七道溝通北鎮(zhèn)段近期治理工程初步設(shè)計綜述

孫宇東

(北安市城郊鄉(xiāng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江 北安 164000)

七道溝通北鎮(zhèn)段近期治理工程初步設(shè)計綜述

孫宇東

(北安市城郊鄉(xiāng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江 北安 164000)

七道溝治理工程區(qū)段位于通肯河上游暴雨中心，洪澇災(zāi)害突出，且防洪工程基礎(chǔ)薄弱。治理措施采取建防洪堤、整治河道及穿堤涵閘排澇。依據(jù)水面線推算出堤防高程，通過劃分6個排水區(qū)，計算6座涵閘流量，進(jìn)行涵閘工程設(shè)計，確定結(jié)構(gòu)及洞涇、消力池及海漫長，并設(shè)計河道整治方案。

七道溝；近期治理；工程措施；初設(shè)綜述

1 流域概況

七道溝河位于北安市境內(nèi)，為通肯河右岸一級支流，發(fā)源于小興安嶺西南山麓，匯入通肯河，流域總面積649km2，流域形狀呈扇形。海拔高程為190～300m。七道溝河長52km，主槽寬度20～30m，河槽深度為2.0～3.0m，河道上游陡，坡降可達(dá)7.5‰，下游平緩，坡降不足1‰，河道平均坡降為2.4‰[1]。

流域多年平均氣溫1.5℃～3℃，多年平均降雨在400～500mm，降雨年內(nèi)分配不均勻，多發(fā)生在7—9月份，年平均風(fēng)速4.4m/s，年平均相對濕度60%左右。地面解凍日期在4月中旬，封凍日期在10月下旬。平均凍土深度1.8～2.5m。

七道溝河流域洪水可分為春、夏兩個汛期。春汛洪水發(fā)生時間一般為4、5月份，主要由融雪形成。夏汛洪水發(fā)生時間一般在6—9月，主汛期為7、8兩月，夏汛洪水由暴雨形成。上游產(chǎn)生陡漲陡落的洪水，峰型多為單峰，過程多在1～3d。

2 工程建設(shè)的必要性

工程保護(hù)區(qū)內(nèi)有7個自然屯，人口5000多人，農(nóng)田0.27萬 hm2，公路15km。保護(hù)區(qū)地處七道溝流域中下游暴雨洪水高值區(qū)，經(jīng)常遭受突發(fā)暴雨洪水襲擊，加上七道溝流域開發(fā)較早，中上游丘陵區(qū)已墾為耕地，水土流失相當(dāng)嚴(yán)重，河道上沖下淤，洪水災(zāi)害非常突出，特別是1998、2003、2009年洪水規(guī)模較大。

2009年6月29日22時30分開始至24時突降暴雨，在不足3h的時間內(nèi)降雨量150～180mm，洪水大量出槽泛濫，淹沒了大片農(nóng)田，道路、橋梁多處沖毀，造成經(jīng)濟(jì)損失約0.4億元，給保護(hù)區(qū)人民造成了重大財產(chǎn)損失。2013年4月中旬，大量積雪融化，形成的春汛達(dá)50a一遇，七道溝河水倒灌，大片農(nóng)田被水淹浸，洪澇災(zāi)害造成播期嚴(yán)重滯后，有的地塊棄耕。

七道溝防洪工程基礎(chǔ)薄弱，河道淤積嚴(yán)重，現(xiàn)有堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)低，6座穿堤涵閘全部為廢閘，形成6處險工。低標(biāo)準(zhǔn)工程已成為防洪安全隱患。為更好地保護(hù)七道溝沿岸人民生命財產(chǎn)安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)行七道溝防洪工程建設(shè)非常必要。

3 工程設(shè)計任務(wù)

工程治理區(qū)采取因害設(shè)防，合理布設(shè)七道溝通北鎮(zhèn)段堤防等工程，治理河段從七道溝原新興水庫至通肯河全長15.4km。以左岸現(xiàn)有堤防加高培厚為主，右岸屬于坡地，沒有修建堤防的必要。左岸堤防至坡地的距離為500～1000m，現(xiàn)有堤防堤線布局合理。堤防設(shè)計總長度13.50km，與上游的楊家鄉(xiāng)堤防形成封閉的保護(hù)區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場查勘，需要對現(xiàn)有6座排水建筑物拆除重建，承擔(dān)排泄區(qū)的內(nèi)澇。一排干閘堤段有1處需要護(hù)岸，長0.099km。四排干閘下游堤段有2處河道需裁彎取直，長0.47km。

堤防設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，工程等級為4級，穿堤建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)與堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)相同，坡水標(biāo)準(zhǔn)10a一遇，農(nóng)田排水標(biāo)準(zhǔn)為5a一遇。

4 堤防工程規(guī)模確定

通過水面線計算，推求各斷面設(shè)計洪水位，再加上堤頂超高即為堤防高程。根據(jù)設(shè)計要求，本次水面線從七道溝入通肯河河口CS1斷面起推，向上至楊家鄉(xiāng)和通北鎮(zhèn)交界處，推算斷面共計18個[2]?？v斷面圖、平面圖采用2011年12月實測成果，設(shè)計水面線斷面數(shù)據(jù)采用規(guī)劃方案數(shù)據(jù)。

七道溝河道糙率從調(diào)查的2009年4個洪痕點，推算流量在403～481m3/s。以此數(shù)據(jù)來試算糙率，求得主河槽糙率0.031，灘地糙率0.072，與洪痕點扣合較好。洪峰流量采用2%、5%、10%、20%的4個設(shè)計頻率求得。

根據(jù)斷面數(shù)據(jù)以及計算方法和參數(shù)，推求七道溝現(xiàn)狀水面線及規(guī)劃設(shè)計水面線?，F(xiàn)狀水面線根據(jù)本次實測河段斷面進(jìn)行推算，設(shè)計水面線按本次設(shè)計的堤防斷面數(shù)據(jù)推求。堤頂超高公式為：

Y=R+e+A

(1)

式中:R為設(shè)計波浪爬高；e為設(shè)計風(fēng)壅水面高度；A為安全加高，4級堤防取0.6m。堤頂超高計算值為1.5m，但考慮該河流洪水歷時較短，采用1.3m計算。每個堤防斷面的堤頂高程為該斷面對應(yīng)的設(shè)計洪水位加上超高1.3m得相應(yīng)斷面的堤頂高程。然后再根據(jù)堤防填筑土料，通過滲流穩(wěn)定計算和邊坡穩(wěn)定計算分析，進(jìn)行堤防斷面設(shè)計。

5 涵閘工程設(shè)計

根據(jù)排水原則，劃分6個排水分區(qū)，所有排水分區(qū)上部為山丘區(qū)、下部為平原區(qū)，排水分區(qū)由6條排干承擔(dān)排水任務(wù)。排水干渠垂直七道溝平行布置。平原區(qū)排水渠設(shè)計流量為控制面積乘以排水模數(shù)，計算公式為：

Q=q×F

(2)

本區(qū)為旱田，排水模數(shù):q10%=0.18m3/s/km2，q20%=0.13m3/s/km2。

通過計算6條排水干渠流量，確定6座穿堤涵閘的流量分別是楊家閘8.21m3/s、奶牛場閘4.12m3/s、一排干閘10.03m3/s、二排干閘11.35m3/s、三排干閘11.11m3/s、四排干閘5.15m3/s。

5.1 涵閘過流能力計算

按設(shè)計水位及進(jìn)出口高程對應(yīng)關(guān)系，采用《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)公式判別流態(tài)：若H(涵洞進(jìn)口水深)≤1.2D(洞高)，當(dāng)h(涵洞出口水深)

考慮施工及檢修要求涵洞高度統(tǒng)一取1.8m，根據(jù)建筑物位置及堤防斷面確定涵洞長度，本次設(shè)計的涵閘中2座為無壓流(奶牛場閘、一排干閘)，其余4座為淹沒壓力流。按照無壓流涵洞的過水能力計算公式為：

(3)

淹沒壓力流涵洞的過水能力計算公式為：

(4)

涵閘計算流量均大于設(shè)計流量，涵閘過流能力及洞徑設(shè)計滿足要求。

5.2 涵閘消能防沖計算

按照《水閘設(shè)計規(guī)范》推薦的消力池深度計算公式為：

d=σ0hc″-hs′-△Z

(5)

消力池長度計算公式為：

Lsj=Ls+βLj

(6)

海漫長度計算公式為：

(7)

海漫末端的河床沖刷深度計算公式為：

(8)

計算出各座涵閘的消能防沖成果，見表1。

本次設(shè)計涵閘的消力池長、深及海漫長均按上表計算成果選用，能夠滿足規(guī)范要求。

5.3 涵閘滲流穩(wěn)定計算

根據(jù)哈爾濱市中建建筑設(shè)計有限公司提供的《黑龍江省七道溝通北鎮(zhèn)段防洪工程地質(zhì)勘察報告》，建筑物基礎(chǔ)為土基，按《水閘設(shè)計規(guī)范》中的改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行閘基礎(chǔ)的滲流穩(wěn)定驗算。

經(jīng)地基有效深度計算、分段阻力系數(shù)計算、各分段水頭損失值計算、進(jìn)出口段修正后的損失值計算、水平比降和出逸比降計算其成果見表2。

表1 建筑物消能防沖計算成果表

表2 建筑物滲流穩(wěn)定計算成果表

建筑物計算滲流坡降值均小于允許滲流坡降值，建筑物抗?jié)B穩(wěn)定性均能滿足要求，不會產(chǎn)生滲透破壞。最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，即擋土墻穩(wěn)定、抗冰凍及基礎(chǔ)設(shè)計。

6 河道整治

本次設(shè)計的河道整治工程，一是對堤防外堤腳距離河道主槽較近的堤段采取護(hù)岸措施。經(jīng)過實地查勘發(fā)現(xiàn)，有1處河道主槽到堤防外堤腳的距離在20m左右，需要采取護(hù)岸措施穩(wěn)定主槽。護(hù)岸形式經(jīng)干砌石護(hù)岸與格賓護(hù)岸造價等比較，格賓護(hù)岸更經(jīng)濟(jì)適用。護(hù)岸長99m，護(hù)岸采用30c m厚的格賓護(hù)岸，向下護(hù)至深弘、上部采用1.0m寬、0.5m厚的格賓護(hù)肩。二是對過去彎曲的河灣實施裁彎疏浚工程。裁彎的方法分為內(nèi)切式和外切式，根據(jù)現(xiàn)有河道的變化趨勢1號裁彎段采用外切式裁彎，裁彎長度250m；2號裁彎段采用內(nèi)切式裁彎，裁彎長度220m。原有河道平均比降為1∶1200左右，裁彎后1號裁彎段河道比降變?yōu)?∶600、2號裁彎段河道比降變?yōu)?∶450。裁彎后的主河槽須采取護(hù)岸措施。裁彎挖河底寬采用10m，平均挖深2.5m，邊坡選用1∶2.5，裁彎首端和末端的兩岸邊坡各采用30m寬、40cm厚的干砌石護(hù)岸，上部采用1.0m寬、0.5m厚干砌石護(hù)肩，下部采用1.0m高、0.75m厚的鋼筋石籠固腳。被裁彎的原主河槽兩端各設(shè)鎖壩一處，防止洪水沖刷進(jìn)入原河道。本河道主槽較小，主要依靠灘地行洪，裁彎段比較短，受下游雍水，5a一遇洪水水面線比裁彎前低2.0cm以內(nèi)，20a一遇洪水基本一致。設(shè)計水面線采用裁彎后的水面線。方案比較，對于裁彎段除采取裁彎外，還可以采取護(hù)岸與護(hù)坡相結(jié)合的措施。經(jīng)工程造價比較，裁彎取直方案經(jīng)濟(jì)適應(yīng)。

[1]綏化市水利水電勘測設(shè)計研究院隆順分院.北安市七道溝通北鎮(zhèn)段近期治理工程初步設(shè)計報告[R].肇東：綏化市水利水電勘測設(shè)計研究院隆順分院，2012.

[2]哈爾濱市中建建筑設(shè)計有限公司.北安市七道溝通北鎮(zhèn)段近期治理工程地質(zhì)勘察報告[R].哈爾濱：哈爾濱市中建建筑設(shè)計有限公司，2012.

1007-7596(2014)01-0145-03

2013-08-05

孫宇東(1973-)，男，黑龍江北安人，工程師，從事鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利建設(shè)和工程管理工作。

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