某生态清洁小流域沟道整治工程设计要点

贺元波

（贞丰县水务局，贵州 贞丰 562200）

1 工程概况

洛项河生态清洁小流域位于贞丰县的鲁贡镇的鲁贡社区、管路村、板怀村和毛闷村等四个村，距县城约30 km。根据数据统计资料及现场调查，结合《土壤侵蚀分级分类标准》判别统计，洛项河生态清洁小流域总面积18.81 km2，其中流域内微度流失面积9.60 km2，占总失面积的51.03%；流域内轻度流失面积1.40 km2，占总面积的7.45%；中度流失面积7.65 km2，占总流失面积的40.66%；强烈流失面积0.16 km2，占总流失面积的0.85%。洛项河生态清洁小流域的土壤侵蚀类型以侵蚀方式主要以水力侵蚀为主，土壤平均侵蚀模数为1 988.30 t/（km2·a），年均土壤侵蚀量为3.74 万t。大量的水土流失是由坡耕地和郁闭度不高的林地造成的。

洛项河生态清洁小流域为低中山峡谷地貌，土壤主要为黄壤、黄棕壤。小流域植被属典型的亚热带常绿阔叶林混交林地带，整个小流域林草覆盖率为60.06%。

2 沟道整治水面线推求

设计对板怀村地段平夯沟道进行生态治理，改善河岸生态环境，防止河岸侵蚀，促进小流域内旅游业的发展，经现场实地勘察，洛项河是洛项河的一级支流，北盘江的二级支流。

2.1 设计标准

根据规范，整治河段按5 年一遇洪水设计。经查图集，最大1 h 暴雨量为46 mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv，24 h 暴雨量为100 mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv。

2.2 设计洪峰流量

根据万分之一地形图量算的治理沟道终点断面的流域参数（见表1），洪峰流量采用《贵州省暴雨洪水计算实用手册（修订本）-小汇水流域部分》之修订式计算洪峰流量。

表1 治理沟段终点断面流域参数统计表

式中：Qp—设计频率P的洪峰流量（m3/s）；γ1—小汇水流域汇流系数取值0.38；f—流域形状系数，f=F/L2；L—流域河长（km）；J—平均比降（‰）；F—集水面积（km2）；C—洪峰径流系数，取0.6512；H24hp—24 h 设计暴雨（mm），5 年一遇设计暴雨131 mm。

计算得治理河段终点断面5年一遇洪峰流量24.60 m3/s。

2.3 控制断面水位流量关系

以治理河段终点1+365断面作为控制断面，水位流量关系曲线按照曼宁公式Q=A·R2/3I1/2推求。比降参数采用0.018～0.020。糙率整治前n取0.040～0.045，整治后n取0.030～0.035推求水位流量关系，断面1+365水位流量关系成果见表2。

表2 1+365断面水位流量关系曲线表

2.4 水面线计算

本次治理河段按5 年一遇洪水设计。根据整治前后的沟道断面资料，按照伯努利方程：

Zu+（a+ζ）＝Zd+（a+ζ），推算整治后沟道水面线。整治前水面线计算，结合《天然沟道糙率表》，天然沟道糙率取值0.040～0.045，通过筑堤后，很大程度上改变了河床的天然状态，河流的水力条件得到改善，因此整治沟道后断面的糙率较天然沟道的糙率略低，取值为0.030～0.040。由1/1 000 实测地形图剖得横、纵断面，以及设计洪水，用伯努利公式计算天然沟道的洪水水面线。规划河段全长1 365 m，共布设了14 个横断面，计算起始断面为1+365，根据水位流量关系成果得1+365 断面P=20%时的整治前后的洪水位分别为471.28 m和470.81 m。

计算成果表明，整治后水位较天然水位略有降低。沟道整治前后设计洪水水面线成果表（此略）、图（此略）。

3 沟道堤防工程设计

3.1 沟道堤线布置原则

①河堤堤线与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行；②堤线力求堤线平顺，各堤段平缓连接，不采用折线或急弯；③新建工程尽可能利用现有堤防和有利地形，修筑在基础较好，比较稳定的滩岸上；④尽量与乡镇建设总体规划相符合；⑤尽量布置在占压耕地、拆迁房屋等建筑物少的地带，并有利于防汛抢险和工程管理。

3.2 堤型与堤顶高程

3.2.1 堤型选择

洛项河板怀村段两岸均为基本农田，因此不能占地，堤型选择为浆砌石重力堤，堤线沿原河堤布置，均能占用农田。

3.2.2 堤顶高程确定

堤顶高程按《堤防工程设计规范》为设计洪水位加上堤顶超高。堤顶超高按式（1）计算：

式（1）中：A—安全加高值，此工程为5 级堤防，按《堤防工程设计规范》安全加高值为0.30 m；e—设计风壅增水高度（m）；R—设计波浪爬高（m）。

洛项河治理段堤顶超高计算成果表（此略）。

工程主要建筑为5级，设计堤防为浆砌石重力式的堤防工程，安全加高值0.30 m，由以上计算表格结果可知，治理段堤顶超高Y=0.40 m，相应的防洪堤堤顶高程为：设计洪水位（P=20%）+0.40 m，各段的设计水位见设计水面线成果表，结合现场实际情况，设计堤顶高程表（此略）。

3.3 沟堤结构设计

重力式防洪堤断面设计：堤顶宽0.05 m，最大堤高2.60 m，基础埋深0.60 m，挡墙顶设10 cm厚C15细石混凝土压顶，河堤背水面垂直，迎水面按1:0.30坡度放坡砌筑，堤身采用M7.5浆砌块石；堤后用开挖土石回填至地面高程，堤身设排水孔φ为75 mm，间距为3 m，排水孔坡度10%，排水孔后堆0.03 m3的反滤层。每隔10 m 设置伸缩缝，缝宽2～3 cm，缝内用沥青木板充填，具体详见设计断面图（此略）。

3.4 沟堤稳定计算

浆砌石重力式防洪堤稳定计算工况分为常年水位和设计洪水位陡降两种工况，工况①：设计洪水位（P=20%）时的静水压力+堤背土压力+堤背水压力+堤底扬压力+地面均布荷载+堤身自重。工况②：河床枯水位时的静水压力+堤背土压力+堤背水压力（与地面同高）+堤底扬压力+地面均布荷载+堤身自重。

河堤枯水季节为稳定最不利情况，因此选取沟道内最枯水时工况②为计算工况。

3.4.1 基本资料

墙身尺寸：墙身总高2.60 m，墙顶宽0.50 m，面坡垂直，下墙背坡倾斜度1:0.3，采用1 个扩展墙趾台阶，墙趾台阶b1为0.30 m，墙趾台阶高h1为0.60 m。

3.4.2 物理参数

土石回填18 kN/m3，水9.80 kN/m3。土的内摩擦角：30°，地基摩擦系数f：0.35，地基承载力P：0.30 kPa，砌体容重：23 kN/m3。

3.4.3 计算方法

表3 防洪堤稳定、应力计算成果表单位：kPa

从上表可知，挡墙设计断面的抗滑稳定及抗倾覆安全系数均满足规范要求，基底应力小于地基承载力，满足要求。

3.5 堤基抗冲刷计算

在水流的作用下，河水对防洪堤基础有冲刷作用。根据《堤防工程设计规范》，护岸冲刷公式：Δhb=hp×，经计算，治理河段基础最大冲刷深度为0.46 m，而设计防洪墙基础埋深为0.60 m，满足设计基础埋深要求。

4 结语

综上所述，熟悉工程概况，按生态清洁小流域项目建设要求，完成沟道整治水面线推求，实施沟道堤防工程设计，为典型沟道整治工程提供设计依据。