旬邑縣第界溝山洪溝治理工程方案探討

舒鵬祥

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽(yáng) 712000)

1 概況

第界溝為三水河左岸一級(jí)支流，發(fā)源于旬邑縣城關(guān)鎮(zhèn)第界村東部山區(qū)，自東向西流經(jīng)第界村、喬家峁、馬渠村，于連家河村注入三水河，入河口位于旬邑縣城東北約5 km處。第界溝控制流域面積126.4 km2，主河道長(zhǎng)度24.9 km，河道平均比降17.9‰。治理段沿岸涉及城關(guān)鎮(zhèn)的第界村、連家河村兩個(gè)村組，總戶數(shù)411戶，總?cè)丝?350人，耕地2.33萬(wàn)畝。

2 防洪現(xiàn)狀及存在主要問題

2.1 防洪現(xiàn)狀

第界溝受其季風(fēng)氣候影響以及其特殊的自然地理?xiàng)l件，山洪災(zāi)害一直是沿岸人民的心腹大患。第界溝距離縣城約5 km，隨著縣城經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與人口的持續(xù)增長(zhǎng)，排入第界溝的工業(yè)廢水與生活污水逐年增加，第界溝兩岸環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。第界溝作為沿線居民的主要防洪河道，生活垃圾沿河傾倒現(xiàn)象嚴(yán)重，加上多年淤積，致使第界溝行洪斷面逐年減小，對(duì)沿岸各個(gè)自然村的防洪安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)有溝道已基本形成溝槽，沿山洪溝未設(shè)置任何堤防工程。

2.2 主要問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和實(shí)地測(cè)量，第界溝未進(jìn)行防洪治理，主要存在以下問題：

(1)第界溝淤積問題突出。由于第界溝沿線村莊多，群眾隨意向溝道傾倒垃圾、雜物嚴(yán)重，致使第界溝淤積問題突出。

(2)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，溝道現(xiàn)狀雜草叢生，溝道內(nèi)亂堆、亂種現(xiàn)象嚴(yán)重，阻礙了溝道的行洪，縮小了過水?dāng)嗝?。?yán)重威脅到了溝道兩岸村莊、耕地及當(dāng)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

(3)隨著新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃的提出和村鎮(zhèn)人口、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，該溝道的防洪問題日益突出，因此對(duì)第界溝進(jìn)行防洪治理顯已迫在眉睫。但由于旬邑縣屬傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣，地方財(cái)力有限，對(duì)溝道治理的投入遠(yuǎn)不能滿足第界溝防洪工程的需要，沿河居民和農(nóng)田防洪保護(hù)設(shè)施基本處于空白狀態(tài)，急需投資修建。

2.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)防洪的要求

本次治理河段涉及20個(gè)自然村，2020年農(nóng)村人均總收入4300元。為了加快當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際，近年來(lái)各級(jí)政府積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)農(nóng)民在川道里發(fā)展果業(yè)和中草藥產(chǎn)業(yè)，迫切需要加快第界溝的治理。目前該河段防洪能力很差，現(xiàn)狀不容樂觀。一旦發(fā)生較大洪水，就會(huì)引發(fā)洪水災(zāi)害，造成較大損失，嚴(yán)重阻礙當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐。

針對(duì)工程區(qū)實(shí)際情況，治理段起點(diǎn)位于第界溝入三水河口上游17 km處，河道治理總長(zhǎng)6.034 km。實(shí)施該項(xiàng)目治理，是加強(qiáng)第界溝防洪薄弱環(huán)節(jié)，消除山洪隱患，恢復(fù)溝道兩岸生態(tài)健康，保障沿岸群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

4.工程設(shè)計(jì)

4.1 工程規(guī)模

根據(jù)工程范圍內(nèi)的保護(hù)對(duì)象和建筑物狀況，結(jié)合中華人民共和國(guó)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 20586-2013)分析確定擬建堤防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門、各地區(qū)的防洪要求和防洪建設(shè)的需要，維護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，中華人民共和國(guó)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)根據(jù)以鄉(xiāng)村為主的防護(hù)區(qū)內(nèi)人口或耕地面積，把城市防洪標(biāo)準(zhǔn)分為四級(jí)。本次設(shè)計(jì)防洪工程主要以保護(hù)鄉(xiāng)村為主，保護(hù)人口小于20萬(wàn)人，防護(hù)區(qū)耕地面積小于30萬(wàn)畝，工程等別為Ⅴ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)取10 a一遇洪水設(shè)計(jì)。

4.2 堤防設(shè)計(jì)

4.2.1 堤頂高程

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)，堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定。經(jīng)計(jì)算堤頂超高值見表1。

《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定：5級(jí)堤防的堤頂超高值不應(yīng)小于0.5 m。因此，根據(jù)堤頂超高計(jì)算成果，堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面的堤頂超高為0.8 m。

表1 堤頂超高計(jì)算成果表 單位：m

4.2.2 堤防基礎(chǔ)埋深

本次設(shè)計(jì)依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)，對(duì)10 a一遇的設(shè)計(jì)洪水對(duì)實(shí)施的堤防斷面的沖刷深度進(jìn)行計(jì)算。

(1)水流平行堤岸沖刷深度。水流平行堤岸所產(chǎn)生的沖刷深度采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)公式D.2.2-1進(jìn)行計(jì)算：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，m，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；Vcp為河床面上允許不沖流速，m/s；n為與防護(hù)坡在平面上的形狀有關(guān)的指數(shù)，一般取n=0.25。

本次設(shè)計(jì)根據(jù)本工程河段洪水流勢(shì)及堤防布置情況，選取若干典型堤防斷面，結(jié)合本次設(shè)計(jì)洪水水面線計(jì)算結(jié)果，按上式分別進(jìn)行各斷面在水流平行堤岸情況下堤防臨水側(cè)坡腳處的沖刷深度計(jì)算。計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 水流平行堤岸沖刷深度計(jì)算結(jié)果表

綜合上述水流平行堤岸情況下堤防臨水側(cè)坡腳處的沖刷深度計(jì)算結(jié)果，本工程堤防臨水側(cè)坡腳處灘面以下的最大沖深為0.6 m，因此堤防臨水側(cè)應(yīng)采取必要的護(hù)腳措施。經(jīng)綜合分析，確定堤防護(hù)腳基礎(chǔ)埋置深度為0.14 m～0.6 m之間。

4.2.3 堤防橫斷面

根據(jù)本次設(shè)計(jì)實(shí)地踏勘，溝道地形寬闊，現(xiàn)狀基本無(wú)設(shè)防，本次設(shè)計(jì)遵循《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定，并根據(jù)山洪溝泄洪特點(diǎn)，河堤堤線保持與河勢(shì)流向基本相適應(yīng)，河段一岸高地與一岸堤防之間的距離大致相等，堤防基本保持平緩連接。

根據(jù)本次堤防縱斷面布置設(shè)計(jì)成果，本工程堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面堤高介于2.91 m～4.71 m之間，平均堤高為3.81 m；鑒于堤高較小，因此本次設(shè)計(jì)確定堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面采用單式梯形斷面形式。

4.3 護(hù)岸及基礎(chǔ)型式的選擇

堤防的護(hù)坡分別按照格賓籠石及生態(tài)混凝土護(hù)坡兩種形式進(jìn)行比較。

(1)賓格網(wǎng)墊護(hù)坡方案。堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計(jì)洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)型的賓格網(wǎng)墊護(hù)坡，臨水側(cè)上部堤坡及背水側(cè)采用草皮護(hù)坡。賓格網(wǎng)墊厚度為0.3 m，寬度2 m，長(zhǎng)度3 m，網(wǎng)眼大小為80 mm×115 mm，賓格網(wǎng)墊內(nèi)填充天然石料，石料規(guī)格為70 mm～150 mm。賓格網(wǎng)墊做好后，為了滿足坡面綠化及生態(tài)要求，在其上覆蓋20 cm厚的壤土，壤土表面種植草皮。

(2)生態(tài)混凝土護(hù)坡方案。堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計(jì)洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)混凝土護(hù)坡，護(hù)坡為單塊聯(lián)鎖式擋塊，尺寸長(zhǎng)寬=0.448 m×0.305 m，厚度10 cm。采用C20混凝土壓頂。

二種護(hù)坡方案比較見表3。

表3 堤防護(hù)坡方案比較表

本工程河段(A10～A1連家河村)(A10～A1第界河村)在宣泄10 a一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，各個(gè)大斷面的平均流速介于6.58 m/s～2.02 m/s之間。根據(jù)本次水文分析結(jié)果，本工程河段洪水最大歷時(shí)為1 d～1.5 d。經(jīng)查有關(guān)資料，浸沒1 d～1.5 d，網(wǎng)墊本體的最大抗沖流速可以滿足本工程堤防的抗沖要求，但該方案需要上覆0.2 m厚的砂壤土以后實(shí)施表面的草皮護(hù)坡，而如上所述，上覆砂壤土及草皮護(hù)坡的最大抗沖流速為1.5 m/s，不能滿足抗沖要求，沖刷破壞后將需要維修恢復(fù)，增加工程運(yùn)行費(fèi)用；而且，相對(duì)于生態(tài)混凝土護(hù)坡方案，其投資較高，施工也較為復(fù)雜。生態(tài)混凝土護(hù)坡方案不僅可滿足堤坡抗沖要求，施工較為簡(jiǎn)單，投資較小，而且通過在生態(tài)混凝土護(hù)坡中植草也可達(dá)到良好的生態(tài)和景觀效果。

因此，經(jīng)綜合分析，并參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)確定在堤防臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計(jì)洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)混凝土護(hù)坡方案，臨水側(cè)上部堤坡及背水側(cè)堤坡均采用草皮護(hù)坡方案。

4.4 堤頂寬度及堤頂路

本次設(shè)計(jì)在依據(jù)《堤防規(guī)范》的基礎(chǔ)上，結(jié)合防汛搶險(xiǎn)的要求，堤防橫斷面采用堤路結(jié)合形式，堤頂寬度3 m，砂石路。

4.5 滲流穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算采用理正滲流分析軟件的《堤壩滲流有限元計(jì)算程序》。依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤防滲流計(jì)算工況為：臨水坡為汛期平均水位時(shí)穩(wěn)定滲流，背水坡為相應(yīng)水位。(設(shè)計(jì)洪水歷時(shí)短，無(wú)法形成穩(wěn)定滲流，不能形成有效浸潤(rùn)線)設(shè)計(jì)選取具有代表性的17+131、斷面分析計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖及計(jì)算結(jié)果見圖1，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)斷面堤身滿足滲流穩(wěn)定要求，溢出點(diǎn)位于背水坡坡面以下。計(jì)算滲透坡降為0.05，小于允許坡降0.12。

表4 典型斷面滲流計(jì)算成果表

圖1 典型斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖

5 結(jié)語(yǔ)

陜西省山洪溝治理項(xiàng)目旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程為擬建項(xiàng)目，是旬邑縣山洪溝治理的重要組成部分。從第界溝工程現(xiàn)狀及兩岸人民對(duì)山洪溝治理的迫切要求分析，通過治理，對(duì)于消除山洪隱患，改善溝道生態(tài)環(huán)境是非常迫切和十分必要的。從第界溝的流域條件、地質(zhì)條件和綜合效益來(lái)看，其建設(shè)條件也已具備，經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)方案的分析論證，旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程具備建設(shè)條件，技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，效益顯著，建議盡早開工建設(shè)，發(fā)揮效益。