水庫溢洪道災后修復設計要點

李琦

（駐馬店市薄山水庫管理局，河南 駐馬店 463000）

1 溢洪道尾水渠水毀前情況

該水庫溢洪道泄洪閘20世紀50年代初建成后，一直未曾開閘泄洪，下游尾水渠長期被老百姓耕田種地。從消力池末端漫水橋至入潁河口，長1 585.30 m，地面高程由215.32 m 漸變為187.13 m，地面縱坡約1/56，坡度較陡。樁號1+084以上在河道主河槽內有多級臺地。溢洪道尾水渠主河槽寬度約50 m，河槽內有大片樹林，白沙村至宣化鎮公路下游有部分垃圾，并有廢棄房屋、加工廠房和當地村民自建養殖場等。

2 溢洪道尾水渠水毀情況

水庫流域汛期除了2021年汛期有2次大的降雨過程外，其他降雨強度不大。2021年7月19-21日，水庫流域內普降暴雨，水庫水位超過汛限水位。下游河道正常泄水流量為500 m3/s，泄洪溢洪道最大流量200 m3/s，最小流量10 m3/s，其中200 m3/s泄洪流量持續61 h。溢洪道停止泄洪后，發現去年洪水后未進行治理段尾水渠0+214.7～1+800 段下游沖刷嚴重，上游主河槽覆蓋層沖毀，下游主河槽嚴重淤積，過流能力受到嚴重影響。沖刷后現狀尾水渠0+214.70～0+964.70 段河底縱坡約1/40，0+964.70～1+800段河底縱坡約1/400。

3 溢洪道尾水渠修復原則

水毀修復的原則：按照“原標準、原規模、原功能”的原則進行修復和加固處理，盡量挖填平衡，不增加永久用地，岸坡防護，巖石渠底單間整治平順水利，建筑物進行適當防護等。

4 溢洪道尾水渠過流計算

水面線推算采用明渠恒定非均勻流基本方程式，考慮為丘陵區向平原區過渡區調整相應參數。規劃修復工程治理后的河道糙率，依據《水力計算手冊》中推薦的河道糙率n 值表，結合河道特點、治理形式和現場實地查勘選取。溢洪道尾水渠上游正常泄流段（0+000～0+214.70）主槽糙率選用2.50×10-2，邊灘4×10-2；塊石廣布的水毀段（0+264.70～0+864.70），綜合糙率選用0.075；匯入潁河段（0+914.70～1+800）沖淤嚴重，綜合糙率取用4.50×10-2，溢洪道尾水渠0+000樁號位于溢洪道泄洪閘閘室上游起端。

5 溢洪道尾水渠水毀修復設計

5.1 平面布置

2021 年特大洪水后，某水庫溢洪道泄洪閘海漫段末端為尾水渠水毀整治起點，尾水渠樁號0+214.70以上部分為溢洪道主體建筑物，為溢洪道進口段、閘室段、消力池及海漫段等，結構完好。水毀整治范圍為尾水渠樁號0+214.70～1+800段，長1 585.30 m。尾水渠以洪水沖刷后的主河槽為中心線，以穩定現有河勢并以規則平順為原則進行整治。

5.2 縱橫斷面設計

尾水渠縱橫斷面設計結合水毀沖刷現狀、原尾水渠主河槽寬度、地質情況以及規劃確定的設計流量等因素綜合確定。

5.2.1 地質情況

左岸0+664.70～0+950、右岸0+664.70～0+950 段邊坡主要由兩岸上部分布的第四紀全新統輕粉質壤土及晚更新統黃土狀粉質壤土組成，底部為二疊系上統石千峰組泥巖、砂巖強風化～弱風化巖體，建議按開挖坡比建議值開挖。

兩岸地表主要為第四紀全新統沖積層（Q4apl）輕粉質壤土，厚度一般小于2 m，下部主要為第四紀晚更新統沖積層（Q3apl）卵石，最大厚度約6 m，部分地段于卵石層之上分布有第四紀晚更新統沖積層（Q3apl）黃土狀粉質壤土，厚度一般小于2 m。地基多為卵石等松散土體，抗沖刷流速一般為0.70～1 m/s，建議將地基置于最大沖刷深度以下并對地基部位進行封閉保護，避免洪水沖刷導致地基破壞。開挖邊坡高度不大，邊坡主要由兩岸上部分布的第四紀全新統輕粉質壤土及晚更新統黃土狀粉質壤土組成，底部為卵石，總體上開挖邊坡物質組成較差，按開挖坡比建議值開挖或加強支護。該段河道及兩岸下部分布有卵石，透水性較強，地下水位埋深較淺，施工開挖可能遭遇地下水，且水量較大，建議做好截排水及降水措施。

5.2.2 斷面設計

樁號0+214.70～0+415.43段長200.73 m，為新北干渠涵洞防護段；樁號0+415.43～0+650段長243.57 m，現狀河底高程為（203.98～193.24），現狀縱向坡比約1/20，該段河底巖石已裸露，為寬淺型河道，最大河口寬度約110 m，流速最大3.38 m/s，僅對該段邊坡按1∶2進行整理。

樁號0+650～0+950段長300m，現狀河底高程為（193.24～187.61），現狀縱向坡比約1/20，該段河底巖石已裸露，形成深窄型河道，流速最大5.50 m/s，同時考慮現狀兩岸存在的建筑物拆遷和占地問題等影響因素，結合管理部門意見，暫時不整理河道斷面，僅對該部分河道兩岸進行安全防護。

樁號0+950～1+800段850 m長度范圍內現狀河底高程為（187.61～187.12），該段河底受上游沖積物影響，現狀淤堵比較嚴重，河底縱坡約1/1950，對該段進行清淤設計，設計河底高程為（188.24～184.06）河道設計縱坡1/200，底寬45 m。

5.3 堤防工程設計

5.3.1 堤頂高程計算

根據《堤防工程設計規范》，工程堤防堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高按下公式計算復核：

式（1）中：Y—堤頂超高；R—設計波浪爬高，按《堤防工程設計規范》附錄C計算；e—設計風壅增水高度，按《堤防工程設計規范》附錄C計算；A—安全加高，m；4級堤防取0.60 m。

根據氣象站統計資料計算，汛期多年平均最大風速為19 m/s，風向與堤軸線夾角為90°。根據規范，采用多年平均最大風速的1.50 倍計算，最大風速為28.50 m/s。風區長度取堤防間距90 m。根據各斷面灘面高程和設防水位，堤前平均水深按4 m計算。設計波浪爬高值應按不允許越浪堤防，采用累積頻率為2%的爬高值。

經計算，設計波浪爬高0.74 m，設計風壅增水高度3.00×10-3m，根據規范，4級堤防安全加高為0.60 m，計算堤頂超高為1.34 m。因此，堤頂設計高程按20年一遇防洪水位加1.34 m確定。

經分析，尾水渠樁號0+950～1+800 段，兩岸堤防總長2×850 m，該段地面高程高于20年一遇洪水位-0.14～1.70 m，僅有200 m左右地面高程不滿足超高0.50 m的要求，考慮到該段現狀堤防距離均大于100 m，渠道兩側預留有部分河道用地，結合兩岸群眾的生產生活方便，尾水渠清淤后開挖料就近堆砌1.50～3 m高的防護堤，堤寬5 m，在防護堤內側坡頂設置安全防護網。

5.3.2 堤頂寬度

根據《堤防工程設計規范》，4級堤防設計堤頂寬度不宜小于3 m，考慮到交通需要，堤頂寬度取5 m，臨背坡比均為1：2.50。

5.3.3 滲流計算某水庫溢洪道災后水毀工程堤防為防護堤，堤基均高于防洪水位，不再進行滲流分析。

5.3.4 加培方式

堤身采用尾水渠清淤后開挖料就近堆砌1.50～3 m高的防護堤，堤頂設計高程均高于按20 年一遇防洪水位加1.34 m。堤防加培施工前應進行清基清坡，清基清坡深度暫按0.30 m，根據具體情況，清基深度可進行調整，滿足清基要求。加培范圍內如有坑塘，要將坑塘內的水草等雜物清除干凈；加培范圍內如有樹木，需將樹木挖除。

5.4 防護工程設計

5.4.1 河道沖刷計算

某水庫溢洪道災后水毀工程尾水渠上段河道較陡，流速大，主河床沖刷嚴重，最大沖切深度約7 m，現狀河底沖刷嚴重，覆蓋層破壞，露出巖底，河底及坡腳受水流沖刷較嚴重。下游河道坡度較緩，河底淤積嚴重，砂卵石及碎石為主，淤積厚度約2～3 m，根據河道分段加固的地形、地質條件，選擇典型斷面進行河床和護岸沖刷深度計算。

0+950 以上河道，底部為二疊系上統石千峰組泥巖、砂巖強風化～弱風化巖體，抗沖流速為4～6 m/s，該段河道流速為1.45～5.25 m/s，河底不再進行防護。

0+950以下河道，河道兩岸地表主要為輕粉質壤土，現狀河底為卵石土，卵石粒徑較小，抗沖刷流速一般為0.70～1 m/s，該段河道流速為1.54～3.38 m/s，經計算水流平順岸坡時的沖刷深度為1.10 m，水流斜沖護岸時沖刷深度1.10～1.50 m，護坡坡腳需采取防沖措施。0+950附近河底沖刷深度3.20 m，建議該處河道應進行底部防沖防護。

6 結語

溢洪道災后水毀工程設計根據原始地貌、地質結構，結合工程實際情況進行技術調整、工程設計變更，水毀修復計算均滿足規范規程要求，保證了整個水庫安全度汛及功能正常發揮，設計經驗對溢洪道工程設計具有一定的借鑒價值。