趙家壩堤防及河道整治設(shè)計(jì)探討

許朝友

（思南縣水務(wù)局，貴州銅仁 565100）

1 概述

燈油壩片區(qū)位于思南縣東南部，距縣城8km，包括孫家壩鎮(zhèn)和邵家橋鎮(zhèn)的燈油壩、孫家壩及趙家壩3 個(gè)小區(qū)域，規(guī)劃面積15.7km2。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 108°15′00″~108°15′30″，北緯 27°54′02″~27°51′30″之間。其中，燈油壩區(qū)域包括牌坊村、石門(mén)坎村、雙紅村、毛坡頭村、街上村和葛臘寨村等部分村民組，趙家壩區(qū)域包括大面山村、全江村、堆上村、石家寨村和官坡村等部分村民組。該片區(qū)已建有廣宇水泥廠、漢信混凝土攪拌站、南塑包裝廠和220kV 思南變電站等項(xiàng)目，規(guī)劃占地500 畝的思南石材城已開(kāi)工建設(shè)。

2 河道、堤防狀況及存在的主要問(wèn)題

清渡河發(fā)源于梵凈山南麓，流經(jīng)纏溪、凱旺，在天橋鄉(xiāng)東北約2km 處入境，過(guò)天橋電站、冉泗塘、黃蠟洞、花灘子至趙家壩匯入烏江，河道總長(zhǎng)54km，流域面積492km2，總落差103m。本次工程段位于清渡河匯入烏江的匯合處。

3 堤防及河道整治設(shè)計(jì)

3.1 河道、堤防線路布置及堤距選擇

3.1.1 堤線布置方案

清渡河常水位高程為365.00m，據(jù)此在365.50m 高程上設(shè)置親水平臺(tái)，平臺(tái)最小寬度按3m 控制。左岸由石家寨起向清渡河與烏江匯合口延伸，堤長(zhǎng)共1075m；右岸分兩段，由石家寨起向清渡河與烏江匯合口延伸，在0+696 漁溪溝匯入處分開(kāi)。上游段長(zhǎng)696m，下游段長(zhǎng)335m。右岸設(shè)置4 處堤頂?shù)接H水平臺(tái)的梯步，左岸5 處，每處梯步寬4m。堤頂寬3m，堤背為規(guī)劃建設(shè)用地紅線。

3.1.2 堤距確定

清渡河段：由于受河兩岸規(guī)劃道路的用地紅線控制，故不進(jìn)行比較，沿道路紅線布置堤防，堤距在110~210m 之間。

漁溪溝：主要是疏浚工程，以滿足過(guò)流能力來(lái)控制河道寬度，其底寬為7.0m。

3.2 河道與堤防縱、橫斷面

本次治理清渡河河床縱坡采用原河道天然比降7.42‰，漁溪溝采用比降為2.1‰。

清渡河石家寨防洪堤工程保護(hù)圈為燈油壩片區(qū)，現(xiàn)狀河谷下切較深，根據(jù)以上原則，堤型主要確定為土堤護(hù)坡結(jié)合重力式、土堤護(hù)坡、仰斜式三種型式。

3.3 河道清障規(guī)劃

本次設(shè)計(jì)疏浚工程主要集中在清渡河支流漁溪溝，疏浚長(zhǎng)度為3.4km，疏浚工程量為10.68 萬(wàn)m3。

3.4 治理河段設(shè)計(jì)水面線

3.4.1 沙沱電站回水影響

距離項(xiàng)目區(qū)下游100km 處的烏江上有一座已建的沙沱電站，根據(jù)烏江沙沱電站水庫(kù)淹沒(méi)處理范圍成果表可知，沙沱電站P=5%頻率下洪水的尖滅點(diǎn)在老鷹巖，而老鷹巖位于本工程下游21km，所以在P=5%頻率洪水下本工程項(xiàng)目區(qū)不受沙沱電站回水的影響。

3.4.2 洪水水面線

根據(jù)測(cè)量人員提供的實(shí)測(cè)斷面及水工布置后的斷面，用伯努利方程，分析計(jì)算出本次治理河段整治前后的水面曲線，其成果見(jiàn)式（1）。

伯努利方程式中：V1-下、上斷面水位，m；V2-下、上斷面流速，m/s；Q-斷面流量，m3/s；A-兩斷面過(guò)水面積均值，m2；R-兩斷面水力半徑均值；ΔL-兩斷面間距，m；ξ-水頭損失系數(shù)（0-1）。

（1）清渡河段。

本工程區(qū)位于清渡河匯入烏江的匯口處，故受到烏江設(shè)計(jì)洪水回水的影響，本次設(shè)計(jì)采用烏江S1 斷面作為計(jì)算水面線的起算斷面。

根據(jù)調(diào)查的河床糙率及查《天然河道糙率表》得出整治前清渡河段的糙率系數(shù)為0.044～0.048；根據(jù)水工人員設(shè)計(jì)的河道治理方案，整治后，河道的糙率系數(shù)為0.044～0.047。

治理后新修一座清渡河中橋，計(jì)算成果表明，本次治理河段工程實(shí)施后，較天然河道洪水水面線P=5%洪水位上升了0.09～0.1m 不等，治理前后過(guò)水?dāng)嗝孀兓淮螅又卫矶翁幚頌踅厮秶鷥?nèi)，受烏江洪水影響大，故治理前后水位波動(dòng)是合理的。

（2）漁溪溝段。

根據(jù)調(diào)查的河床糙率及查《天然河道糙率表》得出整治前河道的糙率系數(shù)為0.048～0.05；根據(jù)水工人員設(shè)計(jì)的河道治理方案，整治后，斷面采用草皮護(hù)坡，河道的糙率系數(shù)為0.046～0.048。

計(jì)算成果表明，本次治理河段工程實(shí)施后，較天然河道洪水水面線P=20%洪水位下降了1.48～3.82m 不等，根據(jù)水工布置的斷面，整治后該段河床向下降了0.84～4.89m，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e增加，糙率減小，故水位下降是合理的。

3.5 堤頂高程

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—98）第6.3.1 條規(guī)定：堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高值按式（2）計(jì)算：

式中：Y-堤頂超高，m；R-設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e-設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度，m；A-安全加高，m，按規(guī)范表 2.2.1 規(guī)定，5 級(jí)堤防 A=0.3m。

3.5.1 風(fēng)浪要素及堤頂超高

精密度：取同一稻谷，進(jìn)行葉黃素提取，連續(xù)測(cè)定6次，計(jì)算出葉黃素提取量的RSD為0.25%，表明精密度良好。

風(fēng)浪要素計(jì)算：

式中：F-風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；d-水域的平均水深，m。

式中：e-計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度，m；K-綜合摩阻系數(shù)，取k=3.6×10-6；V-設(shè)計(jì)風(fēng)速，按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定；F-由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量至對(duì)岸的距離，m；d-水域的平均水深，m；β-風(fēng)與垂直于堤軸線的法線夾角；波浪爬高計(jì)算（當(dāng) m=1.5～5.0 時(shí)）見(jiàn)式（5）：

式中：RP-累積頻率為P 的波浪爬高，m；R0-無(wú)風(fēng)情況下，光滑不透水護(hù)面時(shí)的爬高值，m；KΔ-斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，查表 C3.1-1，取 KΔ=0.78；Kv-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；Kp-爬高累積頻率換算系數(shù)；m-斜坡率—堤前波浪的平均波高，m；L-堤前波浪的波長(zhǎng)，m。

3.5.2 安全加高A

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，清渡河防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，4級(jí)堤防，不允許越浪的堤防工程，安全加高A=0.6m；漁溪溝按5年一遇設(shè)計(jì)，5 級(jí)堤防，屬于允許越浪的堤防工程，安全加高A=0.3m.

3.5.3 堤頂超高

表1 清渡河堤頂超高計(jì)算

3.5.4 設(shè)計(jì)洪水位和設(shè)計(jì)堤頂高程

清渡河設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇，根據(jù)上表計(jì)算出的堤頂超高，考慮到和思南縣的總體規(guī)劃相結(jié)合，堤頂高程定為381.8m。漁溪溝為疏浚工程以原地面滿足超高為準(zhǔn)。

4 堤防及河道整治建筑物方案比較

堤防基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：

沖刷深度計(jì)算（以0+1000 斷面為例）：

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—98），水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按式（7）計(jì)算：

式中：hB-局部沖刷深度，從水面起算；hp-沖刷處的水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；Vcp-平均流速，m/s；V允-河床面上允許不沖流速（m/s），經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，V允=1.0m/s；n-與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取

經(jīng)計(jì)算（1#堤樁0+100 斷面）局部沖刷深度為hB=0.32m，結(jié)合堤防規(guī)范（GB 50286—98）及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，河堤基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于0.8m。

5 結(jié)論

（1）思南縣清渡河趙家壩石材城段堤防工程，是一項(xiàng)公益性很強(qiáng)的工程：①提高了抵御洪災(zāi)的能力，改善了群眾的生存條件；②工程建設(shè)必牽動(dòng)著當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定，更好地構(gòu)建和諧社會(huì)，推進(jìn)思南縣工業(yè)園區(qū)的建設(shè)。

（2）該工程總投資2528.1 萬(wàn)元，工程效益明顯，經(jīng)濟(jì)合理，工程建設(shè)難度不大，技術(shù)要求不高，可操作性強(qiáng)，建設(shè)條件有利，工程建設(shè)十分可靠。所以，該項(xiàng)目的建設(shè)是非常必要，且勢(shì)在必行的，建議工程早日動(dòng)工。