轱轆滾河洪澇成因與防洪方案研究

趙文軍，牛英杰

(北安市水務局，黑龍江北安164000)

1 流域概況

轱轆滾河位于北安市境內，系烏裕爾河左岸的一級支流，發源于小興安嶺西南山麓，流經建設農場、趙光農場、趙光鎮、紅星農場、克東縣玉崗鎮福錄村、福安農場十三連、鄰河村和北興村，匯入烏裕爾河，流域面積750 km2。轱轆滾河流域屬小興安嶺與松嫩平原的過渡丘陵漫崗地帶，崗頂平緩，微地形變化大，海拔高程為240～370 m。總的地勢是東高西低，微向西傾斜。轱轆滾河長72 km，河流主槽寬度為12 m，河槽深度為2.0 m，河道坡降為1/350～1/850。轱轆滾河干流上沒有控制性工程，左側只有群眾自發建設的圍堤，但不足3 a一遇洪水標準，堤長4.5 km，防洪標準低，防御洪水能力差，堤基滲水，危及堤身安全。

2 洪澇災害及成因

2.1 洪澇災害

流域自然災害頻繁，澇災發生機率為33.3%，平均3 a發生1次洪澇災害，成災面積大。往往是第一年受澇，第二年即發生春澇，影響第二年的耕種，造成部分農田棄耕，損失嚴重。

1991年流域內發生洪澇災害，使轱轆滾河沿岸紅星、趙光、建設這3個農場、1個城鎮受災，造成受災人口20 690人，受淹面積8 267 hm2，損失糧食1.81萬t，沖毀橋梁2座，沖毀通訊線路3 km，沖毀輸電線路2 km，經濟損失達3 530萬元。

2.2 洪澇災害成因

洪澇災害主要是由坡水、洪水、不利的土壤地質形成。

1)轱轆滾流域地形起伏明顯，徑流峰高流急。洪水長時間持續，不僅對坡耕地造成水土流失、沖蝕溝，而且對低平原區危害嚴重，經常漫溢出槽，淹沒農田，并受外洪頂托倒灌影響，使內水無法排除，造成洪澇。

2)年降水量為555 mm，時空分配變差大，6月～9月降水占全年降水量的80%，此期常有短歷時高強度暴雨、長歷時連續降水過程，造成洪澇災害。

3)當地土壤最上層為腐殖土，第二層為亞黏土沉積層，通透性差，垂直下滲弱，含蓄水量多，易成澇漬災害。第三層以下為泥巖與含水層交替地質層，阻滯地表水下滲。雨季外河水位上漲高于地面，低洼地形成地表明水，在下層亞黏土的阻滯作用下，使耕地中地表水減少下滲。

3 防洪設計方案

轱轆滾河規劃堅持既有效防御洪水，又安排好洪水出路，協調好治理河段與河流下游防洪標準與山洪災害防治的關系，統籌兼顧河流治理和河道管理、工程措施與非工程措施、防洪與排澇、近期與長遠的關系。

3.1 防洪工程

3.1.1 推算控制斷面設計洪峰流量

采用《水文圖集》法，根據提供的(全河段)8個斷面位置，從1/5萬地形圖量算各斷面以上集水面積，從圖集選定各斷面以上流域重心的Cp、Cv和Cs=2.25Cv，計算公式為:

式中:Qp為設計洪峰流量，m3/s;Kp、K5%分別為設計頻率和頻率為20 a一遇的模比系數，K3%=4.29，K10%=2.76;Cp為20 a一遇最大流量參數，Cp=4.0，Cv=1.7;F為集水面積，km2。

計算成果見表1:

表1 流量計算表

3.1.2 推求斷面設計水位

采用簡化的恒定非均勻流公式:

式中:H上、H下分別為上、下游水位;Q為設計流量，m3/s;K為上、下游斷面平均流量模數;L為上、下游斷面洪水間距，m。采用下式計算K值:

式中:R為水力半徑，m;n為選用主槽糙率為0.03和灘地糙率0.06;A為斷面面積，m2。

采用1/1萬地形圖點繪河道斷面，共點繪41個斷面，分別計算出斷面設計流量、水位，繪制水面線。

3.1.3 計算堤防超高

根據堤防工程設計規范，堤防超高采用公式:

式中:Y為設計堤頂超高，m;R為設計波浪爬高，m;e為計算點的風壅水面高度，m;A為安全加高，m。經計算轱轆滾河堤防超高為1.3 m。

轱轆滾河干流堤防按設計流量、水位和20 a一遇洪水標準，確定堤距和堤防高程。堤防為4級，考慮堤身穩定、交通和防汛搶險要求，堤頂寬為4.0 m，內、外游邊坡建議采用1∶3。僅在險工弱段和主流靠岸、迎流頂沖段的迎水坡采用工程護坡，護坡型式為干砌石護坡厚30 cm，下設15 cm砂墊層。

3.2 坡水工程

推求坡水設計流量:采用《水文圖集》法，根據不同斷面集水面積，從圖集選定各斷面以上流域重心的Cp、Cv和Cs=2.25Cv，仍按公式(1)進行計算。

坡水防洪標準采用10 a一遇洪水，本著高水高排，內外分流的原則，按坡水流量設計和布置截流溝、泄洪溝。

3.3 平原排水工程

采用平原旱田排水模數公式推求流量:

式中:qd為旱田排水模數，m3/s/km2;R為設計徑流深，mm;t為排澇歷時，取2 d。

利用不同土壤的降雨(P1+Pa)、徑流(R)實測實驗成果資料，繪制成(P1+Pa)～R關系線圖進行查算，將查得的R值代入排水模數計算公式計算qd值。以排水模數再推求排水流量。按內部排水5 a一遇標準和內澇排水模數計算和布置排水干、支溝。

3.4 建筑物設計

建筑物的座數應根據排水分區盡量合并排水出口，以減少穿堤建筑物的數量，并根據地形條件、地質條件和水流條件確定建筑物的位置。共布置排水閘12座，橋3座。

排水分區按行政單位分開，建設農場堤段排水為2個分區，布置排水閘2座;趙光農場段為1個排水分區，布置排水閘1座;趙光鎮堤段按水系分為6個排水分區，布置排水閘6個;紅星農場排水分區2個，布置排水閘2個;克東段排水分區1個，布置排水閘1座。

排水閘工程根據排水分區的匯水面積，計算排水閘流量在3.02～19.44 m3/s。跨越轱轆滾河，建議修建交通橋。橋梁工程等級按公路交通規范，道路為四級，防洪標準采用25 a一遇，設計流量為86.5～95.8 m3/s。

在設計中對流量較小的排水閘工程，采用涵洞式，分為進口護砌段、穿堤段(即洞身段)、消力池段、海漫段。洞身長視堤防標準而定，洞徑綜合考慮水力計算和檢修要求:對流量較大的排水閘，采用開敞式，進口有干砌石護砌段、混凝土鋪蓋段、閘室段、消力池段和海漫段，閘室段上設交通橋，橋面寬與堤頂寬相同。

4 實施效果評價

轱轆滾河防洪工程建成后，使區內的1.9萬人和51個村屯、3個鎮、場得以擺脫內外水的危害，可保護耕地7 200 hm2，荒原5 800 hm2;可保護公路139 km、鐵路6.6 km、通訊線路163 km和輸電線路264 km的正常運行。可使每年工農業總產值達4.65億元，人均年純收入達6 500元。隨著建管工作的完善，防護林帶的形成，必將形成堤成帶、樹成行、路、渠成網的配套工程，可調節改善區域內的小氣候，還可防風保水土，形成良性的生態環境。

[1]張建國，王永波，韋富英.哈爾濱市城市洪澇災害成因分析及防汛對策探討[J].黑龍江水利科技，2008，36(6):20－21.