乌恰县膘尔托阔依河防洪治理方案设计浅析

马振伟

（五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

0 引言

乌恰县位于新疆维吾尔自治区西部，乌恰县是柯尔克孜族聚居的国家扶贫开发工作重点县，自然条件恶劣，洪水频发，农田水利基础设施薄弱，防洪任务十分艰巨。境内膘尔托阔依河上游草场退化，沙化加剧，对下游形成了严重的防洪压力。因此有必要对膘尔托阔依河进行防洪治理。

1 概况

本次拟治理的河段从膘尔托阔依拦河渠首至膘尔托阔依河大桥，位于该河道上游出山口处，治理河段长10.55 km。保护人口2333 人，耕地0.77 万亩，牧草地0.3 万亩，确定膘尔托阔依河防洪堤防工程的级别为Ⅴ级，防洪标准为10 年一遇，主要建筑物5 级，次要建筑物和临时建筑物为5 级。计划在拟治理河段左岸修建顺坝及护坡9.853 km，右岸修建顺坝及护坡2.2 02 km。

2 工程设计

2.1 总体布置

拟治理河段位于膘尔托阔依河出山口以下，地形相对平缓，河槽左右摆幅不定，河床较宽，且大部分河段河槽、滩地与堤线没有明显分界。为保证河宽满足稳定宽度，同时满足洪水宣泄需求，因此治导线制定时宜取较宽处，部分卡口处顺直平滑拓宽。考虑到工程造价与施工条件，结合本地河道治理的类似经验[1]，无明显河槽和河岸分界的情况下，宜选取土方或砂砾石填筑的顺坝防洪堤，并根据河势和保护对象在迎水面护砌，并坡脚部分进行抗冲处理。顺坝、护坡及护脚横断面示意图见图1。

图1 顺坝、护坡及护脚横断面示意图（单位尺寸：cm）

2.2 工程设计

2.2.1 安全超高计算

项目区主风向为西风，左岸为工程重点防护区，本次超高计算断面分别选取左岸 2+000、3+800、6+200、8+500 和右岸1+000 断面为计算典型断面。计算公式为：

计算结果见表1。

2.2.2 冲刷深度计算

结合当地多年来已建防洪堤工程的经验，水流产生的冲刷可分为平行于岸坡水流产生的冲刷和斜向水流对岸坡产生的冲刷两种，以较大者确定护脚基础埋深。

表1 堤顶超高计算表

平行水流产生的冲刷可按下式计算：

平行水流冲刷深计算结果见表2。

斜向水流冲刷深计算结果见表3。

表2 平行水流冲刷深

表3 斜向水流冲刷深

根据两种冲刷深度的计算结果比较可知，斜流冲刷对顺坝的冲刷破坏危险较大，因此在设计护岸时选取斜流冲刷深度结果。

2.2.3 砼护坡厚度计算

根据《河道整治设计规范》，砼护坡厚度可采用下式计算[2]：

砼护坡厚度计算结果见表4。

表4 砼护坡厚度计算表

参照计算结果，结合类似工程经验，确定膘尔托阔依河顺坝砼护坡厚度为0.15 m。

2.2.4 顺坝横断面设计

本次防洪工程的顺坝设计为砼顺坝。坝顶宽度为3.5 m，迎、背水坡坡比为1.5。坝体采用河床内砂砾石逐层碾压填筑，迎水面护坡采用浇注15 cm 厚砼板防护，为防止基础冲刷，在基础底部设0.5 m 厚石笼护脚。为保证砼板护坡的稳定性，在护坡底部设马蹄形砼阻滑墙。砼护坡和砼阻滑墙强度等级为C20，抗冻等级为F200，抗渗等级为W6。各防洪段顺坝参数见表5。

表5 各防洪段顺坝主要参数表

2.2.5 渗流计算

根据工况，选取下游坡无排水设备计算公式如下：

式中：q 为单宽渗流量，m3/s·m；k 为堤身渗透系数，本工程取50 cm/s；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；h0为下游出逸点高度，m）；m1、m2为上下游坡率，取 1.5。

分别选取左岸3+000、右岸1+300 断面作为代表断面计算，计算结果见表6。得到浸润线计算简图见图2、3。

表6 渗流稳定计算表

图2 左岸3+000 浸润线简图（尺寸单位：m）

图3 右岸1+300 浸润线图（尺寸单位：m）

可以得出坝后溢出点高度较小，分别为0.01 m 和0.02 m，渗漏量也非常小，此坝后无需设置排水体。

2.2.6 边坡稳定计算

坝坡稳定计算稳定渗流期采用有效应力法，施工期采用总应力法，抗滑稳定安全系数采用瑞典圆弧法，按下式计算：

式中：b 为条块宽度，取 1 m；W 为条块重力，kN，W=W1+W2+βγωZb；其中W1、W2为水位线上、下的条块重力；Z 为水位高出条块底面中点的距离，m；μ 为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力，kPa；β 为条块重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角，°；γω为水的重度。

计算选取左岸3+000、右岸1+300 断面，计算结果见表7。

表7 顺坝前坡稳定计算成果表

可得坝体最小安全系数均大于规范要求值，因此坝前后稳定。

3 结论

本次膘尔托阔依河防洪工程防洪标准10 年一遇，工程等级Ⅴ级。设计洪峰流量180 m3/s～186 m3/s，共修建顺坝12.055 km，工程形式采用顺坝砼板护面，石笼护脚。本项目的实施可将治理段防洪标准提高到10 年一遇，有利于提高居民生活水平及生活环境、维持社会稳定、发展地区经济。本项目属社会公益性项目，总投资2600.0 万元，工程实施后可减免年均洪灾损失330 万元，经济内部收益率8.17%，大于社会折现率7%，经济效益费用比1.06 大于1，有较好的经济效益。

综上，本工程经济合理，实施后将提高当地的防洪标准，改善当地水环境和生态环境，对加快当地经济发展、促进社会和谐具有明显效果。工程建成后一段时间的运行情况，表明工程形式和设计是合理的。