轱轆滾河洪澇成因與防洪方案研究

趙文軍，牛英杰

(北安市水務(wù)局，黑龍江北安164000)

1 流域概況

轱轆滾河位于北安市境內(nèi)，系烏裕爾河左岸的一級(jí)支流，發(fā)源于小興安嶺西南山麓，流經(jīng)建設(shè)農(nóng)場、趙光農(nóng)場、趙光鎮(zhèn)、紅星農(nóng)場、克東縣玉崗鎮(zhèn)福錄村、福安農(nóng)場十三連、鄰河村和北興村，匯入烏裕爾河，流域面積750 km2。轱轆滾河流域?qū)傩∨d安嶺與松嫩平原的過渡丘陵漫崗地帶，崗頂平緩，微地形變化大，海拔高程為240～370 m?？偟牡貏?shì)是東高西低，微向西傾斜。轱轆滾河長72 km，河流主槽寬度為12 m，河槽深度為2.0 m，河道坡降為1/350～1/850。轱轆滾河干流上沒有控制性工程，左側(cè)只有群眾自發(fā)建設(shè)的圍堤，但不足3 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，堤長4.5 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，防御洪水能力差，堤基滲水，危及堤身安全。

2 洪澇災(zāi)害及成因

2.1 洪澇災(zāi)害

流域自然災(zāi)害頻繁，澇災(zāi)發(fā)生機(jī)率為33.3%，平均3 a發(fā)生1次洪澇災(zāi)害，成災(zāi)面積大。往往是第一年受澇，第二年即發(fā)生春澇，影響第二年的耕種，造成部分農(nóng)田棄耕，損失嚴(yán)重。

1991年流域內(nèi)發(fā)生洪澇災(zāi)害，使轱轆滾河沿岸紅星、趙光、建設(shè)這3個(gè)農(nóng)場、1個(gè)城鎮(zhèn)受災(zāi)，造成受災(zāi)人口20 690人，受淹面積8 267 hm2，損失糧食1.81萬t，沖毀橋梁2座，沖毀通訊線路3 km，沖毀輸電線路2 km，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3 530萬元。

2.2 洪澇災(zāi)害成因

洪澇災(zāi)害主要是由坡水、洪水、不利的土壤地質(zhì)形成。

1)轱轆滾流域地形起伏明顯，徑流峰高流急。洪水長時(shí)間持續(xù)，不僅對(duì)坡耕地造成水土流失、沖蝕溝，而且對(duì)低平原區(qū)危害嚴(yán)重，經(jīng)常漫溢出槽，淹沒農(nóng)田，并受外洪頂托倒灌影響，使內(nèi)水無法排除，造成洪澇。

2)年降水量為555 mm，時(shí)空分配變差大，6月～9月降水占全年降水量的80%，此期常有短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨、長歷時(shí)連續(xù)降水過程，造成洪澇災(zāi)害。

3)當(dāng)?shù)赝寥雷钌蠈訛楦惩粒诙訛閬嗮ね脸练e層，通透性差，垂直下滲弱，含蓄水量多，易成澇漬災(zāi)害。第三層以下為泥巖與含水層交替地質(zhì)層，阻滯地表水下滲。雨季外河水位上漲高于地面，低洼地形成地表明水，在下層亞黏土的阻滯作用下，使耕地中地表水減少下滲。

3 防洪設(shè)計(jì)方案

轱轆滾河規(guī)劃堅(jiān)持既有效防御洪水，又安排好洪水出路，協(xié)調(diào)好治理河段與河流下游防洪標(biāo)準(zhǔn)與山洪災(zāi)害防治的關(guān)系，統(tǒng)籌兼顧河流治理和河道管理、工程措施與非工程措施、防洪與排澇、近期與長遠(yuǎn)的關(guān)系。

3.1 防洪工程

3.1.1 推算控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量

采用《水文圖集》法，根據(jù)提供的(全河段)8個(gè)斷面位置，從1/5萬地形圖量算各斷面以上集水面積，從圖集選定各斷面以上流域重心的Cp、Cv和Cs=2.25Cv，計(jì)算公式為:

式中:Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;Kp、K5%分別為設(shè)計(jì)頻率和頻率為20 a一遇的模比系數(shù)，K3%=4.29，K10%=2.76;Cp為20 a一遇最大流量參數(shù)，Cp=4.0，Cv=1.7;F為集水面積，km2。

計(jì)算成果見表1:

表1 流量計(jì)算表

3.1.2 推求斷面設(shè)計(jì)水位

采用簡化的恒定非均勻流公式:

式中:H上、H下分別為上、下游水位;Q為設(shè)計(jì)流量，m3/s;K為上、下游斷面平均流量模數(shù);L為上、下游斷面洪水間距，m。采用下式計(jì)算K值:

式中:R為水力半徑，m;n為選用主槽糙率為0.03和灘地糙率0.06;A為斷面面積，m2。

采用1/1萬地形圖點(diǎn)繪河道斷面，共點(diǎn)繪41個(gè)斷面，分別計(jì)算出斷面設(shè)計(jì)流量、水位，繪制水面線。

3.1.3 計(jì)算堤防超高

根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范，堤防超高采用公式:

式中:Y為設(shè)計(jì)堤頂超高，m;R為設(shè)計(jì)波浪爬高，m;e為計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度，m;A為安全加高，m。經(jīng)計(jì)算轱轆滾河堤防超高為1.3 m。

轱轆滾河干流堤防按設(shè)計(jì)流量、水位和20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，確定堤距和堤防高程。堤防為4級(jí)，考慮堤身穩(wěn)定、交通和防汛搶險(xiǎn)要求，堤頂寬為4.0 m，內(nèi)、外游邊坡建議采用1∶3。僅在險(xiǎn)工弱段和主流靠岸、迎流頂沖段的迎水坡采用工程護(hù)坡，護(hù)坡型式為干砌石護(hù)坡厚30 cm，下設(shè)15 cm砂墊層。

3.2 坡水工程

推求坡水設(shè)計(jì)流量:采用《水文圖集》法，根據(jù)不同斷面集水面積，從圖集選定各斷面以上流域重心的Cp、Cv和Cs=2.25Cv，仍按公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

坡水防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇洪水，本著高水高排，內(nèi)外分流的原則，按坡水流量設(shè)計(jì)和布置截流溝、泄洪溝。

3.3 平原排水工程

采用平原旱田排水模數(shù)公式推求流量:

式中:qd為旱田排水模數(shù)，m3/s/km2;R為設(shè)計(jì)徑流深，mm;t為排澇歷時(shí)，取2 d。

利用不同土壤的降雨(P1+Pa)、徑流(R)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)成果資料，繪制成(P1+Pa)～R關(guān)系線圖進(jìn)行查算，將查得的R值代入排水模數(shù)計(jì)算公式計(jì)算qd值。以排水模數(shù)再推求排水流量。按內(nèi)部排水5 a一遇標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)澇排水模數(shù)計(jì)算和布置排水干、支溝。

3.4 建筑物設(shè)計(jì)

建筑物的座數(shù)應(yīng)根據(jù)排水分區(qū)盡量合并排水出口，以減少穿堤建筑物的數(shù)量，并根據(jù)地形條件、地質(zhì)條件和水流條件確定建筑物的位置。共布置排水閘12座，橋3座。

排水分區(qū)按行政單位分開，建設(shè)農(nóng)場堤段排水為2個(gè)分區(qū)，布置排水閘2座;趙光農(nóng)場段為1個(gè)排水分區(qū)，布置排水閘1座;趙光鎮(zhèn)堤段按水系分為6個(gè)排水分區(qū)，布置排水閘6個(gè);紅星農(nóng)場排水分區(qū)2個(gè)，布置排水閘2個(gè);克東段排水分區(qū)1個(gè)，布置排水閘1座。

排水閘工程根據(jù)排水分區(qū)的匯水面積，計(jì)算排水閘流量在3.02～19.44 m3/s。跨越轱轆滾河，建議修建交通橋。橋梁工程等級(jí)按公路交通規(guī)范，道路為四級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用25 a一遇，設(shè)計(jì)流量為86.5～95.8 m3/s。

在設(shè)計(jì)中對(duì)流量較小的排水閘工程，采用涵洞式，分為進(jìn)口護(hù)砌段、穿堤段(即洞身段)、消力池段、海漫段。洞身長視堤防標(biāo)準(zhǔn)而定，洞徑綜合考慮水力計(jì)算和檢修要求:對(duì)流量較大的排水閘，采用開敞式，進(jìn)口有干砌石護(hù)砌段、混凝土鋪蓋段、閘室段、消力池段和海漫段，閘室段上設(shè)交通橋，橋面寬與堤頂寬相同。

4 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

轱轆滾河防洪工程建成后，使區(qū)內(nèi)的1.9萬人和51個(gè)村屯、3個(gè)鎮(zhèn)、場得以擺脫內(nèi)外水的危害，可保護(hù)耕地7 200 hm2，荒原5 800 hm2;可保護(hù)公路139 km、鐵路6.6 km、通訊線路163 km和輸電線路264 km的正常運(yùn)行?？墒姑磕旯まr(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)4.65億元，人均年純收入達(dá)6 500元。隨著建管工作的完善，防護(hù)林帶的形成，必將形成堤成帶、樹成行、路、渠成網(wǎng)的配套工程，可調(diào)節(jié)改善區(qū)域內(nèi)的小氣候，還可防風(fēng)保水土，形成良性的生態(tài)環(huán)境。

[1]張建國，王永波，韋富英.哈爾濱市城市洪澇災(zāi)害成因分析及防汛對(duì)策探討[J].黑龍江水利科技，2008，36(6):20－21.