文站距狼尾河入口上游約2km，根據(jù)支流匯入口位置，自上而下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面分5段。即郭道（赤石橋河匯入口以上）、郭道—西陽(yáng)城（紫紅河匯入口以上）、西陽(yáng)城—交口（白狐窯河匯入口以上）、交口—孔家坡（狼尾河匯入口以上）、孔家坡—閆寨（法中河匯入口以上）。計(jì)算斷面名稱分別為郭道、西陽(yáng)城、交口、孔家坡、閆寨。

3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)西陽(yáng)城、交口、孔家坡、閆寨4個(gè)斷面的位置及各斷面以上控制流域面積的大小，在孔家坡站設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，按水文比擬法來推求；閆寨斷面設(shè)計(jì)洪水按孔家坡水文站、飛嶺水文站相關(guān)關(guān)系按面積比指數(shù)法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 各斷面設(shè)計(jì)洪水成果表 單位：m3/s

4 水力學(xué)計(jì)算

4.1 水面線計(jì)算

河道水面線采用灘槽不同糙率的一維恒定非均勻漸變流方程計(jì)算，因河道水流為緩流，故水面線計(jì)算的起始控制斷面放在下游，即計(jì)算從下游（樁號(hào)0+000）向上游（樁號(hào)50+511）逐段進(jìn)行。

根據(jù)工程所在河段橫斷面資料，河道水面線（P=10%和P=5%）計(jì)算成果分別見圖1和圖2。

4.2 堤頂高程確定

堤頂高程由設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高為設(shè)計(jì)波浪爬高、設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度及安全加高（不允許越浪）之和，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》查得4級(jí)堤防安全加高值為0.6m。

風(fēng)浪要素計(jì)算與平均波周期、平均波高、設(shè)計(jì)風(fēng)速（按多年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍計(jì)）、風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度、水域的平均水深、重力加速度（9.81m/s2）有關(guān)。

順壩式護(hù)岸波浪爬高為以下五項(xiàng)的乘積，分別為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)（取值0.75）、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（取值1.25）、爬高累計(jì)頻率換算系數(shù)（按不允許越浪堤防查得取值為 2.07）、斜坡坡率（0.33～2.0）、堤前波浪的平均波高。

風(fēng)壅水面高度與綜合摩阻系數(shù)（取值3.6×10-6）、設(shè)計(jì)風(fēng)速（按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定）、由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離、水域的平均水深、風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角（45°）有關(guān)。

經(jīng)計(jì)算，沁源縣程壁村—閆寨村段風(fēng)壅水面高度為 0.0012～0.0074m，波浪爬高 0.265～0.465m，安全加高0.6m，堤頂超高0.866～1.072m。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本工程堤頂超高按1.0m選取。

5 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算得出設(shè)計(jì)洪水位，可以復(fù)合治導(dǎo)線的寬度，再加上安全超高，即可得出該段河道的壩頂高程。本次河道治理工程，通過河道兩岸加高、改建、新建堤防，可以大大提高堤防的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，在發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，達(dá)到保護(hù)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)降低成本的目的；在發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，能把洪澇災(zāi)害損失降到最低程度。