彝良县重点河段治理工程设计及排涝规划综述

赵卫东，王志斌

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，乌鲁木齐 830002 )

0 引 言

河道具有重要的行洪作用，部分地区天然河道高度不满足防洪需求，甚至部分岸坡在河道长期冲刷作用下发生垮塌，造成河道堵塞，影响河道行洪[1-5]。针对这种情况，采取河道防洪整治工程是十分必要的，合理选取堤防型式可降低工程投资，保证河道安全[6-11]。文章结合云南彝良县重点河段治理工程对河道整治堤防方案及排涝规划进行了分析[12-15]

彝良县重点河段治理长度约4.63km，河段间新场街处左岸有马腹河支流加入(集水面积42km2，河长12.0km，流域平均比降131.8‰)，右岸有石亚箐支流加入(集水面积18km2，河长6.9km，流域平均比降161.7‰)，洛泽河治理段末端(洛泽河大道处)集水面积3456km2。河段下游右岸2km有支流角奎小河加入，集水面积821km2，由于面积相对较小，又非流域暴雨集中区域，其洪水不会对治理河段产生顶托影响。

1 河床演变及现状水面线

1.1 河床演变分析

洛泽河为山区河流，两岸为高山，河道相对稳定，没有发生过较大自然改道和变迁，河势基本保持稳定。

随着时间推移，河段在经历冲刷和淤积的交替变化过程，近年来河床处在一个冲淤相对稳定期。由于治理河段没有可供对比的多次实测地形进行对比分析，下面借用下游的原马路村水文站实测断面进行分析，以说明洛泽河河段的河床演变。

马路村水文站1965年至2009年的实测大断面见图-1。可以看出，1965年以来，断面两岸略有变化，分析来看，多为人为活动造成的；而河床则是有冲有淤，冲淤变化不到1m，整体变化很小。

图1 马路村水文站历年实测大断面图

通过借用马路村水文站分析，可以得出：自然情况下河道两岸稳定，不会出现改道，但两岸受人为活动影响大；河道略有淤积，淤积幅度很小，总体上处于冲淤平衡状况。

横江彝良县重点河段治理工程位于彝良县城，虽然自然条件下总体上河势变化不大，但由于人类活动频繁，两岸修建了大量的房屋及部分防护堤，局部河段受人为影响还是很大的。

1.2 现状水面线推求

1.2.1 计算方法

为分析整治河段的防洪能力，推求了横江彝良县重点河段治理工程现状的水面线。根据设计洪水、设计底坡和拟定的设计断面，利用HEC-RAS 4.0对河道拟定治理后的防洪能力复核及水面线计算，HEC-RAS软件计算原理基于一维能量方程，各断面采用直接步进法推求。其计算公式如下：

(1)

式中：Z1、Z2为下断面和上断面的水位高程；α1、α2为下断面和上断面的流速系数；v1、v2为下断面和上断面的流速；g为重力加速度；hf、hj为上下游断面之间的沿程水头损失和局部水头损失。

1.2.2 边界条件及推求成果

控制断面为2012年3月实测资料，天然河道总长4.80km，共布置了29个横断面，断面平均间距170m，最大间距200m，最小间距33m。在现状实测横断面的基础上，根据确定的堤线、堤距，布置行洪断面的形式，作为推算水面线的基本依据。

洪峰流量为水文专业计算而得的设计频率洪峰流量。起调水位为各段出口断面的水位-流量关系曲线查算水位。根据水文计算成果，横江彝良县重点河段P=20%和P=5%的洪峰流量为853m3/s、1200m3/s。由水位-流量关系曲线查算的水位分别为835.69和836.73m。因此，确定治理河段的起调水位分别为835.69和836.73m 。支流马腹河P=20%和P=5%的洪峰流量为86.8m3/s、149m3/s。

糙率是一个反映滩槽边壁粗糙程度和其他一些因素对水流阻力影响的综合参数。对于底坡多变、回流区较多的河流，糙率在0.030-0.045之间取值。根据《水力计算手册》(第二版)的相关建议值，结合河道各断面现状，天然状态下糙率为0.045，整治后的糙率为0.040。

该治理河段P=5%、P=20%的现状水面线成果见表1。

表1 横江彝良县重点河段现状水面线

从上表计算成果可知，由于0+000.00- 0+543.00和支流汇口0+000-0+157段位于原新场乡街道旁，干流右岸云南彝良天力化工公司新建的防洪堤满足20a一遇洪水要求，其余河段均不能满足要求。1+130-1+336段左岸满足5a一遇洪水防洪要求，但不满足20a一遇洪水要求。1+408-2+256段，左岸为彝良-昭通老路，满足5a一遇洪水，但周边有部分违法建筑，不满足20a一遇洪水要求，需拆除，由于右岸都堆满了渣土，高度满足20a一遇洪水要求。4+522-4+802段，左岸为彝良-昭通老路，右岸为洛泽河大道，高程均满足20a一遇洪水要求。

洛泽河治理河段内没有河闸建筑物，但有跨河3座公路桥和1座吊桥，经复核除1+100处人行吊桥外,其余3座桥桥面均高于P=5%洪水位,且桥总跨度均大于所在河段的河宽，不会对设计水面线造成水位雍高现象。该1+100处人行吊桥在P=5%洪水期，水面高于桥面1.2m，应加强管理,限制人员通行。

2 堤防工程设计

2.1 堤型方案比选

防洪堤的堤型选择主要结合治理段所处的地理位置，工程重要程度、堤址地质、筑堤材料、水流特性、施工条件、运用和管理等要求，考虑到工程造价等因素，经过技术经济比较，综合来确定堤型。该段现状：为修建公路、工厂时的弃渣场区，地面高程基本与S201省道(彝良-昭通的二级路)持平。此河段右岸规划有县汽车客运站、县燃料站等设施，已建县消防大队、县燃气公司、石油公司等单位部门，选取三种方案进行比较。

方案一：浆砌石衡重式挡洪墙。

结构断面为：设计堤顶高程为设计洪水位加安全超高，堤顶宽度0.8m，上墙和下墙的高度比例为0.56:0.44，上墙墙背坡比为1∶0.25。平台宽度为0.168H(H为堤高)，下墙墙背比为1∶0.2。迎水面坡比为1:0.15。堤型标准断面见图2。

图2 浆砌石衡重式挡洪墙

方案二：钢筋混凝土扶壁式挡洪墙。

结构断面为：设计堤顶高程为设计洪水位加安全超高，堤顶宽度1.0m，底宽与墙高H之比为0.65，扶壁间净宽为5m，扶壁厚度为1.0m，锺板厚1m，前趾板长度为1.5m，厚度为0.6-1m，底板下设置0.2m厚的C15混凝土垫层。堤型标准断面见图3。

图3 钢筋混凝土扶壁式挡洪墙

方案三：浆砌石衡重墙护脚+雷诺垫层护坡土堤。

结构断面为：前后坡比均为1∶1.75。迎水坡常遇洪水位以下采用浆砌石衡重墙护脚，护坡采用30cm厚的雷诺垫层护坡，堤顶处采用C15压顶板。背水坡采用植草护坡，后坡脚设0.3m×0.3m的C15混凝土排水沟，堤型标准断面见图4。

图4 浆砌石衡重墙护脚+雷诺垫层护坡土堤

综合比选，考虑该段有近30m高弃渣，本次选用整体性最好、抗冲刷效果好、耐久性好、施工工期短、占地少、抗弯好、稳定性最好的的钢筋混凝土扶壁式挡墙。

2.2 堤顶高程确定

1)根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，堤顶超高按下式计算确定：

Y=R+e+A

(2)

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，m。

洛泽河治理工程需要防淹治理的河段设计堤顶高程为20a一遇洪水位加堤顶超高(波浪爬高+风壅水面高+0.6m安全加高)。

经计算波浪爬高为0.23-0.29m，风雍水面高度为0.001，安全加高值为0.6m，合计防洪堤不允许越浪超高取值0.9m。设计堤顶高程为20a一遇洪水位加0.9m超高确定。

表2 堤型方案对比分析表(以郎家沙坝段0.8km为例)

3 排涝规划

根据排涝面积的大小，共划分成5个排涝分区，其中左岸3个，右岸2个。各片区排涝面积按坡面、旱地两种类型来考虑。

1)0+000-0+543段：左岸修建堤防700m(含支流汇口157m)，规划为新场街道建设用地，目前开始在空地上填土，堤后回填比堤顶高，控制径流面积约为0.1km2(以公路排水沟为界)，排涝流量为0.04m3/s，为考虑此段将来发展成为居民区。此阶段设置2个排涝口。采用Φ1000预应力混凝土管，桩号为0+215、0+481，涵洞出口底板高程856.64m、854.00m。由于设计水面线高于出口高程，存在洪水倒灌现象，需设置拍门设施。

支流防护段较短，涝水集中至干流左岸0+481处排出。

右岸修建防洪堤287m，径流面积仅为0.03km2，排涝流量为0.01m3/s，由于该段河堤迎水面铺设雷诺护垫，涝水基本沿坡面均匀而下，未产生集中径流，故不考虑设置排涝口。

2)1+130-1+336段：左岸修建堤防206m，控制径流面积约为0.02km2，排涝流量为0.01m3/s，该段现状无集中排涝口，该治理端较短，涝水直接排至下游，不考虑设置排涝口。

3)1+408-2+256段：右岸修建堤防848m，控制径流面积约为1.2km2(以公路排水沟为界)，排涝流量合计为0.51m3/s，堤后规划有汽车客运站、燃料站等，此阶段设置2个排涝口。采用Φ1000预应力混凝土管，安装桩号为1+708m、2+142，涵洞出口底板高程849.33、847.00m。由于设计洪水位均高于出口高程，故需设置拍门设施。

另外，1+931埋有天力化工公司排水管1根，管径Φ1000，控制面积约2.2km2，排涝流量为0.92m3/s，在此设置城门洞型涵洞将其包裹，进行保护，过水断面1.5×1.8m，涵洞出口底板高程845.90m。由于设计洪水位为850.74m高于出口高程，故需设置拍门设施。

4)4+522.00-4+802段：左岸修建堤防280m，控制径流面积约为0.01km2(以公路排水沟为界)，排涝流量为0.01m3/s，该段紧邻道路，无集中径流，故不考虑设置排涝口。

4 结 论

1)通过流域河道实测断面分析河床演变过程，河道两岸受工程活动影响较大，基本上处于冲淤平衡状态。

2)采用能量公式，利用HEC-RAS软件推求河道设计水位线，通过计算安全超高为0.9m，为河道堤顶高程确定提供参考。

3)通过3种方案分析，确定采用钢筋混凝土扶壁式挡墙堤型，在抗冲刷性、稳定性、耐久性等方面均具备较大的优势。

4)结合流域片区，对河道排涝口设置规划进行分析，确定在1+408-2+256段设置排涝口。