山洪溝防洪治理工程方案設(shè)計(jì)淺析
——以張家川縣馬關(guān)鎮(zhèn)竇家溝山洪溝防洪治理工程為例

王奇鋒

（天水市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 天水 741000）

0 引言

山洪災(zāi)害來勢猛、成災(zāi)快、歷時(shí)短、范圍小而散，易造成人員傷亡。針對(duì)易發(fā)山洪地區(qū)，應(yīng)研究和制定山洪災(zāi)害防治總體規(guī)劃和對(duì)策措施，最大限度地減少山洪災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。山洪治理首先應(yīng)對(duì)山洪溝進(jìn)行綜合治理，提高溝道防洪能力，可有效減少大量塌岸帶來的損失，減輕溝道險(xiǎn)情，提高山洪災(zāi)害防治水平，促進(jìn)人與自然和諧共處。本文以張家川縣馬關(guān)鎮(zhèn)竇家溝山洪溝防洪治理工程為對(duì)象，剖析其防洪治理設(shè)計(jì)方案與措施。

1 工程建設(shè)背景

竇家溝是清水河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于莊浪縣雷神廟山，控制流域面積145km2，主溝道長約32km，溝道平均比降為11.45‰。溝道兩岸為村莊、耕地，沿溝有縣道通過，工程區(qū)沿線大多數(shù)無任何防洪工程，已建堤防11 段2.64km，由于資金短缺等諸多原因，沒有形成完整的防洪體系，使現(xiàn)有堤防不能很好發(fā)揮防洪作用；很多險(xiǎn)段無任何防護(hù)措施，洪水嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)卮迕裆拓?cái)產(chǎn)。

根據(jù)《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)2020年度山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)工作要求的通知》（辦防函發(fā)【2019】1281號(hào)）文件、《重點(diǎn)山洪溝防洪治理項(xiàng)目建設(shè)指導(dǎo)意見》精神，在認(rèn)真總結(jié)張家川縣防洪減災(zāi)體系現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，深入研究分析當(dāng)前防洪減災(zāi)存在的突出薄弱環(huán)節(jié)，完善防洪減災(zāi)體系的總體思路，提出了張家川縣馬關(guān)鎮(zhèn)竇家溝山洪溝防洪治理方案，對(duì)竇家溝的險(xiǎn)工險(xiǎn)段先期進(jìn)行治理規(guī)劃。工程建設(shè)主要以區(qū)內(nèi)竇家溝溝道洪水災(zāi)害的治理為主，對(duì)直接威脅城鎮(zhèn)、集中居民點(diǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施安全，且難以實(shí)施搬遷避讓的山洪溝進(jìn)行治理，并以保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全為首要目標(biāo)。治導(dǎo)線布置與河勢流向相適應(yīng)，直線河段堤線盡量與洪水的主流線相平行，彎曲河段采取大彎就勢、小彎取直的原則，防止侵占河道；充分利用現(xiàn)有工程，盡量考慮岸情，照顧灘地隸屬關(guān)系，妥善處理好左右岸、上下游的關(guān)系；恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一治理的目標(biāo)。

2 溝道現(xiàn)狀及防洪能力

竇家溝上河村段、竇家溝小莊村段有防洪措施，由于資金短缺等諸多原因，沒有形成完整的防洪體系，使現(xiàn)有堤防不能很好發(fā)揮防洪作用；很多險(xiǎn)段無任何防護(hù)措施，如上豆村、西臺(tái)村、馬堡村等，多為砂壤土、砂礫石構(gòu)成的岸坎，抗沖刷能力弱，防洪能力弱，一遇洪水，洪水側(cè)向沖刷、淘蝕、浸泡坡腳，易發(fā)生土體坍塌現(xiàn)象，危及村民生命財(cái)產(chǎn)，毀壞村莊、耕地和道路以及其他基礎(chǔ)設(shè)施，給當(dāng)?shù)卮迕裨斐删薮髶p失。

3 防洪溝治理方案設(shè)計(jì)

3.1 治理標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）[1]、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）[2]、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[3]和《山洪溝防洪治理工程技術(shù)規(guī)范》（SL/T778-2019）[4]之規(guī)定，防護(hù)區(qū)人口＜20 萬人，防護(hù)區(qū)耕地＜30萬畝，確定防護(hù)區(qū)等級(jí)為鄉(xiāng)村Ⅳ等，堤防工程級(jí)別為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇。10年一遇水面線計(jì)算成果見表1。

表1 馬關(guān)鎮(zhèn)各溝段10年一遇水面線計(jì)算成果

3.2 工程規(guī)模

根據(jù)竇家溝的溝道特性和治理現(xiàn)狀，該次治理主要對(duì)未治理危險(xiǎn)段、防洪體系不完善段進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)保護(hù)人口2325人、耕地377.1畝、道路及基礎(chǔ)設(shè)施，治理溝長4.29km，新建堤防4.5km；溝道清淤疏浚3.42km[5]。

3.3 堤防設(shè)計(jì)

3.3.1 堤頂高程

按照“堤頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+堤頂超高（Y）”確定。堤頂超高（Y）計(jì)算值見表2所示。

表2 堤頂超高計(jì)算成果表

堤防工程安全加高值按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定，根據(jù)堤防級(jí)別和防浪要求確定，設(shè)計(jì)堤防均不允許越浪，相應(yīng)5 級(jí)堤防安全加高值為0.5m。

3.3.2 堤防基礎(chǔ)埋深

該次設(shè)計(jì)采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式，對(duì)工程區(qū)河段按設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行沖刷深度計(jì)算。平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式：

式中：hS——局部沖刷深度，m；

H0——沖刷處的水深，m；

Ucp——近岸垂線平均流速，m/s；

Uc——泥沙的啟動(dòng)流速，m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，該次設(shè)計(jì)取n=0.25。

該次設(shè)計(jì)依據(jù)治理段洪水流勢及工程布置情況，選取若干典型斷面，結(jié)合設(shè)計(jì)洪水水面線計(jì)算結(jié)果，按上式計(jì)算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)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表3所示。

表3 沖刷深度計(jì)算成果

依照沖刷深度計(jì)算結(jié)果，竇家溝各段落局部沖刷深度計(jì)算值在0.57~1.21m。依據(jù)工程地質(zhì)條件，考慮計(jì)算公式的局限性，并考慮一定的安全余地，竇家溝各段落最終確定堤防設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深為1.0~1.5m。

3.3.3 堤防斷面設(shè)計(jì)

該次設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)匾呀ǖ谭兰皽系缹?shí)際現(xiàn)狀，依據(jù)計(jì)算結(jié)果，堤防高3.0~4.95m，鑒于堤高較小，新建堤防斷面均為碾壓砂礫石梯形斷面堤防，堤防均為仰斜式，采用C15 細(xì)?；炷疗鰤K石而成，堤頂寬3.0m，護(hù)坡迎水坡坡比1∶0.5，背水坡坡比1∶0.2，基礎(chǔ)底寬0.9m，墻趾寬0.3m、高0.5m。堤高在4m以上堤防設(shè)置排水孔，為Ф 50mmPVC 管，呈梅花型（2m×2m）布置，背水側(cè)端口設(shè)反濾包。堤防要求塊石抗壓強(qiáng)度不小于300kg/cm2，抗凍脹系數(shù)不小于F200。防洪堤每10m設(shè)一道伸縮縫，采用高密度閉孔聚乙烯泡沫板，縫寬2cm。堤建成后應(yīng)及時(shí)對(duì)基坑進(jìn)行回填及堤后填土，夯填部分要求相對(duì)密度不應(yīng)小于0.6。

3.4 溝道清淤疏浚設(shè)計(jì)

溝道清淤疏浚共計(jì)9 段3.42km。溝寬為12～33m，由于溝道坡降較緩，溝道蜿蜒曲折，淤積嚴(yán)重，不滿足溝道安全行洪的要求，需要進(jìn)行溝道清淤疏浚處理，因勢利導(dǎo)，并應(yīng)與堤防、環(huán)境保護(hù)等相結(jié)合。根據(jù)現(xiàn)場測量及水力計(jì)算資料，清理寬度12~33m 左右，清理厚度0~1m，平均清理厚度0.4m，共清理36295m3，疏挖段的進(jìn)、出口應(yīng)與原溝道漸變平順連接。

4 結(jié)束語

張家川縣馬關(guān)鎮(zhèn)竇家溝山洪溝通過綜合防洪治理，可有效減少大量塌岸帶來的損失，減輕溝道險(xiǎn)情，進(jìn)一步提高溝道防洪能力，消除山洪隱患，不僅改善了沿岸人居環(huán)境及生態(tài)環(huán)境，提高區(qū)域綠化空間，更為當(dāng)?shù)厝罕妼?shí)現(xiàn)青山綠水美麗田園，構(gòu)筑河暢水清岸綠美景，鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果同鄉(xiāng)村振興有效銜接奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)方案的分析論證，該工程具備建設(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)。