第九師沙拉依敏河防洪整治規劃淺析

王 貝

(第九師聯拓勘測設計研究有限公司，新疆 額敏 834601）

1 概況

1.1 流域概況

沙拉依敏河位于額敏縣內，屬第九師墾區，全長71 km，集水面積527 km2。河道坡降約為0.3%。河床寬度6 m～60 m。沙拉依敏河歷史上數次發生災害性洪水，目前河道無防洪體系，行洪通道不暢，河道中次生林遍布，泥沙淤積嚴重，兩側岸坎高程不足，洪水容易翻岸。

1.2 氣象水文

項目區地處歐亞大陸，屬中溫帶大陸性干旱氣候，具有蒸發強烈、干旱少雨、光照充足、冬季漫長寒冷、夏季短暫炎熱、晝夜溫差大、無霜期短、熱量不足等特點，主導風向為西北向，主要災害性天氣為干旱、干熱風、大風和凍害等。

沙拉依敏河的每年4月～7月為洪水期，洪水期徑流量占全年徑流量的60%～70%、輸沙量占年輸沙量的95.2%～99.4%。本次擬治理河段區位于額敏水庫下游，河段承接聯合分水閘下泄洪水，考慮到水庫對泥沙的沉積作用，因此在治理中可視為清水下泄；根據額敏水庫入庫及調洪演算，調洪后下泄流量成果見表1。

表1 額敏水庫調洪后下泄流量成果表

2 治理方案

擬治理河段起點（0+000）位于額敏水庫聯合分水閘西南160 m處，將額敏水庫的下泄洪水安全導入下游河道，河道治理總長度為1876.17 m。采用全斷面混凝土襯砌護岸，樁號0+000上游15 m改建鋼棧橋一座，樁號0+000改建渡槽一座，新建橡膠壩2座（0+900、1+360處）。防洪標準取10年一遇，工程等別為Ⅴ等，工程規模為小⑵型，各級建筑物級別均為5級，造床流量Q=43.1 m3/s。

2.1 河道整治寬度

設置護岸后，穩定河段水面寬度計算公式為:

式中:B為穩定河段水面寬m；Q為造床流量m3/s，取Q=43.1 m3/s（P=10%）；J為河床比降，為 0.00369；A 為系數，取 1.0。

經計算，整治河段水面寬為20.13 m；經水力計算得整治河床底寬14 m，邊坡1∶1.75。河道治理總長度1876.17 m，全線采用全斷面襯砌[1～2]。

2.2 水力計算

因彎道段的水深除按正常渠道水深計算外，還應計算彎道處橫斷面上凹岸與凸岸水面高差，故水力計算分為這兩部分計算。

2.2.1 正常水深計算

流量計算基本公式為:

式中:V為流速，C為謝才系數，R為水力半徑，n為糙率，A為過水面積。

超高計算公式為:

式中:Rp為累計頻率為p的波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率及滲透性系數，護面類型為混凝土時取0.95；Kv為經驗系數，1.30；Kp為爬高累計頻率換算系數，2.07；m為斜坡坡率，1.75；e為計算點的風壅水面高度，0.002 m；K為綜合摩阻系數，3.6×10-6；V為設計風速，按計算波浪的風速確定；F為由計算點逆風向量到對岸的距離；d為水域的平均水深，m；β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角，°；A為安全加高值，0.5。

經計算，沙拉依敏河治理段堤頂堤頂超高計算值為0.894 m，根據工程實際取0.93 m，經計算實取堤高為1.8 m；河底寬度根據現狀河溝寬度確定，設計河溝底寬取14 m。

2.2.2 凹凸岸水面高差計算

彎道段凹岸與凸岸水面高差由《水力計算手冊》推薦公式進行計算:

式中:Δh為彎道凹岸與凸岸水面高差，m；α為彎道上游直段水流動能修正系數，1.05；R為彎道半徑，m；v為彎道上游直段斷面平均流速，m/s；ω為彎道上游直段過水斷面面積，m2；g為重力加速度，9.81；h為彎道上游直段水深，m。

經計算，本項目工程河段彎道段凹岸與凸岸水面高差在0.12 m～0.48 m范圍內，彎道半徑為200 m時高差為0.12 m，彎道半徑為100 m時高差為0.24 m，彎道半徑為50 m時高差為0.48 m。

2.3 沖刷深度計算

順壩及平順護岸沖刷深度可按下列公式計算:

式中:hs為從河底算起的局部沖深，m；H0沖刷處的水深，m；Ucp近岸垂線平均流速，m/s；U行近流速，m/s；n與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/5；η水流流速不均勻系數，取3.0；γs和 γ 為泥沙和水的容重，分別為 21 kN/m3、10 kN/m3；d50為床沙的中值粒徑，0.02 m。平順護岸沖刷深度計算值為0.31 m[2]。

水流斜沖防護工程產生的沖刷深度可按下式計算:

式中:α為水流流向與岸坡交角，°；Δhp從河底算起的局部沖深，m；m防護建筑物迎水面邊坡系數；d坡腳處土壤計算粒徑，m；g 重力加速度，取 9.81 m/s2；Vj水流的局部沖刷流速，m/s。水流斜沖沖刷深度計算計算最大值為2.57 m。

考慮地基被擾動后抗沖能力相對減弱，參考有關類似地質條件的防洪護岸工程運行情況，確定本項目護岸沖刷深度取3.0 m。

2.4 橫斷面設計

沙拉依敏河擬治理段河道總長1876.17 m，采用全斷面混凝土襯砌。底寬為14 m，臨水側邊坡1∶1.75，背水側邊坡1∶1.5，堤高1.8 m，左岸堤頂寬3 m，右岸堤頂寬3.5 m，每隔300 m左右設一個錯車平臺；同時在堤頂均設向內側傾斜的橫坡，坡度均采用2%，在堤頂設50 cm寬的封頂板，與坡面襯砌材料及厚度均相同，封頂板采用8 cm厚的混凝土澆筑。護岸每10 m設一道橫縫。

2.5 抗滑穩定計算

根據工程設計，由于本工程全線樁號0+000～1+876.17段護岸邊坡為1∶1.75，堤高均為1.8 m，故抗滑穩定可取此河段任意斷面計算，選擇樁號0+480處斷面作為坡式護岸典型斷面來進行岸坡抗滑穩定分析。護岸抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法計算抗滑安全系數，計算公式為:

抗滑穩定計算成果見表2。由表2知，防護堤在各種工況下，堤坡的最小安全系數均大于規范規定的要求值，滿足抗滑穩定要求。

表2 抗滑穩定計算成果表

2.6 抗凍脹設計

項目區內冬季淺表層土體屬季節性凍土，堤防沿線顆粒分析粒徑小于0.075 mm的土粒質量大于總質量的10%，判定沿線地層為凍脹性土。因此本工程需做凍脹性設計，在混凝土板下設30 cm砂礫石墊層。

2.7 橡膠壩設計

根據河道縱坡小的特點，為達到壅水、營造水景及減少造價的目的，在擬治理河段樁號0+900、1+360處共設置2座橡膠壩。設計壩高1.6 m，單座壩長為20.3 m，與整治后河道上口寬度相同。采用枕式沖水壩，壩袋的設計高度H為1.6 m，壩后設10 m長漿砌石海漫，海漫后設4 m長拋石防沖槽以防止河床沖刷。橡膠壩只能在非汛期時運行，其泄洪能力計算見表3。由表3知，2座橡膠壩的計算流量均大于設計流量，滿足設計要求。

表3 橡膠壩泄洪能力計算表

3 結語

本文以沙拉依敏河實測徑流和泥沙數據為基礎，采用河道整治設計規范和堤防工程設計規范等為指導，對規劃河道進行整治規劃設計，并通過各相關要素的計算和設計驗證該整治方案的合理性。本項目實施后，可保護項目區團場約3000人生命及財產安全，避免因洪澇災害造成經濟損失約合128萬元/年，保證交通通信系統安全暢通，對維護團場社會穩定有著重要作用。通過對沙拉依敏河整治規劃進行研究，為本工程實施提供設計依據的同時，也對本地區同類河道治理方案的制定提供參考。