夏木西努尔·艾沙

（新疆博州博河流域管理处三干渠管理站，新疆 博乐 833400）

水磨河景观二期工程是确保奇台镇、古城乡、临近河道的居民区及沿途各站安全的基础设施。工程实施河段自奇台县东大桥至老油库桥下游300 m处，新建泄洪渠总长2.9 km。作为保护沿河两岸农民房屋、交通道路、沿途各种基础设施、后期建设景观绿地及人民的生命财产安全的主要水利设施，本文针对工程中的泄洪渠设计展开分析。

1 工程概况

新疆奇台县水磨河景观二期工程项目自奇台县东大桥至老油库桥下游300 m处，防护区设计防洪标准20年一遇，是确保奇台镇、古城乡、临近河道居民区及沿途各站安全的基础设施。根据《防洪标准》GB 50201—2014、《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL 252-2017，防洪河段防护区等级为Ⅳ级。洪峰流量53.53 m3/s[1]。

工程位于亚欧大陆腹地，地形平坦，地势南高北低，区域地层岩性主要为上石炭纪火山熔岩、凝灰岩、角砾岩、凝灰质砂岩、灰岩、灰石英斑岩、砂岩、泥岩、第四纪卵砾石、黄土、粉土；属中温带大陆性气候，夏热冬寒，降水稀少，蒸发强烈。降水量季节分配不均匀，主要集中在春夏两季，且年际变化大。据统计，多年平均降水量185.8 mm，多年年平均蒸发量1935.2 mm(20 cm口径蒸发器）。降水量随地形高度不同呈梯度变化，按区域划分，总的趋势是山区多于平原。

2 泄洪渠设计

2.1 渠线布置

水磨河河道宽度极不均匀，最窄处宽度8 m左右，局部最宽处宽度约40 m，大部分河段河道宽10 m～20 m，河道两岸为民房及林地，河坎上方为居民区。河段平面上呈反复“S”型，河道全线弯延曲折。结合防洪体系与城市景观规划，泄洪渠设计基本沿原河道布置，河道防护为矩形泄冲渠段及梯形泄冲渠段相结合布置[2]。

2.2 泄洪渠纵断面设计

根据奇台县城市规划要求，水磨河泄洪渠要兼顾两岸生态治理和景观布置，非汛期河道形成景观水面，同时还需考虑两岸人员安全，渠道不宜过深，故采用宽浅式渠道，调整渠道纵坡2.8‰～8.8‰，泄洪渠上拟建10座橡胶坝[3]。

2.3 渠道水面线计算

各段泄洪渠水深采用明渠均匀流近似计算。

式中:Q为渠道设计流量，m3/s；ω为渠道过水断面面积，m2；B为渠道底宽，m；m为渠道边坡系数；H为渠道水深，m；R为水力半径；i为水力坡降，即渠道纵坡；n为糙率系数。

2.4 泄洪渠横断面设计

1）边坡系数。在满足泄洪渠岸坡稳定要求的前提下，结合两岸景观工程，取梯形泄洪渠边坡系数1∶3。

2）糙率。根据规范，现浇砼板糙率0.017，浆砌块石糙率0.020～0.030，干砌卵石糙率0.0275～0.0325，故设计浆砌块石+砼底板段糙率取0.022，砼边墙+砼底板糙率取0.017，雷诺护垫（宾格网箱）+砼底板段糙率取0.031。

3）流速控制。根据规范，现浇砼板允许不冲流速在3 m/s～5 m/s范围内，浆砌块石允许不冲流速在3 m/s～5 m/s范围内。各段泄洪渠流速仅少部分渠段流速大于5 m/s，其余均满足流速要求，设计中通过对接缝处采取特殊处理使其满足防冲要求。

4）渠道超高。堤顶超高根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）堤顶超高公式计算得出。

式中：Y为堤顶超高，m；R为设计波浪爬高，m；e为设计风壅增水高度，m；A为安全加高，根据规范取值，m。

按《堤防设计规范》规定，设计波浪的计算风速采用历年汛期多年平均最大风速值的1.5倍。项目区多年平均最大风速19 m/s，风向为W，与防洪堤轴线法线方向的夹角为60°。

5）堤顶宽度应根据防汛管理施工、构造及其它要求确定，3级以下堤防顶宽不宜小于3 m，设计泄洪渠渠顶宽度考虑工程抢险和施工条件的需要，按4 m控制。

6）矩形渠段不设封顶板，梯形渠顶为避免衬砌结构遭受雨水等淘刷，上设封顶板，采用浆砌块石，封顶板宽30 cm，厚30 cm。

2.5 泄洪渠防冻胀设计

渠道表层为低液限粉土层，大部分厚度大于1.0 m，开挖至设计高程后，设计采用换填防冻胀砂砾石处理，渠道防冻胀设计依据《渠系工程抗冻胀设计规范》计算。根据地质勘探数据，渠道工程区内渠道沿线表层以冲洪积低液限粉土主，土体具有冻胀性，工程区内最大冻土深度为1.12 m，部分渠段左、右堤处于现状河岸处，需对现状河岸进行削坡成渠堤。水磨河景观二期工程所处河岸地层为低液限粉土等冻胀土，平面布置上基本为南北走向。

2.5.1 设计冻深

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》计算设计冻深：

式中：Zd为设计冻深，m；Zm为最大冻土深度，m，根据地质报告取1.4m。ψd为日照及遮荫系数；ψw为地下水影响系数。

日照及遮荫系数：

式中：ψi为典型断面（N-S，B/H=1.0，m=1.0）某部位 i的日照及遮荫程度修正系数；a为系数，据工程所在的气候区、计算断面轴线走向、断面形状及计算点位置确定。若渠坡较高或建筑物上部有遮荫作用，应考虑额外的遮荫影响。

地下水影响系数：

式中：Zwi为计算点的冻前地下水位埋深，m；可取计算点地面（开挖面）至当地冻结前地下水位的距离。Zwo为邻近气象台（站）的地下水位深度，m；当黏土、粉土Zwo＞3.0 m、细粒土质砂Zwo＞2.5 m、含细粒土砂Zwo＞2.0 m时，可取黏土、粉土Zwo=3.0 m；细粒土质砂Zwo=2.5 m；含细粒土砂Zwo=2.0 m；β为系数。

渠道设计冻深计算成果见表1。

表1 渠道设计冻深计算成果表

2.5.2 渠道冻胀量及置换深度

对于4、5级建筑物，或没有现场试验观测条件的建筑物，其天然状态的冻胀量h可根据土质和冻结前地下水水位埋深Zw的情况查得，即当地下水水位埋深Zw大于2.0 m时，取Zw值等于2.0 m。

由渠道各部位地下水位埋深及设计冻深，查得渠道各部位冻胀量及冻胀级别，见表2。

表2 渠道冻胀量及冻胀级别表

由表2可知，渠道冻胀量超出规范值，需考虑抗冻胀工程措施。通过分析对比，确定选取砂砾石料作为防冻胀料。渠床置换深度通过公式计算得出。

式中：Ze为置换深度，cm；δ0为衬砌板厚度，cm；ε 为置换比，可结合当地经验选取。

渠床置换深度计算结果见表3。

表3 渠床置换深度计算表

上述计算均按最不利工况进行，计算结果偏大，根据奇台县多年的渠道冻胀换填厚度经验，当地防渗渠道换填厚度一般为0.5 m，经过多年运行无冻胀破坏迹象，故此次泄洪渠防冻胀置换厚度取值依据当地工程经验厚度为0.5 m。

3 结语

水磨河景观二期工程不仅需要兼顾景观生态规划[4]，更要起到防洪泄洪的重要作用。通过分析工程所处位置的自然条件，结合工程的建设要求，确定基本沿原河道布置泄洪渠，矩形泄冲渠段及梯形泄冲渠段相结合布置河道防护，渠道采用宽浅式，纵坡2.8‰～8.8‰，并通过水文计算确定泄洪渠水面线、横断面设计，设置防冻胀置换厚度0.5 m。实践证明，水磨河景观二期工程泄洪渠设计满足工程要求，为兼顾水磨河的生态景观规划及防洪作用起到重要作用。