銅仁市羊尾舟村排洪工程設計方案探討

摘" 要：銅仁市羊尾舟村由于峽谷平地地勢、山區(qū)溝渠暴雨短時匯流集中等特點，存在較大山洪災害風險，采取合適的工程措施提高防洪標準保護居民及農(nóng)田安全尤為重要。結(jié)合羊尾舟山區(qū)溝渠防洪現(xiàn)狀及建設內(nèi)容，設計優(yōu)選清淤疏浚與新建排洪渠和交通橋相結(jié)合的治理方案。論證分析成果表明，原自然溝渠經(jīng)清淤及開挖新建排洪渠工程措施處理后，溝渠防洪斷面得到有效拓寬，行洪能力得到較大提升，在保留溝渠原始生態(tài)的基礎上實現(xiàn)合理整治。研究成果可為鄉(xiāng)村振興山洪災害防治工程規(guī)劃建設提供參考。

關(guān)鍵詞：山洪災害；暴雨洪水；排洪渠；排洪能力；工程設計

中圖分類號：TV871" " " 文獻標識碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0122-04

Abstract： Yangweizhou village in Tongren City has a great risk of mountain flood disaster due to the characteristics of the terrain of the valley flat and the short-time confluence of the heavy rain in the mountain gully， so it is particularly important to take appropriate engineering measures to improve flood control standards to protect residents and farmland. According to the present situation and construction content of ditch flood control in Yangweizhou mountain area， the treatment scheme of dredging and dredging combined with new flood discharge channel and traffic bridge is designed and optimized. The results of demonstration and analysis show that after the engineering measures of dredging and excavating the newly built flood discharge channel of the original natural ditch， the flood control section of the ditch has been effectively widened， the flood discharge capacity has been greatly improved， and reasonable regulation has been realized on the basis of preserving the original ecology of the ditch. The research results can provide reference for the planning and construction of rural revitalization mountain torrent disaster prevention and control project.

Keywords： mountain torrent disaster; rainstorm flood; flood discharge channel; flood discharge capacity; engineering design

小流域山洪溝渠由于其行洪斷面狹窄，暴雨洪水短時集中、洪峰流量大，很容易引發(fā)山洪災害，威脅到居民生命財產(chǎn)及兩岸農(nóng)田安全[1-3]。因此，需加強山區(qū)小流域山洪災害的整治，綜合利用非工程措施和工程措施，有效落實防護區(qū)域的預警及防護工作，以確保行洪安全[4]。銅仁市萬山區(qū)高樓坪鄉(xiāng)羊尾舟山區(qū)小流域存在攔水堰堵塞河道、砂卵石淤積、垮塌田坎淤積等問題。為解決羊尾舟村山洪溝渠排洪問題，保護1 200人及800余畝（1畝約等于667 m2）糧田安全，在滿足行洪要求的條件下，通過清淤疏浚、修建排洪渠等工程措施提高防護區(qū)域防洪標準，同時為美化城鎮(zhèn)環(huán)境、改善人民生活水平創(chuàng)造有利條件，促進當?shù)亟?jīng)濟社會健康穩(wěn)定發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。

1" 工程概況

羊尾舟防洪工程位于壙灣至下地馬沖兩岸，距高樓坪鄉(xiāng)5公里，距離貴州省銅仁市30公里。防洪工程實施范圍為壙灣至下地馬沖兩岸，防洪工程綜合治理河道長2 460 m，新建排洪渠2 460 m。為扎實推進山洪溝道整治工作，抵御山洪災害和改善山地生態(tài)環(huán)境[5]，按5年一遇標準設計，通過新建排洪渠、全線清淤疏浚等措施，有效提高溝渠排洪能力、降低洪水災害，保護當?shù)卮迕竦纳敭a(chǎn)安全，確保區(qū)域經(jīng)濟社會穩(wěn)定，創(chuàng)建“宜居、生態(tài)、環(huán)保、綠色”的生態(tài)文明美麗鄉(xiāng)村。

2" 防洪現(xiàn)狀及建設內(nèi)容

羊尾舟防洪工程項目區(qū)內(nèi)部為峽谷平地、地勢相對平緩，相對切割較小，為高樓坪鄉(xiāng)主要產(chǎn)糧區(qū)，周圍山峰高聳，地形破碎，風化剝蝕地貌發(fā)育，相對切割較大，地表出露巖石易風化。由于森林覆蓋率低，水土流失為極強[6-7]。治理河段大部分河床較淺、溝段彎曲，洪水行洪不順暢；河流比降較大，河流沖刷較為嚴重。由于河道古老，溝坎垮塌、常年洪水的沖刷及泥沙的沉積淤塞嚴重，加上治理區(qū)域?qū)偕絽^(qū)雨源型溝道，洪水洪量集中、陡漲陡落，沖擊性大，毀壞性強。每逢雨水季節(jié)常引發(fā)洪澇災害，常年導致洪水會漫過河堤，造成兩岸的農(nóng)田被洪水淹沒或沖刷，嚴重影響當?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)安全。治理河段現(xiàn)存主要問題，如圖1所示。

由于常年洪災，導致治理河段防洪問題十分突出，已嚴重影響到河道兩岸農(nóng)田及村民的生命財產(chǎn)安全。排洪工程治理范圍為壙灣至下地馬沖兩岸，總長2 460 m，0+000.00 m起點壙灣，0+000.00～0+657.00 m段為新建排水渠，在0+657.00～0+661.00 m處現(xiàn)有交通橋1座，由于交通橋通過計算復核過水量不足設計要求，需擴大過水斷面重建交通橋，在治理河段中有村民自建攔水堰7座，全部清除導致河道阻塞的攔水堰，在下地馬沖穿過橋洞流向下游自然河流。

3" 排洪工程設計

3.1" 整治方案比選

治理河道長度為12.07 km，結(jié)合治理河段工程特性和河流已建河段所采取的防洪堤堤型，優(yōu)選重力式防洪堤與生態(tài)式防洪堤2種堤型進行比選。

方案一：在不改變原來的水流方向，利用下游自然溝渠，將山體開挖有溝渠清理及開挖措施，達到設計基礎高程，全部建設為排洪渠，開挖長度為治理長度2 460 m。利用原溝渠通過清淤、拓寬等措施進行整治[8]，其優(yōu)點是開挖量小、工程占地少，其缺點是需要材料較多、施工期較長。

方案二：在不改變原來的水流方向，利用下游自然溝渠，將河道現(xiàn)狀取直，山體開挖有溝渠清理及開挖措施，達到設計基礎高程，全部建設為排洪渠， 開挖長度為治理長度2 410 m，減少建設排洪渠長度約50 m。通過裁彎取直、清淤等措施進行整治，其優(yōu)點在于施工材料用量較少，其缺點是開挖量大、工程占地多、施工期較長。

經(jīng)地質(zhì)條件和施工條件對比分析，方案一開挖量小、影響范圍小且工程投資較省，要明顯優(yōu)于方案二，故優(yōu)選方案一，即：采用排洪渠進行排洪治理，長度2 460 m。排洪渠為梯形斷面，進口處頂寬為3.056 m，底寬為2.00 m，高度為1.77 m（含超高0.2 m）；排水渠墻采用漿砌石，底板及蓋板采用C15混凝土澆筑厚0.25 m。

3.2" 設計洪水分析

流域的天氣系統(tǒng)主要是冷峰、低槽，水汽主要來源于孟加拉灣，5—9月份為雨季，據(jù)萬山氣象站統(tǒng)計資料分析，實測最大一日降雨量228.7 mm（1995年6月30日），P≥10 mm的雨日數(shù)為158 d，P≥50 mm雨日數(shù)88 d，暴雨多發(fā)生在每年的4—9月份，而5—8月出現(xiàn)的暴雨次數(shù)占發(fā)生次數(shù)的75％，其中5月份占25%，6月份占21%。羊尾舟村內(nèi)的溝渠屬山區(qū)雨源型河流，洪水均由暴雨所致，且有陡漲陡落、峰量集中、歷時短等山區(qū)性河流的特點。

羊尾舟防洪工程設計洪水標準為5年一遇。工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級。流域內(nèi)無任何實測洪水資料，根據(jù)萬山氣象站1980—2011年的降雨觀測資料實測最大一日降雨資料進行頻率計算，用皮爾遜Ⅲ型曲線適線，又根據(jù)貴州省最新等值線圖分析出工程所在流域中心處的設計暴雨統(tǒng)計參數(shù)：H24=100 mm，CV=0.45，Cs=3.5CV，H1h=45 mm，CV=0.38，Cs=3.5CV。根據(jù)1∶1萬地形圖量算得到，羊尾舟防洪工程治理河段流域特征值，見表1。

設計洪峰。根據(jù)《貴州省特小流域暴雨洪水計算標準》中所述的雨洪法公式及雨洪法公式的判別條件（F=2.004或4.4≤10 km2，？茲=5.287或12.167＜30），其計算公式為

式中：Qmp為設計頻率洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數(shù)，取0.38；f為流域形狀系數(shù)，取0.436；J為河道平均比降；F為流域面積，km2；C為洪峰徑流系數(shù)，取0.611～0.884；Kp為模比系數(shù)；H24為設計最大24 h點雨量均值，mm；W總為洪水總量，104 m3；H24P為設計頻率最大24 h面雨量暴雨；HS為穩(wěn)定雨損；△HS為附加雨損。

經(jīng)計算得羊尾舟防洪工程各頻率洪峰流量和洪水總量，分別見表2和表3。

3.3" 排洪渠設計

排洪渠建筑物按5年一遇標準設計，排洪渠進口處洪水總量為20.53×104 m3（P=20%），排洪渠出口處洪水總量為45.17×104 m3，由于保護區(qū)域有蔬菜大棚。因此，設計洪水量按4 h排完進行分析。

3.3.1" 排洪渠進口

排水渠進口處，現(xiàn)狀為山間沖溝、土渠。設計為梯形斷面底寬2 m，頂寬為3.056 m，設計流量5.13 m3/s，擋墻為漿砌石擋墻，頂寬0.6 m，基礎底寬1.131 m，基礎高度0.5 m，迎水面坡度采用1∶0.3，背水面采用直墻。渠底采用15 cm碎石墊層，C15混凝土防滲厚10 cm。壓頂C15混凝土厚5 cm。經(jīng)水文斷面計算進口處排水總流量為20.53×104 m3，按4 h排完設計斷面流量應大于5.13 m3/s。排洪渠進口處水力計算公式為

式中：Q為渠道設計流量，m3/s；A為渠道過水斷面面積，m2；X為濕周，X=b+2h，m；b為渠低寬，m；m為邊坡系數(shù)，取0.25；h為渠內(nèi)水深，m；R為水力半徑，m；i為水力比降；C為謝才系數(shù)；n為渠床糙率，對水泥砂漿抹面或現(xiàn)澆混凝土襯砌防滲的渠道，渠床糙率n=0.015。

經(jīng)計算得排洪渠進口處水力特征參數(shù)成果，見表4。

從表4可知，排洪渠進口處的排洪流量為5.71 m3/s，大于4 h排完設計斷面流量5.13 m3/s，進口處排洪能力滿足設計要求。

3.3.2" 排洪渠出口

排水渠出口處，現(xiàn)狀為山間沖溝、土渠，設計為梯形斷面底寬2 m，頂寬為3.560 m，設計流量11.29 m3/s，擋墻為漿砌石擋墻，頂寬0.6 m、基礎底寬1.38 m、基礎高度0.5 m，迎水面坡度采用1∶0.3，背水面采用直墻。渠底采用15 cm碎石墊層，C15砼防滲厚10 cm。壓頂C15砼厚5 cm。經(jīng)水文斷面計算進口處排水總流量為45.17×104 m3，按4 h排完設計斷面流量應大于11.29 m3/s。按照式（1）進行計算得排洪渠出口處水力特征參數(shù)成果，見表5。

從表5可知，排洪渠出口處的排洪流量為11.32 m3/s，大于4 h排完設計斷面流量11.29 m3/s，出口處排洪能力滿足設計要求。

3.4" 交通橋設計

排洪渠穿過現(xiàn)狀交通橋，根據(jù)現(xiàn)狀過水斷面分析，交通橋過水量不足導致上游區(qū)域受災害的原因之一。經(jīng)計算得交通橋處水力特征參數(shù)成果，見表6。

結(jié)合表6計算成果，設計重建交通橋?qū)? m，長5.195 m，承載總量8 t，設計過水流量7.04 m3/s，橋墩漿砌石，頂寬1.0 m、基礎底寬1.598 m、基礎高度0.5 m，迎水面坡度采用1∶0.3，背水面采用直墻，最大墻高2.792 m。渠底采用15 cm碎石墊層，C15砼防滲厚10 cm。

4" 結(jié)束語

羊尾舟村地處峽谷平地地勢且溝渠為典型山區(qū)雨源型河流，暴雨洪水陡漲陡落、峰量集中、歷時短，存在較大山洪災害風險，嚴重威脅到居民及農(nóng)田安全。為預防抵御山洪災害及助力鄉(xiāng)村振興，設計優(yōu)選原溝渠清理開挖、新建排洪渠和交通橋相結(jié)合的治理方案對溝渠進行綜合整治。經(jīng)科學生態(tài)修復整治后，將排洪渠有機融入當?shù)刈匀伙L光中，充分發(fā)揮出水體多功能作用，有效提高溝渠排洪能力的基礎上，合理打造了人水和諧的水環(huán)境，符合現(xiàn)代治水和美麗鄉(xiāng)村建設發(fā)展觀念，對類似村鎮(zhèn)山洪災害綜合整治規(guī)劃建設具有一定的參考。

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作者簡介：吳英華（1980-），女，水利工程師。研究方向為農(nóng)村山洪災害防治及高標準農(nóng)田。