七道溝通北鎮段近期治理工程初步設計綜述

孫宇東

(北安市城郊鄉農村經濟技術服務中心，黑龍江 北安 164000)

七道溝通北鎮段近期治理工程初步設計綜述

孫宇東

(北安市城郊鄉農村經濟技術服務中心，黑龍江 北安 164000)

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

七道溝；近期治理；工程措施；初設綜述

1 流域概況

七道溝河位于北安市境內，為通肯河右岸一級支流，發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，降雨年內分配不均勻，多發生在7—9月份，年平均風速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。春汛洪水發生時間一般為4、5月份，主要由融雪形成。夏汛洪水發生時間一般在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 工程建設的必要性

工程保護區內有7個自然屯，人口5000多人，農田0.27萬 hm2，公路15km。保護區地處七道溝流域中下游暴雨洪水高值區，經常遭受突發暴雨洪水襲擊，加上七道溝流域開發較早，中上游丘陵區已墾為耕地，水土流失相當嚴重，河道上沖下淤，洪水災害非常突出，特別是1998、2003、2009年洪水規模較大。

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

七道溝防洪工程基礎薄弱，河道淤積嚴重，現有堤防防洪標準低，6座穿堤涵閘全部為廢閘，形成6處險工。低標準工程已成為防洪安全隱患。為更好地保護七道溝沿岸人民生命財產安全，促進當地的經濟發展，進行七道溝防洪工程建設非常必要。

3 工程設計任務

工程治理區采取因害設防，合理布設七道溝通北鎮段堤防等工程，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，現有堤防堤線布局合理。堤防設計總長度13.50km，與上游的楊家鄉堤防形成封閉的保護區。經現場查勘，需要對現有6座排水建筑物拆除重建，承擔排泄區的內澇。一排干閘堤段有1處需要護岸，長0.099km。四排干閘下游堤段有2處河道需裁彎取直，長0.47km。

堤防設計防洪標準為20a一遇，工程等級為4級，穿堤建筑物防洪標準與堤防防洪標準相同，坡水標準10a一遇，農田排水標準為5a一遇。

4 堤防工程規模確定

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

七道溝河道糙率從調查的2009年4個洪痕點，推算流量在403～481m3/s。以此數據來試算糙率，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個設計頻率求得。

根據斷面數據以及計算方法和參數，推求七道溝現狀水面線及規劃設計水面線。現狀水面線根據本次實測河段斷面進行推算，設計水面線按本次設計的堤防斷面數據推求。堤頂超高公式為：

Y=R+e+A

(1)

式中:R為設計波浪爬高；e為設計風壅水面高度；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的設計洪水位加上超高1.3m得相應斷面的堤頂高程。然后再根據堤防填筑土料，通過滲流穩定計算和邊坡穩定計算分析，進行堤防斷面設計。

5 涵閘工程設計

根據排水原則，劃分6個排水分區，所有排水分區上部為山丘區、下部為平原區，排水分區由6條排干承擔排水任務。排水干渠垂直七道溝平行布置。平原區排水渠設計流量為控制面積乘以排水模數，計算公式為：

Q=q×F

(2)

本區為旱田，排水模數: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

按設計水位及進出口高程對應關系，采用《灌溉與排水渠系建筑物設計規范》中的有關公式判別流態：若H(涵洞進口水深)≤1.2D(洞高)，當h(涵洞出口水深)

考慮施工及檢修要求涵洞高度統一取1.8m，根據建筑物位置及堤防斷面確定涵洞長度，本次設計的涵閘中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計流量，涵閘過流能力及洞徑設計滿足要求。

5.2 涵閘消能防沖計算

按照《水閘設計規范》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，能夠滿足規范要求。

5.3 涵閘滲流穩定計算

根據哈爾濱市中建建筑設計有限公司提供的《黑龍江省七道溝通北鎮段防洪工程地質勘察報告》，建筑物基礎為土基，按《水閘設計規范》中的改進阻力系數法進行閘基礎的滲流穩定驗算。

經地基有效深度計算、分段阻力系數計算、各分段水頭損失值計算、進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，建筑物抗滲穩定性均能滿足要求，不會產生滲透破壞。最后進行結構計算，即擋土墻穩定、抗冰凍及基礎設計。

6 河道整治

本次設計的河道整治工程，一是對堤防外堤腳距離河道主槽較近的堤段采取護岸措施。經過實地查勘發現，有1處河道主槽到堤防外堤腳的距離在20m左右，需要采取護岸措施穩定主槽。護岸形式經干砌石護岸與格賓護岸造價等比較，格賓護岸更經濟適用。護岸長99m，護岸采用30c m厚的格賓護岸，向下護至深弘、上部采用1.0m寬、0.5m厚的格賓護肩。二是對過去彎曲的河灣實施裁彎疏浚工程。裁彎的方法分為內切式和外切式，根據現有河道的變化趨勢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為1∶600、2號裁彎段河道比降變為1∶450。裁彎后的主河槽須采取護岸措施。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厚的干砌石護岸，上部采用1.0m寬、0.5m厚干砌石護肩，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鎖壩一處，防止洪水沖刷進入原河道。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，20a一遇洪水基本一致。設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，還可以采取護岸與護坡相結合的措施。經工程造價比較，裁彎取直方案經濟適應。

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

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

1007-7596(2014)01-0145-03

2013-08-05

孫宇東(1973-)，男，黑龍江北安人，工程師，從事鄉鎮水利建設和工程管理工作。

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