彝良縣重點河段治理工程設(shè)計及排澇規(guī)劃綜述

趙衛(wèi)東，王志斌

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002 )

0 引 言

河道具有重要的行洪作用，部分地區(qū)天然河道高度不滿足防洪需求，甚至部分岸坡在河道長期沖刷作用下發(fā)生垮塌，造成河道堵塞，影響河道行洪[1-5]。針對這種情況，采取河道防洪整治工程是十分必要的，合理選取堤防型式可降低工程投資，保證河道安全[6-11]。文章結(jié)合云南彝良縣重點河段治理工程對河道整治堤防方案及排澇規(guī)劃進(jìn)行了分析[12-15]

彝良縣重點河段治理長度約4.63km，河段間新場街處左岸有馬腹河支流加入(集水面積42km2，河長12.0km，流域平均比降131.8‰)，右岸有石亞箐支流加入(集水面積18km2，河長6.9km，流域平均比降161.7‰)，洛澤河治理段末端(洛澤河大道處)集水面積3456km2。河段下游右岸2km有支流角奎小河加入，集水面積821km2，由于面積相對較小，又非流域暴雨集中區(qū)域，其洪水不會對治理河段產(chǎn)生頂托影響。

1 河床演變及現(xiàn)狀水面線

1.1 河床演變分析

洛澤河為山區(qū)河流，兩岸為高山，河道相對穩(wěn)定，沒有發(fā)生過較大自然改道和變遷，河勢基本保持穩(wěn)定。

隨著時間推移，河段在經(jīng)歷沖刷和淤積的交替變化過程，近年來河床處在一個沖淤相對穩(wěn)定期。由于治理河段沒有可供對比的多次實測地形進(jìn)行對比分析，下面借用下游的原馬路村水文站實測斷面進(jìn)行分析，以說明洛澤河河段的河床演變。

馬路村水文站1965年至2009年的實測大斷面見圖-1?？梢钥闯?，1965年以來，斷面兩岸略有變化，分析來看，多為人為活動造成的；而河床則是有沖有淤，沖淤變化不到1m，整體變化很小。

圖1 馬路村水文站歷年實測大斷面圖

通過借用馬路村水文站分析，可以得出：自然情況下河道兩岸穩(wěn)定，不會出現(xiàn)改道，但兩岸受人為活動影響大；河道略有淤積，淤積幅度很小，總體上處于沖淤平衡狀況。

橫江彝良縣重點河段治理工程位于彝良縣城，雖然自然條件下總體上河勢變化不大，但由于人類活動頻繁，兩岸修建了大量的房屋及部分防護(hù)堤，局部河段受人為影響還是很大的。

1.2 現(xiàn)狀水面線推求

1.2.1 計算方法

為分析整治河段的防洪能力，推求了橫江彝良縣重點河段治理工程現(xiàn)狀的水面線。根據(jù)設(shè)計洪水、設(shè)計底坡和擬定的設(shè)計斷面，利用HEC-RAS 4.0對河道擬定治理后的防洪能力復(fù)核及水面線計算，HEC-RAS軟件計算原理基于一維能量方程，各斷面采用直接步進(jìn)法推求。其計算公式如下：

(1)

式中：Z1、Z2為下斷面和上斷面的水位高程；α1、α2為下斷面和上斷面的流速系數(shù)；v1、v2為下斷面和上斷面的流速；g為重力加速度；hf、hj為上下游斷面之間的沿程水頭損失和局部水頭損失。

1.2.2 邊界條件及推求成果

控制斷面為2012年3月實測資料，天然河道總長4.80km，共布置了29個橫斷面，斷面平均間距170m，最大間距200m，最小間距33m。在現(xiàn)狀實測橫斷面的基礎(chǔ)上，根據(jù)確定的堤線、堤距，布置行洪斷面的形式，作為推算水面線的基本依據(jù)。

洪峰流量為水文專業(yè)計算而得的設(shè)計頻率洪峰流量。起調(diào)水位為各段出口斷面的水位-流量關(guān)系曲線查算水位。根據(jù)水文計算成果，橫江彝良縣重點河段P=20%和P=5%的洪峰流量為853m3/s、1200m3/s。由水位-流量關(guān)系曲線查算的水位分別為835.69和836.73m。因此，確定治理河段的起調(diào)水位分別為835.69和836.73m 。支流馬腹河P=20%和P=5%的洪峰流量為86.8m3/s、149m3/s。

糙率是一個反映灘槽邊壁粗糙程度和其他一些因素對水流阻力影響的綜合參數(shù)。對于底坡多變、回流區(qū)較多的河流，糙率在0.030-0.045之間取值。根據(jù)《水力計算手冊》(第二版)的相關(guān)建議值，結(jié)合河道各斷面現(xiàn)狀，天然狀態(tài)下糙率為0.045，整治后的糙率為0.040。

該治理河段P=5%、P=20%的現(xiàn)狀水面線成果見表1。

表1 橫江彝良縣重點河段現(xiàn)狀水面線

從上表計算成果可知，由于0+000.00- 0+543.00和支流匯口0+000-0+157段位于原新場鄉(xiāng)街道旁，干流右岸云南彝良天力化工公司新建的防洪堤滿足20a一遇洪水要求，其余河段均不能滿足要求。1+130-1+336段左岸滿足5a一遇洪水防洪要求，但不滿足20a一遇洪水要求。1+408-2+256段，左岸為彝良-昭通老路，滿足5a一遇洪水，但周邊有部分違法建筑，不滿足20a一遇洪水要求，需拆除，由于右岸都堆滿了渣土，高度滿足20a一遇洪水要求。4+522-4+802段，左岸為彝良-昭通老路，右岸為洛澤河大道，高程均滿足20a一遇洪水要求。

洛澤河治理河段內(nèi)沒有河閘建筑物，但有跨河3座公路橋和1座吊橋，經(jīng)復(fù)核除1+100處人行吊橋外,其余3座橋橋面均高于P=5%洪水位,且橋總跨度均大于所在河段的河寬，不會對設(shè)計水面線造成水位雍高現(xiàn)象。該1+100處人行吊橋在P=5%洪水期，水面高于橋面1.2m，應(yīng)加強管理,限制人員通行。

2 堤防工程設(shè)計

2.1 堤型方案比選

防洪堤的堤型選擇主要結(jié)合治理段所處的地理位置，工程重要程度、堤址地質(zhì)、筑堤材料、水流特性、施工條件、運用和管理等要求，考慮到工程造價等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合來確定堤型。該段現(xiàn)狀：為修建公路、工廠時的棄渣場區(qū)，地面高程基本與S201省道(彝良-昭通的二級路)持平。此河段右岸規(guī)劃有縣汽車客運站、縣燃料站等設(shè)施，已建縣消防大隊、縣燃?xì)夤?、石油公司等單位部門，選取三種方案進(jìn)行比較。

方案一：漿砌石衡重式擋洪墻。

結(jié)構(gòu)斷面為：設(shè)計堤頂高程為設(shè)計洪水位加安全超高，堤頂寬度0.8m，上墻和下墻的高度比例為0.56:0.44，上墻墻背坡比為1∶0.25。平臺寬度為0.168H(H為堤高)，下墻墻背比為1∶0.2。迎水面坡比為1:0.15。堤型標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖2。

圖2 漿砌石衡重式擋洪墻

方案二：鋼筋混凝土扶壁式擋洪墻。

結(jié)構(gòu)斷面為：設(shè)計堤頂高程為設(shè)計洪水位加安全超高，堤頂寬度1.0m，底寬與墻高H之比為0.65，扶壁間凈寬為5m，扶壁厚度為1.0m，鍾板厚1m，前趾板長度為1.5m，厚度為0.6-1m，底板下設(shè)置0.2m厚的C15混凝土墊層。堤型標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖3。

圖3 鋼筋混凝土扶壁式擋洪墻

方案三：漿砌石衡重墻護(hù)腳+雷諾墊層護(hù)坡土堤。

結(jié)構(gòu)斷面為：前后坡比均為1∶1.75。迎水坡常遇洪水位以下采用漿砌石衡重墻護(hù)腳，護(hù)坡采用30cm厚的雷諾墊層護(hù)坡，堤頂處采用C15壓頂板。背水坡采用植草護(hù)坡，后坡腳設(shè)0.3m×0.3m的C15混凝土排水溝，堤型標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖4。

圖4 漿砌石衡重墻護(hù)腳+雷諾墊層護(hù)坡土堤

綜合比選，考慮該段有近30m高棄渣，本次選用整體性最好、抗沖刷效果好、耐久性好、施工工期短、占地少、抗彎好、穩(wěn)定性最好的的鋼筋混凝土扶壁式擋墻。

2.2 堤頂高程確定

1)根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)，堤頂超高按下式計算確定：

Y=R+e+A

(2)

式中：Y為堤頂超高，m；R為設(shè)計波浪爬高，m；e為設(shè)計風(fēng)壅增水高度，m；A為安全加高，m。

洛澤河治理工程需要防淹治理的河段設(shè)計堤頂高程為20a一遇洪水位加堤頂超高(波浪爬高+風(fēng)壅水面高+0.6m安全加高)。

經(jīng)計算波浪爬高為0.23-0.29m，風(fēng)雍水面高度為0.001，安全加高值為0.6m，合計防洪堤不允許越浪超高取值0.9m。設(shè)計堤頂高程為20a一遇洪水位加0.9m超高確定。

表2 堤型方案對比分析表(以郎家沙壩段0.8km為例)

3 排澇規(guī)劃

根據(jù)排澇面積的大小，共劃分成5個排澇分區(qū)，其中左岸3個，右岸2個。各片區(qū)排澇面積按坡面、旱地兩種類型來考慮。

1)0+000-0+543段：左岸修建堤防700m(含支流匯口157m)，規(guī)劃為新場街道建設(shè)用地，目前開始在空地上填土，堤后回填比堤頂高，控制徑流面積約為0.1km2(以公路排水溝為界)，排澇流量為0.04m3/s，為考慮此段將來發(fā)展成為居民區(qū)。此階段設(shè)置2個排澇口。采用Φ1000預(yù)應(yīng)力混凝土管，樁號為0+215、0+481，涵洞出口底板高程856.64m、854.00m。由于設(shè)計水面線高于出口高程，存在洪水倒灌現(xiàn)象，需設(shè)置拍門設(shè)施。

支流防護(hù)段較短，澇水集中至干流左岸0+481處排出。

右岸修建防洪堤287m，徑流面積僅為0.03km2，排澇流量為0.01m3/s，由于該段河堤迎水面鋪設(shè)雷諾護(hù)墊，澇水基本沿坡面均勻而下，未產(chǎn)生集中徑流，故不考慮設(shè)置排澇口。

2)1+130-1+336段：左岸修建堤防206m，控制徑流面積約為0.02km2，排澇流量為0.01m3/s，該段現(xiàn)狀無集中排澇口，該治理端較短，澇水直接排至下游，不考慮設(shè)置排澇口。

3)1+408-2+256段：右岸修建堤防848m，控制徑流面積約為1.2km2(以公路排水溝為界)，排澇流量合計為0.51m3/s，堤后規(guī)劃有汽車客運站、燃料站等，此階段設(shè)置2個排澇口。采用Φ1000預(yù)應(yīng)力混凝土管，安裝樁號為1+708m、2+142，涵洞出口底板高程849.33、847.00m。由于設(shè)計洪水位均高于出口高程，故需設(shè)置拍門設(shè)施。

另外，1+931埋有天力化工公司排水管1根，管徑Φ1000，控制面積約2.2km2，排澇流量為0.92m3/s，在此設(shè)置城門洞型涵洞將其包裹，進(jìn)行保護(hù)，過水?dāng)嗝?.5×1.8m，涵洞出口底板高程845.90m。由于設(shè)計洪水位為850.74m高于出口高程，故需設(shè)置拍門設(shè)施。

4)4+522.00-4+802段：左岸修建堤防280m，控制徑流面積約為0.01km2(以公路排水溝為界)，排澇流量為0.01m3/s，該段緊鄰道路，無集中徑流，故不考慮設(shè)置排澇口。

4 結(jié) 論

1)通過流域河道實測斷面分析河床演變過程，河道兩岸受工程活動影響較大，基本上處于沖淤平衡狀態(tài)。

2)采用能量公式，利用HEC-RAS軟件推求河道設(shè)計水位線，通過計算安全超高為0.9m，為河道堤頂高程確定提供參考。

3)通過3種方案分析，確定采用鋼筋混凝土扶壁式擋墻堤型，在抗沖刷性、穩(wěn)定性、耐久性等方面均具備較大的優(yōu)勢。

4)結(jié)合流域片區(qū)，對河道排澇口設(shè)置規(guī)劃進(jìn)行分析，確定在1+408-2+256段設(shè)置排澇口。