甄选俊

(云南省昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通 657000)

1 引言

河道具有防洪、排涝等作用，对城市发展建设有重大影响。在长期的人类工程活动影响下，部分河道已无法满足现状防洪需求，针对这一类型河道采取防洪综合治理工程措施是十分必要的[1-4]。设计洪水参数是影响防洪工程设计的主要因素，需要结合流域实际情况，确定合理的防洪参数，保证河道沿线安全的同时降低工程投资[5-7]。道太溪流域是龙泉市重要的水系，流域范围内经济发展水平较高，一旦爆发洪水将造成不可估量的损失，亟需采取防洪治理工程。

2 设计洪水参数

道太溪流域洪水主要受到气候影响，梅雨、台风是造成流域洪水的主要原因。在地形、水汽输送等因素影响下，流域范围内暴雨差异较大。道太溪流域洪水的主要特征是洪峰量大、涨落速度快、水量集中，洪水过程一般在3 d 以内。道太溪流域洪水多发于5 月～9 月。通过1∶10000 地形图对各设计河段的流域特性参数进行了量算。道太溪流域治理工程末断面以上涉及道太溪干流河长23.50 km，集雨面积115.77 km3，河道平均比降0.014。

道太溪流域属于湿润地区，产流方式为超蓄产流，当土壤含水量不超过其持水量时，不产流。因此，区域降雨将全部被区域土壤吸收，直至达到持水量后方可产流。因此，考虑实际情况采用蓄满产流简易扣损法进行产流计算。

设计河段所控制的集雨面积由7.08 km2～115.77 km2变化，采用浙江省推理公式计算。

浙江省推理公式的一般形式为:

式中:Qm为洪峰流量，m/s3;h为净雨;F为流域面积;τ为汇流历时，h;l为出口断面至分水岭距离;J为沿流程比降;m为汇流参数。

表1 设计洪水成果表

水利计算范围内各河道属山溪河流，河道坡降较大，洪峰流量相应较大，水力计算采用山区性河道恒定非均匀流法，水面线采用HEC-ras 软件计算。

(1)基本方程

河流连续下、上断面能量函数为:

分别代表下游及上游断面的能量函数，当流量Q不变时，E1=E2，则:

式中:Q为洪峰流量，m3/s ;V1、V2分别为上、下断面的流速，m3/s;ΔL为上、下断面间距，m;Z1、Z2分别为上、下断面的水位，m;K1、K2分别为上、下断面流速模数; 为阻力系数。

(2)河道断面参数选取

1)河道坡降:根据河道实测断面底高程量求。

2)河道断面:实测地形及实测断面量求。

3)河道糙率:取0.025～0.035。

4)局部阻力系数:逐渐扩散段 =0.33～0.55，急剧扩展段=0.50～1.0，收缩及平顺段 =0。

5)堰坝位置水利计算:水利计算过程中遇到堰坝，在堰坝位置采用堰流公式计算-堰上水深，并以堰上水深为起始水深从下游往上游推算水面线。

工程主要保护对象为农田，按防冲不防淹的原则进行设计。

表2 大畈段洪水位计算 单位:m

3 堰坝修复工程

大畈村1#堰坝位于大畈村上游450 m 处，主要为大畈村周边农田灌溉，堰坝长度46.85 m，堰顶高程257.0 m～257.20 m，溢流面为混凝土，抛石基础，下游无消能设施。目前堰坝基础漏水严重，枯水期河道天然来水量较小时，灌溉渠道无水可引。堰坝采用折线型实用堰，上游堰体采用C20 砼浇筑，厚度0.8 m，溢流面坡比1∶3，采用C20 砼灌砌卵石砌筑，厚度0.35 m，底部为15 cm 厚C20 砼垫层，堰顶宽度1.5 m，全断面溢流，堰顶设河卵石碇步，沟通河流两岸，堰坝内部采用C20埋石砼浇筑，堰坝下游设抛石防护。

大畈村2#堰坝位于大畈村B 段护岸桩号0+011.70 m 处，主要为大畈村下游右岸农田灌溉，堰坝长度41.28 m，堰顶高程251.50 m，受洪灾影响，该堰坝已完成被冲毁。本次重建修复，堰坝采用折线堰型，堰顶高程251.50 m，上游坡比1∶0.3，下游坡比1∶1，堰顶宽度1.5 m，全断面溢流，堰顶设河卵石碇步，沟通河流两岸，堰坝内部采用C20 埋石砼浇筑，堰坝下游设抛石防护。

(一)计算工况:

计算工况取正常水位和设计水位两种工况计算。

(二)荷载计算:

作用在坝上的荷载有:自重、水压力、扬压力、淤沙压力。

其计算方法分述如下:

(1)堰坝自重

式中:G为坝体重量;V为坝体体积;γm为坝体材料的容量。

(2)水压力

式中:h为水面到堰顶的铅直距离;H1为坝前水深;γ0为水的容重。

(3)扬压力

式中:γ0为水的容重;T为坝底宽;H2为下游水深;H为上下游水位差。

(4)淤沙压力

式中:γs为淤沙浮容重;φs为淤沙的内摩擦角;hs为淤沙层厚度。

(三)坝体抗滑稳定采用抗剪强度公式计算:

式中:K为安全系数;ΣW、ΣP为作用于计算截面以上坝体全部荷载(含扬压力)对滑裂面的法向、切向分值，kN;f为抗剪摩擦系数。

取最不利堰坝断面计算，经验算堰坝抗滑能满足规范要求。计算成果见表3。

表3 堰坝稳定计算成果表

4 堤防工程设计

大畈村的治理河段有四段，各河段均为农田外围护岸，其中A 段新建护岸260.19 m，B 段新建护岸153.85 m，C 段新建护岸127.62 m，D 段新建护岸205.92 m。大畈村四段的防护对象均为农田，道太溪流域治理工程大畈村段均按护岸进行防护设计，合计新建护岸747.6 m。大畈村护岸均位于凸岸，易淤积，采用干砌块石重力式挡墙结构，基础埋深1m。挡墙顶宽60 cm，采用15 cm 厚C20 砼压顶，墙身采用干砌块石砌筑，迎水侧坡比为1∶0.2，背水侧坡比1∶0.2 或1∶0.3，挡墙深入河床0.6 m，基础采用40 cm 厚C20 砼。挡墙沟槽开挖坡比1∶0.5，背坡采用砂砾石回填夯实。

(1)堤顶高程

工程主要为新建护岸，护岸顶高程按不低于现状地面高程取值，本次不进行高程计算。

堤顶超高按下式计算:

式中:Y为堤顶超高;R为波浪爬高;e为风壅增水高度;A为安全加高，5 级堤防允许越浪考虑A=0.3 m。

取安全超高为0.3 m，由于波浪爬高和风雍增水高度极小，堤顶超高值取0.3 m，在满足超高要求下结合地形设置堤顶高程。

(2)堤脚防冲设计

顺坝及平顺护岸冲刷深度按下列公式计算:

式中:hs为冲刷深度，m;H0为水深，m;Ucp为垂线平均流速，m/s;Uc为泥沙扰动系数;U为行进流速，m/s;n为与防护岸形状有关的系数;η为不均匀系数。

表4 冲刷深度计算表

根据以上计算结果，同时结合规范对坡式护岸基础埋深的要求，道太溪流域大畈村段河道综合治理工程设计中基础埋深按设计值取值。

(3)抗冲粒径计算

抗冲粒径计算方法如下:

式中:d为折算直径，按球型折算，m;V为水流流速，m/s;W为块石重力，kN;g为重力加速度，9.81 m/s2;rs为块石的重度，取25 kN/m3;r为水的重度，取10 kN/m3;c为石块运动的稳定系数，取1.2。

经计算可知抗冲粒径计算值d=23 cm，本次抗冲块石粒径取50 cm，满足要求。

5 结论

为了保护道太溪流域沿线居民安全，保障生产生活正常进行，减少洪涝风险，龙泉市实施道太溪流域综合治理工程。通过浙江省推理公式获取大畈村段设计洪水参数，为工程设计提供参考。结合工程情况，采取堤坝、堤防等工程措施加以治理，通过稳定性复核满足相关规范要求，可为类似工程提供参考。