烏恰縣膘爾托闊依河防洪治理方案設(shè)計(jì)淺析

馬振偉

（五家渠農(nóng)六師勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300）

0 引言

烏恰縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西部，烏恰縣是柯爾克孜族聚居的國家扶貧開發(fā)工作重點(diǎn)縣，自然條件惡劣，洪水頻發(fā)，農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，防洪任務(wù)十分艱巨。境內(nèi)膘爾托闊依河上游草場退化，沙化加劇，對下游形成了嚴(yán)重的防洪壓力。因此有必要對膘爾托闊依河進(jìn)行防洪治理。

1 概況

本次擬治理的河段從膘爾托闊依攔河渠首至膘爾托闊依河大橋，位于該河道上游出山口處，治理河段長10.55 km。保護(hù)人口2333 人，耕地0.77 萬畝，牧草地0.3 萬畝，確定膘爾托闊依河防洪堤防工程的級別為Ⅴ級，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，主要建筑物5 級，次要建筑物和臨時(shí)建筑物為5 級。計(jì)劃在擬治理河段左岸修建順壩及護(hù)坡9.853 km，右岸修建順壩及護(hù)坡2.2 02 km。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

擬治理河段位于膘爾托闊依河出山口以下，地形相對平緩，河槽左右擺幅不定，河床較寬，且大部分河段河槽、灘地與堤線沒有明顯分界。為保證河寬滿足穩(wěn)定寬度，同時(shí)滿足洪水宣泄需求，因此治導(dǎo)線制定時(shí)宜取較寬處，部分卡口處順直平滑拓寬。考慮到工程造價(jià)與施工條件，結(jié)合本地河道治理的類似經(jīng)驗(yàn)[1]，無明顯河槽和河岸分界的情況下，宜選取土方或砂礫石填筑的順壩防洪堤，并根據(jù)河勢和保護(hù)對象在迎水面護(hù)砌，并坡腳部分進(jìn)行抗沖處理。順壩、護(hù)坡及護(hù)腳橫斷面示意圖見圖1。

圖1 順壩、護(hù)坡及護(hù)腳橫斷面示意圖（單位尺寸：cm）

2.2 工程設(shè)計(jì)

2.2.1 安全超高計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)主風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，左岸為工程重點(diǎn)防護(hù)區(qū)，本次超高計(jì)算斷面分別選取左岸 2+000、3+800、6+200、8+500 和右岸1+000 斷面為計(jì)算典型斷面。計(jì)算公式為：

計(jì)算結(jié)果見表1。

2.2.2 沖刷深度計(jì)算

結(jié)合當(dāng)?shù)囟嗄陙硪呀ǚ篮榈坦こ痰慕?jīng)驗(yàn)，水流產(chǎn)生的沖刷可分為平行于岸坡水流產(chǎn)生的沖刷和斜向水流對岸坡產(chǎn)生的沖刷兩種，以較大者確定護(hù)腳基礎(chǔ)埋深。

表1 堤頂超高計(jì)算表

平行水流產(chǎn)生的沖刷可按下式計(jì)算：

平行水流沖刷深計(jì)算結(jié)果見表2。

斜向水流沖刷深計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 平行水流沖刷深

表3 斜向水流沖刷深

根據(jù)兩種沖刷深度的計(jì)算結(jié)果比較可知，斜流沖刷對順壩的沖刷破壞危險(xiǎn)較大，因此在設(shè)計(jì)護(hù)岸時(shí)選取斜流沖刷深度結(jié)果。

2.2.3 砼護(hù)坡厚度計(jì)算

根據(jù)《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》，砼護(hù)坡厚度可采用下式計(jì)算[2]：

砼護(hù)坡厚度計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 砼護(hù)坡厚度計(jì)算表

參照計(jì)算結(jié)果，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定膘爾托闊依河順壩砼護(hù)坡厚度為0.15 m。

2.2.4 順壩橫斷面設(shè)計(jì)

本次防洪工程的順壩設(shè)計(jì)為砼順壩。壩頂寬度為3.5 m，迎、背水坡坡比為1.5。壩體采用河床內(nèi)砂礫石逐層碾壓填筑，迎水面護(hù)坡采用澆注15 cm 厚砼板防護(hù)，為防止基礎(chǔ)沖刷，在基礎(chǔ)底部設(shè)0.5 m 厚石籠護(hù)腳。為保證砼板護(hù)坡的穩(wěn)定性，在護(hù)坡底部設(shè)馬蹄形砼阻滑墻。砼護(hù)坡和砼阻滑墻強(qiáng)度等級為C20，抗凍等級為F200，抗?jié)B等級為W6。各防洪段順壩參數(shù)見表5。

表5 各防洪段順壩主要參數(shù)表

2.2.5 滲流計(jì)算

根據(jù)工況，選取下游坡無排水設(shè)備計(jì)算公式如下：

式中：q 為單寬滲流量，m3/s·m；k 為堤身滲透系數(shù)，本工程取50 cm/s；H1為上游水位，m；H2為下游水位，m；h0為下游出逸點(diǎn)高度，m）；m1、m2為上下游坡率，取 1.5。

分別選取左岸3+000、右岸1+300 斷面作為代表斷面計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表6。得到浸潤線計(jì)算簡圖見圖2、3。

表6 滲流穩(wěn)定計(jì)算表

圖2 左岸3+000 浸潤線簡圖（尺寸單位：m）

圖3 右岸1+300 浸潤線圖（尺寸單位：m）

可以得出壩后溢出點(diǎn)高度較小，分別為0.01 m 和0.02 m，滲漏量也非常小，此壩后無需設(shè)置排水體。

2.2.6 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

壩坡穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法，施工期采用總應(yīng)力法，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用瑞典圓弧法，按下式計(jì)算：

式中：b 為條塊寬度，取 1 m；W 為條塊重力，kN，W=W1+W2+βγωZb；其中W1、W2為水位線上、下的條塊重力；Z 為水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離，m；μ 為穩(wěn)定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力，kPa；β 為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)半徑之間的夾角，°；γω為水的重度。

計(jì)算選取左岸3+000、右岸1+300 斷面，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 順壩前坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

可得壩體最小安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值，因此壩前后穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本次膘爾托闊依河防洪工程防洪標(biāo)準(zhǔn)10 年一遇，工程等級Ⅴ級。設(shè)計(jì)洪峰流量180 m3/s～186 m3/s，共修建順壩12.055 km，工程形式采用順壩砼板護(hù)面，石籠護(hù)腳。本項(xiàng)目的實(shí)施可將治理段防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到10 年一遇，有利于提高居民生活水平及生活環(huán)境、維持社會穩(wěn)定、發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)。本項(xiàng)目屬社會公益性項(xiàng)目，總投資2600.0 萬元，工程實(shí)施后可減免年均洪災(zāi)損失330 萬元，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率8.17%，大于社會折現(xiàn)率7%，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比1.06 大于1，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上，本工程經(jīng)濟(jì)合理，實(shí)施后將提高當(dāng)?shù)氐姆篮闃?biāo)準(zhǔn)，改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境和生態(tài)環(huán)境，對加快當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)社會和諧具有明顯效果。工程建成后一段時(shí)間的運(yùn)行情況，表明工程形式和設(shè)計(jì)是合理的。