開化縣金村溪山洪溝防洪治理技術(shù)方案分析

周淑英，蔣 碧

(1.浙江省防汛機動搶險總隊衢州支隊，浙江 衢州 324000；2.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

1 流域概況

開化縣位于浙江省西部，錢塘江發(fā)源地，浙、皖、贛三省七縣交界處。受復(fù)雜的氣候條件和特殊的地形條件影響，臺風(fēng)、強降雨引發(fā)的溪河洪水和由此誘發(fā)的滑坡、泥石流等山洪災(zāi)害極易發(fā)生[1]，山洪災(zāi)害的防御已經(jīng)成為防汛抗災(zāi)中的一個重點[2]。金村溪流域多山地地形，河流為典型的山區(qū)性河流，流域內(nèi)以山地丘陵為主，只有零星河谷平原，成為河道兩岸主要的糧食種植地。

金村溪河段峽谷較多，谷窄流急，兩岸山高坡陡，巖石裸露。洪水暴漲暴落，變幅較大，加之上游水土流失嚴重，河道逐年淤積嚴重?，F(xiàn)有河道護岸擋墻單薄，基礎(chǔ)埋深淺，抗沖能力差，遭遇暴雨時，極易引發(fā)山洪，沖毀堤防護岸，沿岸農(nóng)田更是年年受災(zāi)，嚴重影響了當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。頻繁的洪災(zāi)給流域內(nèi)鄉(xiāng)村造成了較大的損失，嚴重制約了流域內(nèi)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。為提高區(qū)域防洪能力，保證流域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，當?shù)厝罕娖惹幸髮鸫逑M行治理，改善防洪條件，保障村莊和農(nóng)田安全。

2 流域治理面臨的問題

2.1 防洪能力偏低

金村溪河道防洪能力偏低，局部河段淤積嚴重?，F(xiàn)狀河道偏窄，河道行洪能力較低。加上部分地方因水土流失、山區(qū)性河道暴漲暴跌以及工程建設(shè)，部分河段淤積嚴重，擠占了行洪斷面，導(dǎo)致河道行洪能力不足，容易引發(fā)洪水漫堤。同時河道內(nèi)存在的淤積、棄渣、建筑和生活垃圾等影響村容村貌，污染農(nóng)村環(huán)境。

2.2 護岸破損嚴重

現(xiàn)有的護岸堤身破損，部分河段護岸堤腳沖刷嚴重。現(xiàn)狀堤防護岸多為早年興建，填筑質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)單薄，加上已運行多年，老化嚴重，局部滑坡、倒塌；部分河段岸坡?lián)鯄A(chǔ)埋深淺，受洪水沖刷，基礎(chǔ)外露受損，存在安全隱患；部分河道為土質(zhì)自然岸坡，河岸沖刷滑塌。堤防護岸現(xiàn)狀不利于群眾安居樂業(yè)與人居環(huán)境的改善，一定程度上制約了區(qū)域綜合競爭力的提升。

2.3 水土流失嚴重

由于山區(qū)可耕地少，經(jīng)濟落后，在六七十年代，為了增加可耕地，在河道上圍灘造地，致使河道過水斷面不斷減少。山區(qū)出現(xiàn)人多地少的狀況，農(nóng)民迫于生計，在山坡地上開荒種植，由此河流長期受人類生產(chǎn)活動的影響，植被覆蓋度逐漸降低，加之山高坡陡、降水量多、強度大，容易造成水土流失，導(dǎo)致下游河床抬高，降低水利工程的防洪、蓄水及行洪能力，加劇山洪災(zāi)害的發(fā)生。

3 防洪溝治理工程方案設(shè)計

3.1 治理任務(wù)

金村溪山洪溝治理工程的任務(wù)主要為防洪，兼改善河道生態(tài)環(huán)境。根據(jù)保護區(qū)的重要性及規(guī)模的大小，對治理范圍內(nèi)河道護岸進行加高、加固，對重點保護區(qū)域，提高其防洪能力至10年一遇。

3.2 防洪水利計算

金村溪屬山區(qū)性河道，采用一維恒定非均勻流進行防洪水利計算[3-4]，采用HEC-RAS(hydrologic engineering center’s river analysis system)計算軟件構(gòu)建一維恒定非均勻流模型[5]。

HEC-RAS軟件能夠?qū)绷?Fr>1)、緩流(Fr<1)和臨界流(Fr=1)三種流態(tài)進行水面線計算。計算原理基于一維能量方程，采用標準逐步推算法(standard step method)求解[6]。一維恒定非均勻流計算公式如下：

(1)

式中：Z1，Z2—分別為上、下斷面河底高程；

Y1，Y2—分別為上、下斷面水深；

V1，V2—分別為上、下斷面平均流速；

α1，α2—分別為上、下斷面動能校正系數(shù)；

hg—水頭損失。

水頭損失包括摩阻損失與局部損失兩部分，由公式(2)計算：

(2)

式中：L—按流量加權(quán)長度；

C—斷面擴張或收縮系數(shù)。

模型計算考慮河道主槽和河灘地的調(diào)蓄作用，也考慮河道上的堰壩、橋梁等建筑物的影響?，F(xiàn)狀工況水利計算時，考慮低矮堤防堤內(nèi)的蓄洪過洪作用。規(guī)劃工況水利計算時，考慮規(guī)劃工程布局方案，以盡可能摸擬河道實際情況為原則。

3.3 工程規(guī)模

工程兩側(cè)離居民區(qū)較近，河道拓寬難度較大，因此工程設(shè)計主要以新建護岸、堤防與加固破損護岸的形式，設(shè)計軸線基本沿自然岸線布置。工程分五豐段、五福段、金路段、金村段、黎明段、西塢段共六段，共整治河道總長3.59 km，新建與加固護岸長3.39 km，新建堤防長0.33 km。

3.4 主要建筑物設(shè)計

3.4.1 堤防設(shè)計原則

本工程的主要建筑物為堤防與護岸,根據(jù)各河段地形地質(zhì)條件、水流沖刷、現(xiàn)狀堤防結(jié)構(gòu)、岸邊建筑物分布等情況，考慮與現(xiàn)狀河道堤距與規(guī)劃堤距盡可能的匹配，同時結(jié)合穩(wěn)定計算擇優(yōu)選定，堤防設(shè)計采用以下原則：

(1)行洪堤距及過水斷面滿足規(guī)劃防洪、排澇要求；

(2)堤防斷面滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求；

(3)在滿足河道行洪斷面要求的前提下，盡量減少拆遷與對兩岸農(nóng)田的占用。

3.4.2 堤型設(shè)計

防洪堤型式按照因地制宜、就地取材的原則，并根據(jù)河段所在的位置的地質(zhì)條件、水流特性、施工條件、運用管理及環(huán)境景觀等因素以及與上下游老堤防結(jié)構(gòu)型式的銜接，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較綜合確定[7-8]。

本次工程中黎明村段以自然岸坡為主，無防護能力，左岸居住人口密集，應(yīng)重點保護，設(shè)計該段新建堤防。根據(jù)現(xiàn)場踏勘地形，就直立式、復(fù)合式兩種斷面進行比較(見圖1，圖2)。

圖1 干砌塊石直立式擋墻斷面

圖2 復(fù)式擋墻斷面

方案1，采用如圖1所示干砌塊石直立式擋墻，堤頂設(shè)置2.5 m寬C20混凝土道路，供附近居民與小型農(nóng)用器械使用，為減少擋墻后耕地占用，擋墻背水側(cè)設(shè)置小擋墻，并設(shè)置C20混凝土灌排渠道供治理區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、排水。

方案2，采用圖2復(fù)式擋墻，一級擋墻沖刷嚴重采用漿砌石材料，設(shè)置2.0 m寬C20混凝土游步道共居民使用，一級擋墻與二級擋墻間采用1 ∶1.5草皮護坡連接，二級擋墻采用干砌石擋墻，設(shè)2.5 m寬C20混凝土道路供附近居民與小型農(nóng)用器械使用，擋墻背水側(cè)設(shè)置C20混凝土灌排渠道供治理區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、排水。

從表1可以看出，兩種方案均具有較好的技術(shù)可靠性，方案1每延米投資略高于方案2?？紤]到河道行洪時流量大、流速急的特點，且治理范圍內(nèi)對堤防抗沖刷要求較高、耕地資源稀缺，為減少對兩岸耕地的進占，本工程主要堤防型式選用方案一的直立式擋墻，對于壩山底段上游部分，因有一定生態(tài)要求，選擇方案二的復(fù)合式斷面對現(xiàn)存竹林進行保護。

3.4.3 護岸設(shè)計

根據(jù)本工程實際情況，護岸設(shè)計的基本思路是對治理區(qū)域內(nèi)防洪能力不足的河段進行新建護岸及堤防，對現(xiàn)有破損嚴重的護岸進行加固、加高，提高防沖能力，工程總平面布置圖(見圖3)。

表1 堤防斷面型式技術(shù)比較表

圖3 金村溪重點山洪溝治理工程總平面布置圖

(1)五豐段、五福段

這兩段河道為新建護岸段，現(xiàn)狀河道較窄，考慮到河道行洪時流量大、流速急的特點，該段選擇過水斷面大的直立式擋墻。

(2)京路段、金村段

京路段河道為新建護岸段，考慮到自然岸坡段，現(xiàn)狀河道面寬較寬，但該段位于河道轉(zhuǎn)角，沖刷較嚴重，為減少河道進占與對右岸農(nóng)田的影響，該段選擇過水斷面大的直立式擋墻。金村段河道為新建護岸段，現(xiàn)狀河道面寬較寬，但兩側(cè)為當?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖基地，政策處理方面較為困難，為了減少對兩岸土地的征用，該段選擇直立式擋墻。

(3)黎明段

該段主要保護對象為農(nóng)田和村莊，長畈段與宋家門段新建護岸，為保證行洪和減少占用耕地，斷面型式采用過水斷面大、占地較少的直立式擋墻；下游壩山底段新建堤防，為保護現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，河道轉(zhuǎn)角處采用復(fù)式擋墻結(jié)構(gòu)，下游采用占地較少的重力式擋墻。

(4)西塢段

該段主要保護對象為農(nóng)田和村莊，為保證行洪和減少占用耕地，斷面型式采用過水斷面大、占地較少的重力式擋墻。

4 工程實施效果

(1)工程實施后將提高兩岸防洪標準和河道抗沖能力，與非工程措施結(jié)合，有效降低了山洪災(zāi)害對人民群眾生命安全和財產(chǎn)安全造成的危險，對維持正常生產(chǎn)生活環(huán)境，穩(wěn)定社會秩序、保障安定團結(jié)，促進社會經(jīng)濟和諧發(fā)展起到重大作用。

(2)工程實施后將顯著提高河道防洪抗沖能力，完善洪澇臺災(zāi)害防御體系，有效減輕兩岸的洪災(zāi)損失，為周邊居民創(chuàng)造穩(wěn)定的生產(chǎn)、生活環(huán)境提供保障。同時河道岸線整治工程將大大改變現(xiàn)狀河道岸線凌亂、護岸生硬破舊的現(xiàn)狀，為促進當?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)創(chuàng)造了良好的條件。

(3)工程實施后，重新塑造了河道岸線，加強了河道的生態(tài)修復(fù)功能，有利于河道健康可持續(xù)發(fā)展，促進了生物多樣性發(fā)展，同時為周邊居民提供了良好的濱水休閑場所，真正實現(xiàn)人與自然和諧共處。通過岸線整治，疏浚河道，提高了堤防護岸的抗沖能力，降低山洪災(zāi)害發(fā)生的概率，減輕水土流失狀況，有利于當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護。

5 結(jié)論

通過對開化縣金村溪山洪溝防洪治理技術(shù)進行研究，對山洪溝防洪設(shè)計深入分析，提出了山洪災(zāi)害防治的工程措施，指出了目前流域治理存在的問題，研究了金村溪山洪溝治理設(shè)計方案，對山洪溝防洪工程進行了總體布置，對堤防斷面型式進行了比選，設(shè)計并提出了不同護岸結(jié)構(gòu)型式，為其他相關(guān)工程提供參考。