某生態(tài)清潔小流域溝道整治工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

賀元波

（貞豐縣水務(wù)局，貴州 貞豐 562200）

1 工程概況

洛項(xiàng)河生態(tài)清潔小流域位于貞豐縣的魯貢鎮(zhèn)的魯貢社區(qū)、管路村、板懷村和毛悶村等四個(gè)村，距縣城約30 km。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合《土壤侵蝕分級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》判別統(tǒng)計(jì)，洛項(xiàng)河生態(tài)清潔小流域總面積18.81 km2，其中流域內(nèi)微度流失面積9.60 km2，占總失面積的51.03%；流域內(nèi)輕度流失面積1.40 km2，占總面積的7.45%；中度流失面積7.65 km2，占總流失面積的40.66%；強(qiáng)烈流失面積0.16 km2，占總流失面積的0.85%。洛項(xiàng)河生態(tài)清潔小流域的土壤侵蝕類(lèi)型以侵蝕方式主要以水力侵蝕為主，土壤平均侵蝕模數(shù)為1 988.30 t/（km2·a），年均土壤侵蝕量為3.74 萬(wàn)t。大量的水土流失是由坡耕地和郁閉度不高的林地造成的。

洛項(xiàng)河生態(tài)清潔小流域?yàn)榈椭猩綅{谷地貌，土壤主要為黃壤、黃棕壤。小流域植被屬典型的亞熱帶常綠闊葉林混交林地帶，整個(gè)小流域林草覆蓋率為60.06%。

2 溝道整治水面線推求

設(shè)計(jì)對(duì)板懷村地段平夯溝道進(jìn)行生態(tài)治理，改善河岸生態(tài)環(huán)境，防止河岸侵蝕，促進(jìn)小流域內(nèi)旅游業(yè)的發(fā)展，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，洛項(xiàng)河是洛項(xiàng)河的一級(jí)支流，北盤(pán)江的二級(jí)支流。

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)規(guī)范，整治河段按5 年一遇洪水設(shè)計(jì)。經(jīng)查圖集，最大1 h 暴雨量為46 mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv，24 h 暴雨量為100 mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv。

2.2 設(shè)計(jì)洪峰流量

根據(jù)萬(wàn)分之一地形圖量算的治理溝道終點(diǎn)斷面的流域參數(shù)（見(jiàn)表1），洪峰流量采用《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)（修訂本）-小匯水流域部分》之修訂式計(jì)算洪峰流量。

表1 治理溝段終點(diǎn)斷面流域參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

式中：Qp—設(shè)計(jì)頻率P的洪峰流量（m3/s）；γ1—小匯水流域匯流系數(shù)取值0.38；f—流域形狀系數(shù)，f=F/L2；L—流域河長(zhǎng)（km）；J—平均比降（‰）；F—集水面積（km2）；C—洪峰徑流系數(shù)，取0.6512；H24hp—24 h 設(shè)計(jì)暴雨（mm），5 年一遇設(shè)計(jì)暴雨131 mm。

計(jì)算得治理河段終點(diǎn)斷面5年一遇洪峰流量24.60 m3/s。

2.3 控制斷面水位流量關(guān)系

以治理河段終點(diǎn)1+365斷面作為控制斷面，水位流量關(guān)系曲線按照曼寧公式Q=A·R2/3I1/2推求。比降參數(shù)采用0.018～0.020。糙率整治前n取0.040～0.045，整治后n取0.030～0.035推求水位流量關(guān)系，斷面1+365水位流量關(guān)系成果見(jiàn)表2。

表2 1+365斷面水位流量關(guān)系曲線表

2.4 水面線計(jì)算

本次治理河段按5 年一遇洪水設(shè)計(jì)。根據(jù)整治前后的溝道斷面資料，按照伯努利方程：

Zu+（a+ζ）＝Zd+（a+ζ），推算整治后溝道水面線。整治前水面線計(jì)算，結(jié)合《天然溝道糙率表》，天然溝道糙率取值0.040～0.045，通過(guò)筑堤后，很大程度上改變了河床的天然狀態(tài)，河流的水力條件得到改善，因此整治溝道后斷面的糙率較天然溝道的糙率略低，取值為0.030～0.040。由1/1 000 實(shí)測(cè)地形圖剖得橫、縱斷面，以及設(shè)計(jì)洪水，用伯努利公式計(jì)算天然溝道的洪水水面線。規(guī)劃河段全長(zhǎng)1 365 m，共布設(shè)了14 個(gè)橫斷面，計(jì)算起始斷面為1+365，根據(jù)水位流量關(guān)系成果得1+365 斷面P=20%時(shí)的整治前后的洪水位分別為471.28 m和470.81 m。

計(jì)算成果表明，整治后水位較天然水位略有降低。溝道整治前后設(shè)計(jì)洪水水面線成果表（此略）、圖（此略）。

3 溝道堤防工程設(shè)計(jì)

3.1 溝道堤線布置原則

①河堤堤線與河勢(shì)流向相適應(yīng)，并與大洪水的主流線大致平行；②堤線力求堤線平順，各堤段平緩連接，不采用折線或急彎；③新建工程盡可能利用現(xiàn)有堤防和有利地形，修筑在基礎(chǔ)較好，比較穩(wěn)定的灘岸上；④盡量與鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)總體規(guī)劃相符合；⑤盡量布置在占?jí)焊?、拆遷房屋等建筑物少的地帶，并有利于防汛搶險(xiǎn)和工程管理。

3.2 堤型與堤頂高程

3.2.1 堤型選擇

洛項(xiàng)河板懷村段兩岸均為基本農(nóng)田，因此不能占地，堤型選擇為漿砌石重力堤，堤線沿原河堤布置，均能占用農(nóng)田。

3.2.2 堤頂高程確定

堤頂高程按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》為設(shè)計(jì)洪水位加上堤頂超高。堤頂超高按式（1）計(jì)算：

式（1）中：A—安全加高值，此工程為5 級(jí)堤防，按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》安全加高值為0.30 m；e—設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度（m）；R—設(shè)計(jì)波浪爬高（m）。

洛項(xiàng)河治理段堤頂超高計(jì)算成果表（此略）。

工程主要建筑為5級(jí)，設(shè)計(jì)堤防為漿砌石重力式的堤防工程，安全加高值0.30 m，由以上計(jì)算表格結(jié)果可知，治理段堤頂超高Y=0.40 m，相應(yīng)的防洪堤堤頂高程為：設(shè)計(jì)洪水位（P=20%）+0.40 m，各段的設(shè)計(jì)水位見(jiàn)設(shè)計(jì)水面線成果表，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)堤頂高程表（此略）。

3.3 溝堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

重力式防洪堤斷面設(shè)計(jì)：堤頂寬0.05 m，最大堤高2.60 m，基礎(chǔ)埋深0.60 m，擋墻頂設(shè)10 cm厚C15細(xì)石混凝土壓頂，河堤背水面垂直，迎水面按1:0.30坡度放坡砌筑，堤身采用M7.5漿砌塊石；堤后用開(kāi)挖土石回填至地面高程，堤身設(shè)排水孔φ為75 mm，間距為3 m，排水孔坡度10%，排水孔后堆0.03 m3的反濾層。每隔10 m 設(shè)置伸縮縫，縫寬2～3 cm，縫內(nèi)用瀝青木板充填，具體詳見(jiàn)設(shè)計(jì)斷面圖（此略）。

3.4 溝堤穩(wěn)定計(jì)算

漿砌石重力式防洪堤穩(wěn)定計(jì)算工況分為常年水位和設(shè)計(jì)洪水位陡降兩種工況，工況①：設(shè)計(jì)洪水位（P=20%）時(shí)的靜水壓力+堤背土壓力+堤背水壓力+堤底揚(yáng)壓力+地面均布荷載+堤身自重。工況②：河床枯水位時(shí)的靜水壓力+堤背土壓力+堤背水壓力（與地面同高）+堤底揚(yáng)壓力+地面均布荷載+堤身自重。

河堤枯水季節(jié)為穩(wěn)定最不利情況，因此選取溝道內(nèi)最枯水時(shí)工況②為計(jì)算工況。

3.4.1 基本資料

墻身尺寸：墻身總高2.60 m，墻頂寬0.50 m，面坡垂直，下墻背坡傾斜度1:0.3，采用1 個(gè)擴(kuò)展墻趾臺(tái)階，墻趾臺(tái)階b1為0.30 m，墻趾臺(tái)階高h(yuǎn)1為0.60 m。

3.4.2 物理參數(shù)

土石回填18 kN/m3，水9.80 kN/m3。土的內(nèi)摩擦角：30°，地基摩擦系數(shù)f：0.35，地基承載力P：0.30 kPa，砌體容重：23 kN/m3。

3.4.3 計(jì)算方法

表3 防洪堤穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算成果表單位：kPa

從上表可知，擋墻設(shè)計(jì)斷面的抗滑穩(wěn)定及抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力小于地基承載力，滿足要求。

3.5 堤基抗沖刷計(jì)算

在水流的作用下，河水對(duì)防洪堤基礎(chǔ)有沖刷作用。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，護(hù)岸沖刷公式：Δhb=hp×，經(jīng)計(jì)算，治理河段基礎(chǔ)最大沖刷深度為0.46 m，而設(shè)計(jì)防洪墻基礎(chǔ)埋深為0.60 m，滿足設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，熟悉工程概況，按生態(tài)清潔小流域項(xiàng)目建設(shè)要求，完成溝道整治水面線推求，實(shí)施溝道堤防工程設(shè)計(jì)，為典型溝道整治工程提供設(shè)計(jì)依據(jù)。