東城區防洪工程延伸段水力斷面的確定

葉永梅

（阿克蘇河水利管理處 新疆 阿克蘇 843000）

1 工程概況

1.1 工程實際條件

阿克蘇市城市防洪分為東城區防洪和西城區防洪兩部分，東城區主要受臺蘭河和柯克亞河山洪的威脅，西城區主要受庫瑪拉克河洪水及印干山山洪的威脅。東城區洪水主要來源于柯克亞河、臺蘭河，其城市防洪水系來水面積1100多km2，規劃范圍涉及溫宿縣314國道以南、以北地區，東至臺蘭河總干渠，西至柯克亞總干渠，南至克孜爾鄉西部沙丘區及六團以北沙丘區，規劃面積1100km2。

東城區防洪堤加固延伸工程設計的主要內容是：確定防洪標準，加固已建防洪堤1km，延長永久性防洪堤1.2km，并擴建實驗林場8隊引水閘處溢流堰一座。本工程河床寬300m～400m，堤岸由低液限粉土、粉細沙組成，河床高程1183m～1185m，縱坡1/1700左右，主流不穩定，左右擺動，河彎處沖刷嚴重。

1.2 水文地質條件

規劃區內的地下水主要接受上游地區地下水的側向徑流補給以及區內地表水體的垂向滲漏補給。承壓含水層組，主要接受上游區地下水的側向流入補給量；而潛水含水層則主要接受區內地表水體的垂直入滲補給。因區內農灌用地表水礦化度一般大于1g/L，屬微咸水，并且區內蒸發強烈，因此，由地表水體轉化而成的潛水，水質一般均較差，礦化度一般在3g/L～10g/L。并且由于區內地勢低洼，地下水排泄條件差，土壤次生鹽漬化較嚴重。

項目區都處在砂礫石河床上，工程區上下游項目段河床工程地質條件基本相似，河床顆粒含量有所變化，但是相差不大。由顆分可見，含沙量(小于5mm的顆粒)21%～32%，缺少1mm～10mm顆粒填充，不均勻系數187.5～330。河床表層滲透系數30m/d～35m/d屬強透水層，這種地層易發生管涌。

1.3 工程布置

根據《和田河岸線利用規劃》中的左、右岸治導線布置要求，采用直線布置形式為主，加強河岸的抗沖刷能力，消除洪水對河岸防護對象的威脅。防洪堤平面布置形式采用順壩的布置方式。

根據工程區建設要求，結合當地建筑材料，工程施工、管理維修方便等方面的要求。本次項目區工程順堤采用梯形壩體，堤身采用就地河床料，護面材料采用現澆砼護面型式，基礎采用護坡式現澆砼結構。

2 水力斷面的確定

渠道斷面可分為寬淺式與窄深式兩類，依據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）附錄H的公式，并結合工程條件、水文地質條件和防洪渠最大流量等因素進行渠道水力最佳斷面和實用經濟斷面的計算。

2.1 水力最佳斷面寬深比β0的計算

式中：b0——渠底寬度，m；

h0——渠道水力最佳斷面水深，m；

m——邊坡系數；

i——縱坡；

n——糙率；

Q——流量，m3/s；

依據邊坡系數求得梯形渠道水力最佳斷面的寬深比，當m=1.75時，β=0.52。堤防沿線地層巖性主要為低液限粉土和粉細砂，防洪堤現狀兩側較為穩定，無坍塌現象，擬建段堤身高3.4m，建議防洪堤的內邊坡系數不小于1∶1.75，外邊坡系數不小于1∶1.5。因此根據水力最佳斷面設計的渠道斷面為窄深式。

2.2 實用經濟斷面寬深比β的計算

當渠道流量Q、比降i、糙率n及邊坡系數m為已定值時，實用經濟斷面與水力最佳斷面之間的關系為：

式中：b——渠底寬度，m；

h——渠道實用經濟斷面水深，m；

表1 水力最佳斷面與實用經濟斷面比選表

表3 按適用經濟斷面寬深比與本次設計寬深所確定的渠道斷面經濟比較表

h0——渠道水力最佳斷面水深，m；

2.3 水力最佳斷面與實用經濟斷面的比選

東城區防洪堤加固延伸段總干渠進行水力計算和比選。已知總干渠 Q設=37.9m3/s，i=1/120，n底=0.0325，n坡=0.016，m=1.5，經計算水力最佳斷面與實用經濟斷面的比選見表1。

從表1可知，在滿足灌區灌溉要求和灌區地質條件的情況下，水力最佳斷面是窄深式，其回填土方量較大，每公里渠道襯砌工程量投資為147.30萬元；而實用經濟斷面為寬淺式，其回填土方較少，每公里渠道襯砌工程量投資為136.84萬元，較水力最佳斷面每公里投資少10.46萬元。實用經濟斷面工程投資較小，渠道寬深比控制在1.6～2.2之間。

3 渠道斷面現狀分析

由于東城區防洪堤加固延伸段總干渠是老渠改造工程，目前現狀渠床斷面較為寬淺，在滿足灌區灌溉要求和保證工程安全的情況下，需經過斷面回填土方量、襯砌工程量進行經濟斷面方案比選，以確定其經濟斷面范圍。現狀渠道底寬、開口寬度、渠深見表2。

從上表可知，現狀原始斷面較為寬淺，底寬在8m～10m，渠道開口寬度在 12.6m～17.8m，水深 0.71m～1.17m，渠深1.29m～2.14m。現以15+600斷面進行經濟斷面比較，已知15+600段渠道 Q加=21.1m3/s，i=1/120，n底=0.0325，n坡=0.016，m=1.75。

從表3可知，由于東城區防洪堤加固延伸段總干渠老渠斷面較為寬淺，在滿足灌區灌溉要求和保證工程安全的情況下，若按實用經濟斷面寬深比控制在1.6～2.2之間進行渠道設計，渠道回填土方及砼板襯砌工程較大，工程投資較本次設計確定的寬深比控制在3.5～4.5之間的渠道斷面每公里投資多10.76萬元。

表2 渠道現狀統計表

4 結論

城市堤防工程與國民經濟和人們的生民財產安全密切相關，是城市發展的根本保證，必須引起高度重視，防洪工程水力斷面的確定必須結合工程實際、水文地質條件、工程區建設的要求。本次設計在考慮到總干渠起點四級電站退水渠的水位高程以及滿足渠道沿線農作物灌溉要求的前提下，盡量使工程投資最省，最大限度地發揮其綜合效益，使其真正成為城市的保護神和風景線。※

[1]閆放,楊威.城市防洪堤的堤線布置及斷面型式選擇的探討[J].黑龍江水專學報.2002(03).

[2]王春明,鄭柏祿.水力最優斷面寬深比β0的推求[J].東北水利水電.1999(01).

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[4]孔慶迎.梯形渠道水力最佳斷面參數的快速確定方法 [J].中國科技信息.2009(09).