焦作市山門河白莊段河道治理工程設計探討

郭乙霏 王文婷

一、河道現(xiàn)狀及存在主要問題

山門河屬海河流域衛(wèi)河水系，為大沙河一級支流，發(fā)源于山西省陵川縣正河山，上游有大東河、田坪河、西村河三條支流匯于小東村，南下出山，經(jīng)馬村、待王村東折向東南于修武縣匯入大沙河，在待王鎮(zhèn)水彩村與南水北調總干渠相交，干流總長38.2km，流域面積165.5km2。

山門河白莊段位于馬村區(qū)境內，穿越馬村區(qū)城區(qū)段，屬山區(qū)向平原過渡段，自山門河雙韓路橋下游至待王鐵路橋上游（河道樁號1+700～6+560），長 4.86km。治理段以上控制流域面積157.9km2。該河段從未經(jīng)過系統(tǒng)治理，部分河段斷面較窄，泄洪不暢，現(xiàn)狀防洪標準不足20年一遇。每至汛期，出現(xiàn)多處坍塌，形成險工，危及城鎮(zhèn)、村莊和農(nóng)田安全。存在的主要問題如下：

1.防洪標準偏低，行洪能力不足

該段河道由于管理不善，大量民用建筑及魚塘等設施建在河灘內，人為縮窄斷面，造成水位壅高，泄洪不暢，達不到20年一遇防洪標準，

2.河道內無序采砂現(xiàn)象嚴重，行洪不安全

該河段河道現(xiàn)狀采砂點較多，河床嚴重下切，縱剖面呈下凹型形態(tài)，造成河道流勢不穩(wěn)，洗沙場向河道內排放洗砂水，造成河道淤積，河床升高，最高處河床抬高近2m。

3.河道兩岸及下游重要基礎設施較多

河道兩岸及下游分布有多處重要基礎設施，如南水北調中線總干渠，運煤專線，焦輝公路、焦新公路、解放東路等。一旦洪水泛濫，將造成難以估量的重大損失。

4.洪災頻繁

該流域洪水均由暴雨形成，洪峰主要受短歷時暴雨強度變化影響，洪水陡漲陡落，常造成嚴重的山洪災害。自1939年至今共發(fā)生山洪災害7次，其中1970年、1996年、2000年3次較為嚴重，共沖毀房屋205間、農(nóng)田6860畝、公路460m、橋梁2座、渡槽300m。

二、水文

1.氣象

山門河流域屬溫帶大陸性季風型氣候，多年平均降雨量562.6mm，最大年降雨量753.3mm（2000年），最小年降雨量299.7mm（1997年）。年內降雨時空分布不均，全年降水量主要集中在汛期（6～9月），其降水量占全年總量的68%，其中又以7～8月兩月降水量最為集中，其降水量占全年總量的46%。蒸發(fā)量和降水量的相關性較強，年際變化大，多年平均水面蒸發(fā)量為1131.6mm。

2.設計洪水

洪水計算以評審通過的《焦作市城區(qū)防洪規(guī)劃報告》及《焦作市南水北調防洪影響處理工程水文專題報告》中的計算方法及成果為基礎，在充分考慮山門河流域現(xiàn)狀，采用推理公式計算各控制斷面設計洪水，其成果見表1。

3.施工期洪水

山門河屬季節(jié)性河流，施工期安排在10月至次年5月，由于該流域無實測流量資料，參照該流域上游青龍洞水庫非汛期設計洪水，按面積比推算本治理段非汛期5年一遇施工流量為0.55m3/s。

三、工程地質

根據(jù)工程地質勘察報告，該工程主要地質條件及問題如下：

（1）工程區(qū)位于華北準地臺山西臺背斜與黃淮海坳陷的交接部位，在新構造分區(qū)上位于太行山隆起區(qū)東南部邊緣，場區(qū)南北兩側有焦作～新鄉(xiāng)～商丘斷裂和焦作斷裂，這兩條斷裂均為第四紀斷裂?？傮w來看，區(qū)域穩(wěn)定性較差。工程區(qū)在勘探深度范圍內未發(fā)現(xiàn)第四紀新構造斷裂活動痕跡。地震動峰值加速度值為0.10g；地震動反應譜特征周期值為0.40s，地震基本烈度為Ⅶ度，

（2）該治理段地貌屬太行山山前傾斜平原，現(xiàn)狀無堤防，河槽及岸坡地層結構多為粘礫多層結構，地層巖性主要由雜填土、粉質壤土、卵石層組成。

（3）岸坡地質結構一般多為粘礫多層結構，岸坡穩(wěn)定性上游較好，下游較差。

（4）河道疏浚土一般為含泥質砂、雜填土、部分建筑和生活垃圾。

（5）工程區(qū)天然建材土料可取自河槽內粉質壤土，砂礫石采用外購。

四、工程設計

1.防洪標準

山門河白莊治理段防護對象上游為馬村區(qū)城區(qū)，下游為農(nóng)村和農(nóng)田，依據(jù)國標《防洪標準》，城區(qū)段（樁號1+700～6+020）防洪標準采用20年一遇。設計洪水流量為828～850m3/s；下游（樁號6+020～6+560）以保護耕地為主，防洪標準采用10年一遇。設計洪水流量為540m3/s，根據(jù)《堤防設計規(guī)范》（GB50286-2013），工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。

2.工程設計

（1）河道縱橫斷面設計

樁號1+700～4+440段屬于城鎮(zhèn)段，為單式梯形斷面，人口較為密集，本次設計河槽基本維持原河槽底寬35～275m，河槽底清障、平整，河底設計縱坡為1/30～1/422，糙率0.03，兩岸邊坡坡比 1∶1～1∶1.5。

樁號4+440～6+560段屬于村莊和農(nóng)田段，為復式梯形斷面，河道內樹木、耕地較多，兩岸較低，防洪標準不滿足要求，本次設計在河道內新開挖10m寬主槽，主槽設計河底縱坡1/82～1/704，灘地高程維持現(xiàn)狀，主槽底寬10mm，主槽邊坡1∶2，糙率0.03，槽深1.0～2.5m，灘地寬5～40m。

表1 山門河各控制斷面設計洪峰流量成果表

（2）河道水面線推算

依據(jù)河道縱橫斷面設計，20年一遇和10年一遇防洪水位分別按治末端鐵路橋和待王鐵路橋處水位（采用明渠均勻流計算確定）作為起推水位，按恒定非均勻流考慮橋梁等影響，從下游往上游推求，經(jīng)推算，治理段城區(qū)段（樁號1+700～6+020）20年一遇防洪水位為134.64～100.99m；村莊和農(nóng)田段（樁號6+020～6+560）10年一遇防洪水位為100.17～98.6m。

（3）堤防工程設計

白莊段現(xiàn)狀堤防單薄矮小且不連續(xù)，系歷次洪水后，修復、加高培厚而成，存在防洪安全隱患。此次新建堤防及護岸總長0.42km，其中左岸0.31km，右岸0.11km。堤頂高程為設計洪水位加堤頂超高，考慮堤頂預留沉降量，經(jīng)計算確定堤頂超高取1.2m。

大堤迎水坡設計為單式結構，設計堤頂寬3m，堤防高1.2～4.7m。迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶2.0，迎水坡水面以下采用大型塊鉸接式護坡，護坡厚12cm，采用三角形拼裝，下設反濾土工布及10cm厚砂礫石墊層，水面以上采用草皮磚護坡型式、背水坡均采用草皮護坡。

護坡底部設防沖齒墻，齒墻深1.5m，采用C20混凝土斜齒墻坡比1∶1.5，厚 30cm。

（4）護岸設計

需要加固岸坡段共計三處總長8.73km，分別為樁號 1+700～2+757、3+800～6+020左岸、3+735～6+020右岸。護岸采用與堤防工程形式一樣。

五、結論

山門河白莊段現(xiàn)狀防洪標準不足20年一遇，其下游分布有南水北調中線總干渠，運煤專線，焦輝公路等多處重要基礎設施，地理位置十分重要，對該河道進行治理是十分必要的，目前該工程初步設計已經(jīng)河南省水利廳批復■