浅谈中小河流治理设计方法

摘要：基于城乡中小河流治理，提出了中小型河道治理设计方法。按照堤防设计规范，治导线的布置坚持因势利导的原则，遵循自然规律，确定河床宽度及过水断面，建立典型斜墙式防洪堤漫顶、渗透稳定、边坡滑动稳定的极限状态方程，采用Monte Carlo法计算相应的可靠性指标。进而确定堤防几何参数（堤顶高程、顶宽和坡比）和土工参数。

关键词：河道治理；堤防；设计方法

现今大多河流天然防洪能力非常低，加之近年来暴雨增多，人类不规范的开发建设及人为侵占了部份行洪区等因素致使河流源头区域的水土流失较严重和河道断面减小，每逢雨季，洪水携带大量的泥沙涌入河道，使河道行洪断面不断淤积，沿岸几乎每年都不同程度地遭受洪灾，直接影响着当地人民群众的生命财产安全，因此河道治理已是各地政府迫在眉睫的首要任务。根据地形地貌河道大概分为两种类型：第一类型为山地狭窄冲刷河道，特点是河床狭窄，河床纵坡大，冲刷深度和力量都较大；第二类型为坝区平原河道，特点是河床纵坡小，河道为宽浅式，河道容易淤积，使河床逐年抬高，河岸天然防洪能力下降；根据不同河床类型选择不同堤防结构重要性程度采取相应设计，完善现有堤防设计规范，最终与穿堤建筑物、防浪墙等可靠性研究共同实现堤防工程系统设计方法无疑有其先进性和科学性。

一、治导线的布置

重点考虑以下几个问题：（1）注意整治河道与洪水流向（或趋势）相一致，尽量不改变或限制主河势方向，避免设置新的人为的顶冲点而增加工程难度和投资；（2）充分利用原有稳定的河岸山咀、基岩、高坎等有利地形、地质条件，增强工程的整体稳定（固）性；（3）退让出足够的河道宽度，保证正常的行洪断面。

二、冲刷深度的确定

堤前冲刷深度包括压缩过水断面引起的一般冲刷和由于构造物阻挡水流方向而引起的局部冲刷两部份，按《支挡建筑物手册》中的相关公式进行计算。

（一）一般冲刷深度

hpm=（λ-1）H

λ――冲刷系数，由λ= 求得

WX――未压缩的河道过水断面积，取天然值。

WG――建堤后河道过水断面积，取设计值。

H0――堤前水深，取天然值。

（二）局部冲刷深度

Hpi=23・・-30d

V――行进水流的平均流速

X――水流方向与堤的夹角

m――河堤边坡系数

d――河床表层d15粒径

（三）总冲刷深度

Hp=hpm+hpi

且每当河流转角较大处均采取相应的防冲刷措施，如采用抛石、齿墙加深等措施。

三、洪水位及河道断面

确定整治河道控制径流面积、各时段洪峰流量、水文基本资料、河床平均纵坡及设计标准，河道经整治后近似人工渠道，按明渠均匀流进行水力计算。考虑到水文分析中观测资料的有限性，实际工程中根据堤防的等级要设置一定的安全加高值，计算中未计及。由此，采用Monte Carlo法可得与堤高h0的平均值μh0相应的可靠度指标β1的值。

例：控制径流面积为213.6km2，p=5%时洪峰流量为296m3/s，河床平均纵坡i=1/140。河道经整治后近似人工渠道，按明渠均匀流进行水力计算。

为使上下游水面较好地衔接，p=5%时水深据洪痕调查及水力计算确定为2.0m，采用梯形过水断面，边坡系数m=2.0，河床糙率n=0.03，河底宽度为30m。

据此，上游洪水位为1163.814m，下游洪水位为1137.400m。

据有关规范规定及满足风浪升高的要求，堤防安全加高取1.5m。

四、工程地质及结构型式

工程地质是设计的基础，但由于经费原因大部地方都未进行地质勘察，但在云南省内中小河流大部河床地层主要为第四纪河湖相沉积层与冲积层，上部为粉质砂土、砂砾石；中下部为砂砾石混粘土；基岩为块状砂岩，其岩面起伏不大，无褶皱、断裂等不良构造，整体工程地质状况稳定（仅供参考）；为此大部份堤基均布置在砂砾石层上。

结构型式因根据洪灾现状和水沙特点，采用筑堤与开挖河床相结合的基本方针，同时做好洪峰水面连接和支流交汇口的工程处理，避免产生河床再造现象，给河道造成新的危害。

（一）河堤

河堤布置主要根据河段防洪功能、河岸基础以及河段的建筑材料储备条件等因素确定，如景东县安定、文龙两个乡集镇及附近有居民的河段，房屋就建在河岸边，有的直接建在水中，已经没有填筑河堤的面积，对这些河段只能采取较陡的河堤边坡系数，堤脚采取防冲刷措施，建筑材料以毛块石支砌和砼基础为主。河堤按地形和地质情况的不同采用两种结构型式，即地形平坦或地质较差的河段采用填筑河堤，迎水坡脚以下设防冲刷齿墙（埋石砼现浇）迎水坡面采用砼护衬；当有较高河坎或基础地质较好的河段采用重力挡墙支砌或浆砌块石护砌。

1、齿墙深度的确定

堤前齿墙承担着全部河堤的防冲刷、抗掏脚的重要任务，为河堤基础是否稳定的关键。齿墙深度根据哈根公式计算最大冲刷深度而确定，依照有关规范及冲刷深度计算结果，堤防防冲基础深度应在冲刷线以下0.5m-1.0m，而取最大冲刷深度，具有较大的工程量和施工难度。为此从规范标准、施工可行性及节约工程投资等方面考虑，齿墙埋深根据不同的工段取2-3.5 m，即一般直线段采用2m；弯道河段采用3-3.5m，同时在角度较大的凹弯等险工段设大体积抛石防止较大冲刷。要求齿墙基础应开挖至承载力较大的砂砾石层。

2、河堤几何尺寸确定

由于受到堤身断面形状、堤身填土性质、堤基地质、水文、地形和施工条件等诸多因素的影响，堤防在汛期往往出现漫顶、堤身（基）渗透破坏、堤身滑坡等险情。依据堤防的设计与使用要求，在使用年限内应充分考虑影响这些险情的因素，以满足渗透稳定和堤坡整体稳定的要求。