烏恰縣膘爾托闊依河防洪治理方案設計淺析

馬振偉

（五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300）

0 引言

烏恰縣位于新疆維吾爾自治區西部，烏恰縣是柯爾克孜族聚居的國家扶貧開發工作重點縣，自然條件惡劣，洪水頻發，農田水利基礎設施薄弱，防洪任務十分艱巨。境內膘爾托闊依河上游草場退化，沙化加劇，對下游形成了嚴重的防洪壓力。因此有必要對膘爾托闊依河進行防洪治理。

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，防洪標準為10 年一遇，主要建筑物5 級，次要建筑物和臨時建筑物為5 級。計劃在擬治理河段左岸修建順壩及護坡9.853 km，右岸修建順壩及護坡2.2 02 km。

2 工程設計

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。為保證河寬滿足穩定寬度，同時滿足洪水宣泄需求，因此治導線制定時宜取較寬處，部分卡口處順直平滑拓寬。考慮到工程造價與施工條件，結合本地河道治理的類似經驗[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，并根據河勢和保護對象在迎水面護砌，并坡腳部分進行抗沖處理。順壩、護坡及護腳橫斷面示意圖見圖1。

圖1 順壩、護坡及護腳橫斷面示意圖（單位尺寸：cm）

2.2 工程設計

2.2.1 安全超高計算

項目區主風向為西風，左岸為工程重點防護區，本次超高計算斷面分別選取左岸 2+000、3+800、6+200、8+500 和右岸1+000 斷面為計算典型斷面。計算公式為：

計算結果見表1。

2.2.2 沖刷深度計算

結合當地多年來已建防洪堤工程的經驗，水流產生的沖刷可分為平行于岸坡水流產生的沖刷和斜向水流對岸坡產生的沖刷兩種，以較大者確定護腳基礎埋深。

表1 堤頂超高計算表

平行水流產生的沖刷可按下式計算：

平行水流沖刷深計算結果見表2。

斜向水流沖刷深計算結果見表3。

表2 平行水流沖刷深

表3 斜向水流沖刷深

根據兩種沖刷深度的計算結果比較可知，斜流沖刷對順壩的沖刷破壞危險較大，因此在設計護岸時選取斜流沖刷深度結果。

2.2.3 砼護坡厚度計算

根據《河道整治設計規范》，砼護坡厚度可采用下式計算[2]：

砼護坡厚度計算結果見表4。

表4 砼護坡厚度計算表

參照計算結果，結合類似工程經驗，確定膘爾托闊依河順壩砼護坡厚度為0.15 m。

2.2.4 順壩橫斷面設計

本次防洪工程的順壩設計為砼順壩。壩頂寬度為3.5 m，迎、背水坡坡比為1.5。壩體采用河床內砂礫石逐層碾壓填筑，迎水面護坡采用澆注15 cm 厚砼板防護，為防止基礎沖刷，在基礎底部設0.5 m 厚石籠護腳。為保證砼板護坡的穩定性，在護坡底部設馬蹄形砼阻滑墻。砼護坡和砼阻滑墻強度等級為C20，抗凍等級為F200，抗滲等級為W6。各防洪段順壩參數見表5。

表5 各防洪段順壩主要參數表

2.2.5 滲流計算

根據工況，選取下游坡無排水設備計算公式如下：

式中：q 為單寬滲流量，m3/s·m；k 為堤身滲透系數，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算，計算結果見表6。得到浸潤線計算簡圖見圖2、3。

表6 滲流穩定計算表

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，此壩后無需設置排水體。

2.2.6 邊坡穩定計算

壩坡穩定計算穩定滲流期采用有效應力法，施工期采用總應力法，抗滑穩定安全系數采用瑞典圓弧法，按下式計算：

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的距離，m；μ 為穩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半徑之間的夾角，°；γω為水的重度。

計算選取左岸3+000、右岸1+300 斷面，計算結果見表7。

表7 順壩前坡穩定計算成果表

可得壩體最小安全系數均大于規范要求值，因此壩前后穩定。

3 結論

本次膘爾托闊依河防洪工程防洪標準10 年一遇，工程等級Ⅴ級。設計洪峰流量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面，石籠護腳。本項目的實施可將治理段防洪標準提高到10 年一遇，有利于提高居民生活水平及生活環境、維持社會穩定、發展地區經濟。本項目屬社會公益性項目，總投資2600.0 萬元，工程實施后可減免年均洪災損失330 萬元，經濟內部收益率8.17%，大于社會折現率7%，經濟效益費用比1.06 大于1，有較好的經濟效益。

綜上，本工程經濟合理，實施后將提高當地的防洪標準，改善當地水環境和生態環境，對加快當地經濟發展、促進社會和諧具有明顯效果。工程建成后一段時間的運行情況，表明工程形式和設計是合理的。