永濟(jì)市東部腹地排澇工程分析

強(qiáng)鵬飛

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

永濟(jì)市東部腹地排澇工程，是涑水河流域規(guī)劃的一項(xiàng)重要內(nèi)容，位于永濟(jì)市東北部開張、卿頭鎮(zhèn)境內(nèi)，總控制面積16667hm2。自1987年4月建成后，有效降低了土壤含鹽量，改善了地下水質(zhì)，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了積極作用。

上世紀(jì)90年代，連年干旱，降雨量銳減，當(dāng)?shù)厝罕姾闈碁?zāi)害意識(shí)淡薄，部分群眾平渠種地，使得排水渠道及建筑物均受到不同程度的損壞。由于近年來尊村引黃提水量逐年增加，降雨量增大，加之灌溉排水渠泄水不暢，田面積水及鹽堿化面積不斷擴(kuò)大。

涑水河因嚴(yán)重淤積、河面變窄，導(dǎo)致沿線農(nóng)田排水不暢、地下水污染嚴(yán)重。伍姓湖長時(shí)間維持高水位，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)厝罕娹r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的改善和生活質(zhì)量的提高。為此，對(duì)東部腹地的排水工程進(jìn)行了規(guī)劃，恢復(fù)和完善原排水系統(tǒng)，打開該區(qū)域的半閉流狀態(tài)，保證排水暢通，解決困擾當(dāng)?shù)鼐用竦暮闈碁?zāi)害。為永濟(jì)市經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展，社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)提供有力保障。

涑水河流域?qū)俑珊?、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，差異懸殊。工程區(qū)多年平均降雨量504.7mm，年季分配不均。多年平均氣溫13.8℃，最低氣溫-15.3℃，全年無霜期220d，最大凍土層厚35cm，多年平均風(fēng)速為2.7m/s。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程任務(wù)及規(guī)模

項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物主要以棉花、小麥為主，并有蔬菜、果林等，耐澇時(shí)間1～3d；區(qū)域暴雨急促，高強(qiáng)度歷時(shí)短，一般不超過24h；排澇區(qū)面積101533.33km2，地勢(shì)平坦，暴雨形成徑流迅速。因此，擬定設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為10年一遇；排水設(shè)計(jì)采用最大24h暴雨在3d內(nèi)排至田面無積水。本工程排水建筑物最大過水流量為7.61m3/s，工程等級(jí)為Ⅴ等5級(jí)。在10年一遇排水標(biāo)準(zhǔn)下，參照尊村灌區(qū)排澇實(shí)測(cè)值，排澇模數(shù)確定q最大為0.05m3/s·km2，q常排為0.013m3/s·km2。

本工程建設(shè)的主要任務(wù)是解決永濟(jì)市東部腹地農(nóng)田排水問題。首先，修復(fù)東部腹地農(nóng)田排水系統(tǒng)，將農(nóng)田積水排入伍姓湖，徹底解決項(xiàng)目區(qū)居民的內(nèi)澇之患；其次，對(duì)涑水河郭家莊至蒲洲段進(jìn)行清淤，疏通河道，降低伍姓湖的滯洪水位，使農(nóng)田積水通過伍姓湖順利排入黃河。

依據(jù)建設(shè)任務(wù)確定本工程的建設(shè)規(guī)模。

農(nóng)田排澇。對(duì)永濟(jì)東部16800km2的農(nóng)田修建排水系統(tǒng)，共修建干（支）渠13條，總計(jì)87.6km，渠道建筑物112座；排水斗渠修復(fù)307.4km，新增管橋291座；排水農(nóng)渠修復(fù)831.6km，新增管橋2142座。

河道清淤。對(duì)涑水河郭家莊至蒲洲段進(jìn)行清淤，降低伍姓湖水位，清淤河道總長22.8km。

2.2 計(jì)算原理

2.2.1 排水流量計(jì)算

本次設(shè)計(jì)選用尊村實(shí)測(cè)排澇模數(shù)q最大為0.05m3/s·km2、q常排為0.013m3/s·km2作為設(shè)計(jì)依據(jù)。按照各片及各排水渠控制的集雨面積乘以排澇模數(shù)q來推求設(shè)計(jì)流量Q。

2.2.2 渠道尺寸計(jì)算

按照明渠均勻流公式，計(jì)算渠道水深h和底寬b。

式中：Q——流量，m3/s；

i——渠道縱坡；

m——邊坡系數(shù)；

h——水深，m；

b——底寬，m。

2.2.3 渠道沖刷計(jì)算

工程所在區(qū)域土質(zhì)為壤粘土，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算各級(jí)渠道允許不沖流速。

式中：V——流速，m/s；

R——水力半徑，m。

經(jīng)計(jì)算，各排水渠設(shè)計(jì)流速均滿足規(guī)范要求的允許不沖流速。

2.3 水渠設(shè)計(jì)

根據(jù)涑水河流域近幾年受災(zāi)情況，確定本工程排澇總面積為16800hm2，并將治理區(qū)域劃分為姚暹渠北側(cè)洪澇區(qū)、伍姓湖北側(cè)排澇區(qū)排水渠和曾家營排澇區(qū)排水渠。

2.3.1 姚暹渠北側(cè)洪澇區(qū)

姚暹渠北側(cè)洪澇區(qū)排水渠道改造是在原渠道的基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)城排水泄洪總體規(guī)劃，以滿足10年一遇設(shè)計(jì)暴雨情況下排水渠能夠正常排水，且渠道不沖不淤為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)一步完善水流條件。排水干渠和排水渠由西向東匯入涑水河伍姓湖段。姚暹渠北側(cè)洪澇區(qū)內(nèi)布置了排水一支渠、排水二支渠、排水三支渠、排水四支渠、排水一分干、排水二分干，均由北向南呈“梳”狀布置，長度分別為12822m、6565m、7435m、8636m、7611m、5669m。排水干渠長12496m，承泄排水一至四支渠；排水干渠下游接排水總干渠，總干渠長8451m，承泄排水一、二分干渠。

排水一支渠北起務(wù)農(nóng)莊，途經(jīng)尚志、東安頭等村莊，于曾家營村匯入排水干渠，全長12822m，設(shè)計(jì)縱坡1/1000～1/2000。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡為1∶1.5，設(shè)計(jì)水深為0.62～1.136m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為348.63m（與現(xiàn)狀渠底高程一致），設(shè)計(jì)水位高程為349.766m。為了減少渠道挖方，在樁號(hào)6+358.8、6+722.1、7+822.1處布置3處跌水，跌坎高度分別為0.9m、0.5m、0.7m。

排水二支渠北起東長軒，途經(jīng)五家村、千戶村等村莊，于橋上村北匯入排水干渠，全長6565.7m，設(shè)計(jì)縱坡1/1000～1/3000。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.52～1.14m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為347.98m（與現(xiàn)狀渠底高程一致），設(shè)計(jì)水位高程為348.962m。

排水三支渠北起廉家莊，途經(jīng)養(yǎng)殖廠，于石橋村南匯入排水干渠，全長7435m，設(shè)計(jì)縱坡 1/600～1/3000。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.37～0.965m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為346.79m（與現(xiàn)狀渠底高程一致），設(shè)計(jì)水位高程為347.755m。在樁號(hào)1+888處布置1處跌水，跌坎高度為0.9m。

排水四支渠北起高淮村，途經(jīng)寒署村、朱家莊，于牌首村村南匯入排水干渠，全長8636.8m，設(shè)計(jì)縱坡1/800～1/2000。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡為1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.45～0.975m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為346.3m（比現(xiàn)狀渠底高程高0.27m），設(shè)計(jì)水位高程為347.275m。在樁號(hào)4+518.0處布置1處跌水，跌坎高度為0.9m。

排水一分干北起黃旗營，在棗疙瘩村西折向西，于常旗營村再折向南，匯入排水干渠，全長7611.4m，設(shè)計(jì)縱坡1/1500～1/4000。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.6～1.06m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為345.503m（與現(xiàn)狀渠底高程一致），設(shè)計(jì)水位高程為346.493m。在樁號(hào)6+161.6處布置1處跌水，跌坎高度為0.5m。

排水二分干北起永盛村，向南匯入排水干渠，全長5569.6m，設(shè)計(jì)縱坡1/1500～1/2500。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡1∶3（0+000—1+769.6段土質(zhì)為粉沙土），邊坡1∶1.5（1+769.6—5+569.6）設(shè)計(jì)水深為0.49～0.908m，渠道超高不小于20cm。排水干渠匯入口底高程為345.503m（與現(xiàn)狀渠底高程一致），設(shè)計(jì)水位高程為346.493m。在樁號(hào)6+161.6處布置1處跌水，跌坎高度為0.5m。

排水干渠東起曾家營，在橋上村折向南，沿姚暹渠至土橋村，穿過姚暹渠與排水總干相接，全長12.496km。渠道設(shè)計(jì)縱坡為1/4500，渠道寬度1～4.5m，設(shè)計(jì)水深1.3～1.5m。同時(shí)支渠底高程比干渠底高程高0.4～0.6m，為防止沖刷，采用漿砌石對(duì)其匯入口進(jìn)行防護(hù)。

排水總干渠起點(diǎn)渠底高程與排水干渠末端渠底高程一致（345.438m），縱坡1/5000，渠底寬為16.0m，內(nèi)邊坡1∶1.5，分段設(shè)計(jì)流量分別為5.55m3/s、6.63m3/s和7.61m3/s，排水總干渠各流量對(duì)應(yīng)的所需底寬分別為4.50m和5.50m，水深1.54～1.67m。

2.3.2 伍姓湖北側(cè)排澇區(qū)排水渠

伍姓湖北側(cè)洪災(zāi)區(qū)主要是趙柏村、任家莊村、下朝村、東、西伍姓村和郭家莊。區(qū)內(nèi)布置4條支渠，即任家莊支渠、東伍姓支渠、西伍姓排水支渠。

任家莊支渠呈“U”型布置，水流由南向北后折向東再折向南，經(jīng)東伍姓湖村東通過運(yùn)風(fēng)高速下涵洞自流進(jìn)入伍姓湖，渠道總長7239m，設(shè)計(jì)縱坡1/448～1/1826。渠道樁號(hào)0+000—5+958.2段采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.291～0.605m，渠道超高不小于20cm。渠道樁號(hào)5+958.2—7+239.7段采用埋設(shè)DN800混凝土管，長度1281.5m。任家莊支渠主要解決任家莊和下朝村的農(nóng)田排水問題。

東伍姓湖排水支渠呈“之”字型布置，水流由東向西流入伍姓湖農(nóng)場(chǎng)泵站，抽排至伍姓湖，渠道總長2303m，設(shè)計(jì)縱坡1/1527～1/2258。渠道采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡為1∶1.5，設(shè)計(jì)水深為0.134～0.21m，渠道超高不小于20cm，主要解決東伍姓村排水問題。

西伍姓一支渠和二支渠呈“口”字型布置，水流由西向東折向南，穿過大運(yùn)高速涵洞，排入伍姓湖，渠道總長2256.1m，渠道縱坡分別為1/755、1/505，采用梯形斷面，底寬1.0m，邊坡為1∶1.5，設(shè)計(jì)水深0.116～0.13m，渠道超高不小于20cm，主要解決趙柏、西伍姓村的排水問題。

2.3.3 曾家營排澇區(qū)排水渠

曾家營排水支渠北起曾家營，南至疙瘩營后匯入董村農(nóng)場(chǎng)排水渠，最后流入硝池，全長3689.8m，主要排除曾家營村東和疙瘩營村農(nóng)田積水。渠道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)縱坡1/1661～1/3347，底寬1.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深為0.461～0.552m，渠道超高不小于20cm。為了減少渠道挖方，在樁號(hào)0+512.2、1+778.7、2+937.3處布置3處跌水，跌坎高度分別為3.3m、0.7m、1.7m。

2.4 涑水河疏通設(shè)計(jì)

涑水河郭家莊段至蒲洲段長22.8km，目前河道淤積嚴(yán)重，河道過流斷面局部地段不足3.0m，致使郭家莊段農(nóng)田排澇不暢和伍姓湖長期高水位運(yùn)行。本次擬對(duì)其進(jìn)行清淤疏通，清淤深度為1.0～1.5m，河道維持現(xiàn)有寬度，經(jīng)計(jì)算平時(shí)可排泄量為3.5m3/s。

渠系建筑物改造。

排水總干渠、排水干渠及排水支渠各渠段上現(xiàn)有建筑物共200余座，主要為三鉸拱橋、三鉸拱渡槽、管橋、鋼管井渡、控制閘及砌石涵洞等。各建筑物存在不同程度損壞，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活，急需修復(fù)。另外，原設(shè)計(jì)橋梁數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足交通的發(fā)展要求。因此，本工程修復(fù)三鉸拱橋44座，改造砌石涵洞3座，新建板橋54座，新建管橋2433座，合計(jì)2534座。

新建管橋設(shè)計(jì)采用DN500鋼筋混凝土排水管，擋土墻采用鋼筋混凝土，厚度0.08m，兩擋土墻間采用土方回填，橋?qū)?.0m。管橋路面為0.2m厚泥結(jié)碎石。

三鉸拱橋改造的設(shè)計(jì)，針對(duì)每座橋的受損程度和部位進(jìn)行修復(fù)及加固。拱片采用預(yù)制C25鋼筋混凝土，路面采用泥結(jié)碎石，厚0.2m，兩側(cè)欄桿和擋土墻均為M7.5水泥砂漿磚，表面采用1∶2水泥砂漿抹面。

新建板橋設(shè)計(jì)，采用“T”型橋面板，橋?qū)?.0m，橋長10.0m，橋墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻厚250mm，采用鋼筋混凝土路面，厚200mm。

3 結(jié)語

通過對(duì)東部腹地排澇系統(tǒng)的修復(fù)、涑水河河道的疏浚以及排水渠建筑物的改造，不僅有效地解決了腹地洪澇災(zāi)害、地下水污染等問題，而且能夠保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高。同時(shí)為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)及社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)提供有力保障。