七道沟通北镇段近期治理工程初步设计综述

孙宇东

(北安市城郊乡农村经济技术服务中心，黑龙江 北安 164000)

七道沟通北镇段近期治理工程初步设计综述

孙宇东

(北安市城郊乡农村经济技术服务中心，黑龙江 北安 164000)

七道沟治理工程区段位于通肯河上游暴雨中心，洪涝灾害突出，且防洪工程基础薄弱。治理措施采取建防洪堤、整治河道及穿堤涵闸排涝。依据水面线推算出堤防高程，通过划分6个排水区，计算6座涵闸流量，进行涵闸工程设计，确定结构及洞泾、消力池及海漫长，并设计河道整治方案。

七道沟；近期治理；工程措施；初设综述

1 流域概况

七道沟河位于北安市境内，为通肯河右岸一级支流，发源于小兴安岭西南山麓，汇入通肯河，流域总面积649km2，流域形状呈扇形。海拔高程为190～300m。七道沟河长52km，主槽宽度20～30m，河槽深度为2.0～3.0m，河道上游陡，坡降可达7.5‰，下游平缓，坡降不足1‰，河道平均坡降为2.4‰[1]。

流域多年平均气温1.5℃～3℃，多年平均降雨在400～500mm，降雨年内分配不均匀，多发生在7—9月份，年平均风速4.4m/s，年平均相对湿度60%左右。地面解冻日期在4月中旬，封冻日期在10月下旬。平均冻土深度1.8～2.5m。

七道沟河流域洪水可分为春、夏两个汛期。春汛洪水发生时间一般为4、5月份，主要由融雪形成。夏汛洪水发生时间一般在6—9月，主汛期为7、8两月，夏汛洪水由暴雨形成。上游产生陡涨陡落的洪水，峰型多为单峰，过程多在1～3d。

2 工程建设的必要性

工程保护区内有7个自然屯，人口5000多人，农田0.27万 hm2，公路15km。保护区地处七道沟流域中下游暴雨洪水高值区，经常遭受突发暴雨洪水袭击，加上七道沟流域开发较早，中上游丘陵区已垦为耕地，水土流失相当严重，河道上冲下淤，洪水灾害非常突出，特别是1998、2003、2009年洪水规模较大。

2009年6月29日22时30分开始至24时突降暴雨，在不足3h的时间内降雨量150～180mm，洪水大量出槽泛滥，淹没了大片农田，道路、桥梁多处冲毁，造成经济损失约0.4亿元，给保护区人民造成了重大财产损失。2013年4月中旬，大量积雪融化，形成的春汛达50a一遇，七道沟河水倒灌，大片农田被水淹浸，洪涝灾害造成播期严重滞后，有的地块弃耕。

七道沟防洪工程基础薄弱，河道淤积严重，现有堤防防洪标准低，6座穿堤涵闸全部为废闸，形成6处险工。低标准工程已成为防洪安全隐患。为更好地保护七道沟沿岸人民生命财产安全，促进当地的经济发展，进行七道沟防洪工程建设非常必要。

3 工程设计任务

工程治理区采取因害设防，合理布设七道沟通北镇段堤防等工程，治理河段从七道沟原新兴水库至通肯河全长15.4km。以左岸现有堤防加高培厚为主，右岸属于坡地，没有修建堤防的必要。左岸堤防至坡地的距离为500～1000m，现有堤防堤线布局合理。堤防设计总长度13.50km，与上游的杨家乡堤防形成封闭的保护区。经现场查勘，需要对现有6座排水建筑物拆除重建，承担排泄区的内涝。一排干闸堤段有1处需要护岸，长0.099km。四排干闸下游堤段有2处河道需裁弯取直，长0.47km。

堤防设计防洪标准为20a一遇，工程等级为4级，穿堤建筑物防洪标准与堤防防洪标准相同，坡水标准10a一遇，农田排水标准为5a一遇。

4 堤防工程规模确定

通过水面线计算，推求各断面设计洪水位，再加上堤顶超高即为堤防高程。根据设计要求，本次水面线从七道沟入通肯河河口CS1断面起推，向上至杨家乡和通北镇交界处，推算断面共计18个[2]。纵断面图、平面图采用2011年12月实测成果，设计水面线断面数据采用规划方案数据。

七道沟河道糙率从调查的2009年4个洪痕点，推算流量在403～481m3/s。以此数据来试算糙率，求得主河槽糙率0.031，滩地糙率0.072，与洪痕点扣合较好。洪峰流量采用2%、5%、10%、20%的4个设计频率求得。

根据断面数据以及计算方法和参数，推求七道沟现状水面线及规划设计水面线。现状水面线根据本次实测河段断面进行推算，设计水面线按本次设计的堤防断面数据推求。堤顶超高公式为：

Y=R+e+A

(1)

式中:R为设计波浪爬高；e为设计风壅水面高度；A为安全加高，4级堤防取0.6m。堤顶超高计算值为1.5m，但考虑该河流洪水历时较短，采用1.3m计算。每个堤防断面的堤顶高程为该断面对应的设计洪水位加上超高1.3m得相应断面的堤顶高程。然后再根据堤防填筑土料，通过渗流稳定计算和边坡稳定计算分析，进行堤防断面设计。

5 涵闸工程设计

根据排水原则，划分6个排水分区，所有排水分区上部为山丘区、下部为平原区，排水分区由6条排干承担排水任务。排水干渠垂直七道沟平行布置。平原区排水渠设计流量为控制面积乘以排水模数，计算公式为：

Q=q×F

(2)

本区为旱田，排水模数:q10%=0.18m3/s/km2，q20%=0.13m3/s/km2。

通过计算6条排水干渠流量，确定6座穿堤涵闸的流量分别是杨家闸8.21m3/s、奶牛场闸4.12m3/s、一排干闸10.03m3/s、二排干闸11.35m3/s、三排干闸11.11m3/s、四排干闸5.15m3/s。

5.1 涵闸过流能力计算

按设计水位及进出口高程对应关系，采用《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》中的有关公式判别流态：若H(涵洞进口水深)≤1.2D(洞高)，当h(涵洞出口水深)

考虑施工及检修要求涵洞高度统一取1.8m，根据建筑物位置及堤防断面确定涵洞长度，本次设计的涵闸中2座为无压流(奶牛场闸、一排干闸)，其余4座为淹没压力流。按照无压流涵洞的过水能力计算公式为：

(3)

淹没压力流涵洞的过水能力计算公式为：

(4)

涵闸计算流量均大于设计流量，涵闸过流能力及洞径设计满足要求。

5.2 涵闸消能防冲计算

按照《水闸设计规范》推荐的消力池深度计算公式为：

d=σ0hc″-hs′-△Z

(5)

消力池长度计算公式为：

Lsj=Ls+βLj

(6)

海漫长度计算公式为：

(7)

海漫末端的河床冲刷深度计算公式为：

(8)

计算出各座涵闸的消能防冲成果，见表1。

本次设计涵闸的消力池长、深及海漫长均按上表计算成果选用，能够满足规范要求。

5.3 涵闸渗流稳定计算

根据哈尔滨市中建建筑设计有限公司提供的《黑龙江省七道沟通北镇段防洪工程地质勘察报告》，建筑物基础为土基，按《水闸设计规范》中的改进阻力系数法进行闸基础的渗流稳定验算。

经地基有效深度计算、分段阻力系数计算、各分段水头损失值计算、进出口段修正后的损失值计算、水平比降和出逸比降计算其成果见表2。

表1 建筑物消能防冲计算成果表

表2 建筑物渗流稳定计算成果表

建筑物计算渗流坡降值均小于允许渗流坡降值，建筑物抗渗稳定性均能满足要求，不会产生渗透破坏。最后进行结构计算，即挡土墙稳定、抗冰冻及基础设计。

6 河道整治

本次设计的河道整治工程，一是对堤防外堤脚距离河道主槽较近的堤段采取护岸措施。经过实地查勘发现，有1处河道主槽到堤防外堤脚的距离在20m左右，需要采取护岸措施稳定主槽。护岸形式经干砌石护岸与格宾护岸造价等比较，格宾护岸更经济适用。护岸长99m，护岸采用30c m厚的格宾护岸，向下护至深弘、上部采用1.0m宽、0.5m厚的格宾护肩。二是对过去弯曲的河湾实施裁弯疏浚工程。裁弯的方法分为内切式和外切式，根据现有河道的变化趋势1号裁弯段采用外切式裁弯，裁弯长度250m；2号裁弯段采用内切式裁弯，裁弯长度220m。原有河道平均比降为1∶1200左右，裁弯后1号裁弯段河道比降变为1∶600、2号裁弯段河道比降变为1∶450。裁弯后的主河槽须采取护岸措施。裁弯挖河底宽采用10m，平均挖深2.5m，边坡选用1∶2.5，裁弯首端和末端的两岸边坡各采用30m宽、40cm厚的干砌石护岸，上部采用1.0m宽、0.5m厚干砌石护肩，下部采用1.0m高、0.75m厚的钢筋石笼固脚。被裁弯的原主河槽两端各设锁坝一处，防止洪水冲刷进入原河道。本河道主槽较小，主要依靠滩地行洪，裁弯段比较短，受下游雍水，5a一遇洪水水面线比裁弯前低2.0cm以内，20a一遇洪水基本一致。设计水面线采用裁弯后的水面线。方案比较，对于裁弯段除采取裁弯外，还可以采取护岸与护坡相结合的措施。经工程造价比较，裁弯取直方案经济适应。

[1]绥化市水利水电勘测设计研究院隆顺分院.北安市七道沟通北镇段近期治理工程初步设计报告[R].肇东：绥化市水利水电勘测设计研究院隆顺分院，2012.

[2]哈尔滨市中建建筑设计有限公司.北安市七道沟通北镇段近期治理工程地质勘察报告[R].哈尔滨：哈尔滨市中建建筑设计有限公司，2012.

1007-7596(2014)01-0145-03

2013-08-05

孙宇东(1973-)，男，黑龙江北安人，工程师，从事乡镇水利建设和工程管理工作。

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