丹鳳縣武關(guān)河武關(guān)鎮(zhèn)段堤防工程設(shè)計(jì)淺析

曹 菀 趙偉偉

(商洛市水電勘測設(shè)計(jì)院，陜西 商洛 726000）

0 概況

武關(guān)河是丹江主要支流，流域總長118.7km，總流域面積900km2。發(fā)源于蟒嶺南麓嶺區(qū)的土地溝，自西北向東南，流經(jīng)丹鳳縣13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)于商南縣畢家灣匯入丹江。武關(guān)河在丹鳳縣境內(nèi)河長83.0km，流域控制面積 724km2。 平均比降 8.7‰，多年平均輸沙總量 26.9×104t，侵蝕模數(shù)307t/km2。

由于項(xiàng)目區(qū)屬典型的山區(qū)型河流，坡降陡，流速大，加之洪水陡漲陡落，因而洪水對岸坡的沖刷較為嚴(yán)重。近年來，由于氣候異常，洪災(zāi)愈發(fā)頻繁，危害日益嚴(yán)重。丹鳳縣武關(guān)河沿岸的大部分堤防已被沖毀，頻繁的洪災(zāi)是制約地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要障礙，修建防洪工程已成為迫在眉睫的大事。

1 水文

1.1 水文氣象

氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫為14.4℃，多年平均日照時數(shù)為1946小時。最大凍土深0.16米，無霜期228天。多年平均降水量688.4毫米，降雨集中在7、8、9三個月，約占全年降水量的60%，風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。

1.2 水文基礎(chǔ)資料

工程規(guī)劃區(qū)內(nèi)建有武關(guān)水文站，是丹江支流武關(guān)河控制站，為省級重要水文站。該站控制流域面積724km2，站址位于丹鳳縣武關(guān)鎮(zhèn)。于1959年1月建站，有1959至2010年共52年觀測資料。以及《水文手冊》1919年洪水調(diào)查成果。將1987年、2007年、2010年實(shí)測值與1919年調(diào)查值作為特大值處理。按不連續(xù)系列進(jìn)行頻率計(jì)算。經(jīng)對資料系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用皮爾遜Ⅲ型概率曲線適線，得理論值：Q均=304m3/s。 Cv=1.5，Cs=2.5Cv。 由武關(guān)水文站實(shí)測資料系列（考慮歷史洪水）適線可得：二十年一遇洪峰流量為1510m3/s。

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)位于東秦嶺東南段區(qū)域構(gòu)造單元內(nèi)，屬秦嶺緯向構(gòu)造體系之褶皺帶。依據(jù)《商洛地質(zhì)構(gòu)造綱要圖》，區(qū)域主要斷裂有楊斜～商南斷層和金陵寺～大廟溝斷層，均距工程區(qū)較遠(yuǎn)，對堤防工程無影響。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反映普特征周期為0.40s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

3 工程任務(wù)和設(shè)計(jì)規(guī)模

3.1 工程等級及防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—94）的相關(guān)說明及有關(guān)國家和地方規(guī)范，以及項(xiàng)目區(qū)的重要性，綜合確定陜西省丹鳳縣武關(guān)河武關(guān)鎮(zhèn)防洪工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。本防洪工程級別為4級。

3.2 工程規(guī)模

陜西省丹鳳縣武關(guān)河武關(guān)鐵峪鋪防洪工程位于武關(guān)河左右岸，本治理工程建設(shè)內(nèi)容主要為新修堤防4718m，左岸2168m（0+000～2+168），右岸 2550m（0+000～2+550）；新修下河踏步 10 處。

3.3 設(shè)計(jì)堤距

對堤距的確定，主要用經(jīng)驗(yàn)公式法及多年來河道的實(shí)際行洪寬度來分析確定。穩(wěn)定河寬的確定通常采用兩種方法，即阿爾圖寧公式和由水流阻力公式、水流連續(xù)方程及河相關(guān)系式連立求解計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用兩種不同的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算核定。經(jīng)計(jì)算，阿爾圖寧公式、水流連續(xù)方程及河相關(guān)系式連立求解公式計(jì)算出的穩(wěn)定河寬為73.5m，78.0m左右。工程區(qū)河道斷面形狀變化較大，部分河道主河槽兩岸灘地開闊，地勢較低，河道洪水主要由主槽宣泄。武關(guān)鎮(zhèn)段河道現(xiàn)狀河寬100～200m。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果、河道現(xiàn)狀河寬以及工程區(qū)實(shí)際情況，最后確定武關(guān)鎮(zhèn)段設(shè)計(jì)堤距應(yīng)不小于100m。

3.4 堤線的平面布置

現(xiàn)狀河道由于原312國道、新312國道以及兩側(cè)山體等節(jié)點(diǎn)的存在，基本控制了河勢走向，如改線則需拆除國道，投資較大。另外，現(xiàn)狀自然岸坎是經(jīng)過長期演變形成的，較為平順，且符合整體演變趨勢，有利于武關(guān)河行洪，所以不宜變動；加之河道兩側(cè)均為當(dāng)?shù)厝罕娹r(nóng)田，綜合分析認(rèn)為，本次設(shè)計(jì)仍與現(xiàn)狀地形相結(jié)合，維持現(xiàn)狀岸坎平面布置。

3.5 糙率的率定

利用武關(guān)水文站實(shí)測斷面平均水深糙率（H-n）關(guān)系，給出糙率初始值，并用武關(guān)水文站2010年實(shí)測洪峰流量2020m3/s水位進(jìn)行擬合，再以武關(guān)水文站水位～流量關(guān)系曲線，利用調(diào)查洪痕資料印證其可靠性，最終確定武關(guān)鎮(zhèn)段河道P=20%的糙率為0.034。

3.6 設(shè)計(jì)水面線計(jì)算

根據(jù)伯努里能量方程，依據(jù)河段實(shí)測斷面，采用水利部規(guī)劃院主編《水利水電工程PC-1500程序集》中的水面線計(jì)算程序，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算推求水面線，并采用陜西省水電勘測設(shè)計(jì)研究院編制的天然河道水面線計(jì)算程序進(jìn)行復(fù)核。

3.7 堤防沖刷計(jì)算

按照《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50289-98規(guī)定，堤防級別為4級，正常運(yùn)行，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K=1.2，抗傾穩(wěn)定系數(shù) K=1.45。

通過采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D推薦公式進(jìn)行計(jì)算。水流平行岸坡、斜沖岸坡產(chǎn)生的沖刷深度為1.25m、2.47m。根據(jù)上述計(jì)算并參照當(dāng)?shù)睾樗^后堤基的調(diào)查沖刷深度 （河道平順段沖刷深度約1～1.5m,河灣段或頂沖段沖刷深度可達(dá) 1.5～3.5m）。 最終確定武關(guān)鎮(zhèn)平順段基礎(chǔ)埋深為深泓線以下2.0m。彎曲斜沖段，預(yù)測可能產(chǎn)生較大沖刷的部位，增加設(shè)置鉛絲籠塊石護(hù)根的措施。鉛絲籠塊石呈階梯狀分兩層布設(shè)：底層寬 2.5m，頂層寬 1.0m，單層高 0.5m。

3.8 堤防設(shè)計(jì)

3.8.1 設(shè)計(jì)堤頂高程的確定

設(shè)計(jì)提頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50289-98）中推薦的公式Y(jié)=R+e+A來確定堤頂超高。經(jīng)計(jì)算，波浪爬高0.076m，風(fēng)雍高度0.0033m，4級堤防安全加高值0.6m。結(jié)合本工程臨水側(cè)砌護(hù)的實(shí)際，4級堤防超高按0.8m控制。根據(jù)確定的洪水位，再加堤頂超高，即可得到各段堤防的堤頂高程。

3.8.2 斷面形式

武關(guān)鎮(zhèn)段所處河段河道較寬，武關(guān)鎮(zhèn)段河道現(xiàn)狀河寬100～200m，最小河寬100m。漿砌石護(hù)坡較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，造價低，防洪能力較強(qiáng)。且武關(guān)河段河道較寬，占地矛盾小，故武關(guān)鎮(zhèn)段斷面采用漿砌石護(hù)坡形式。

通過防洪墻抗滑穩(wěn)定性和抗傾穩(wěn)定性計(jì)算來確定防洪墻的底寬和內(nèi)、外坡比。按最不利受力情況來計(jì)算。可求得防洪墻的頂寬為0.6m；迎、背水坡坡比均為 1：2.0。 迎水坡采用厚 50cm 的 M7.5 漿砌石護(hù)坡，下接寬1.2m、高2.0m的條形漿砌石基礎(chǔ)。頂沖段基礎(chǔ)前放置兩層鉛絲籠石護(hù)基，單層厚0.5m，底層寬2.5m，頂層寬1m。漿砌石護(hù)坡設(shè)排水孔。

4 結(jié)束語

丹鳳縣武關(guān)河武關(guān)鎮(zhèn)防洪工程的建設(shè)，可以保護(hù)沿岸9130人，5066畝耕地，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值9610萬元。工程建成后，有利于加大旅游建設(shè)的開發(fā)，從而加快全鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐。堤防建設(shè)根據(jù)武關(guān)河水情、河勢，充分考慮上下游、左右岸的關(guān)系，建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)合理，符合防洪抗洪能力。

[1]王曉燕.黃河佳縣城區(qū)段堤防工程建設(shè)淺析[J].陜西水利，2012.

[2]王民.堤防工程設(shè)計(jì)中幾個問題的探討[J].陜西水利，2011.