橫山縣響水鎮(zhèn)排洪工程建設方案

馬艷霞

（橫山縣水利灌溉管理工作站 陜西 橫山 719100）

1 概況

位于陜西省北部、榆林市西南部的橫山縣，總面積4333km2，全縣轄10鎮(zhèn)8鄉(xiāng)358個行政村，總?cè)丝?4萬人，其中農(nóng)業(yè)人口33萬人。橫山縣屬北緯帶半干旱草原氣候，特點是干燥，降水少，日照強，多年平均降水量410mm，且多數(shù)集中在7、8、9三個月，降水具有產(chǎn)流快、災害性強、暴漲暴落特點。全縣流域面積在100 km2以上的河流有13條，均屬黃河水系，無定河流域。響水鎮(zhèn)地處橫山縣城東北部，無定河南岸，榆靖公路穿境而過，鎮(zhèn)政府位于榆靖公路50km處的響水街，是一個典型丘陵溝壑、草灘風沙、川水結(jié)合的農(nóng)業(yè)大鎮(zhèn)。1950年劃入橫山縣，1956年設響水鄉(xiāng)，1997年改為響水鎮(zhèn)，2011年撤銷南塔鄉(xiāng)，并入響水鎮(zhèn)，使得響水鎮(zhèn)面積達289 km2，管轄響水等31個行政村，人口2.5萬人。鎮(zhèn)政府駐地響水村距縣城34km。204省道魚（河）靖（邊）公路過境。

2 防洪現(xiàn)狀及存在問題

響水鎮(zhèn)交通便利，集貿(mào)繁華，境內(nèi)公路四通八達，與波羅、白界、殿市、黨岔等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)相通。逢集遇會客商云集，日交易額達8萬多元。全鎮(zhèn)現(xiàn)有采料場、粉料場、樓板廠、機磚廠、個體工商戶等300戶，年創(chuàng)利達300多萬元，成為地方經(jīng)濟的支柱。鎮(zhèn)區(qū)居民3000多人，2002年對響水街道進行了全面的整建，新街道呈“丁”字形，鋪設街道2500m，城鎮(zhèn)功能齊全，社會事業(yè)欣欣向榮。

鎮(zhèn)區(qū)現(xiàn)有排洪工程承擔著響水鎮(zhèn)區(qū)及響水村的雨水排洪任務。由于地形呈“U”字狀，每逢下雨，鎮(zhèn)區(qū)雨水通過街道排水渠匯流至楊灣溝溝頭處，直接排入溝底。隨著當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展，地面建筑物不斷增加，庭院、道路的硬化，降雨就地滲入相對減少，增加了地表徑流量，地表排水量日趨增大，溝沿常年受雨水沖刷，加上溝體土質(zhì)松散，導致溝邊坍塌不斷加劇。鎮(zhèn)、村兩級曾從辦公經(jīng)費中擠出8萬余元，重新整修了排水渠，通過分流排水減輕渠內(nèi)壓力，延緩溝頭塌方，但都未能從根本上解決這一隱患。溝頭排水處距鎮(zhèn)中心小學僅20m左右，如果長期在此排水而不采取措施，溝邊坍塌將不斷向?qū)W校方向延伸，直接威脅到師生安全，甚至殃及鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展。改善鎮(zhèn)區(qū)現(xiàn)有排水工程是扭轉(zhuǎn)這一局面、保護周邊群眾的生產(chǎn)和生命財產(chǎn)安全的唯一途徑。

3 工程設計

3.1 工程總體規(guī)劃工程布置

3.1.1 工程總體規(guī)劃

為確保工程建設方案的合理、可靠、節(jié)資，經(jīng)現(xiàn)場勘察，選取了三個方案進行比較。

方案2：沿原溝邊建新的引水渠，將水引至距原溝頭2km處的溝中腰，修建豎井、輸水隧洞、消力池和陡坡等設施進行排水。該方案溝體土質(zhì)較好，坡降比較緩，操作可行；但工程量較大，占用耕地比較多，投資高，且施工難度大。

方案3：廢棄現(xiàn)有排水工程，重新修建引水渠，將雨水引至鎮(zhèn)區(qū)地勢更低、坡降比更緩的東頭溝腦溝頭，修建陡坡及消力池進行排水。該方案工程布置簡單，排水落差小，投資較小，施工容易，且工程運行可靠。

表1 日最大降雨量表

表2 日降雨量頻率分析

經(jīng)三種方案分析比較，方案三可靠、經(jīng)濟，故本次設計按照方案三進行。

3.1.2 工程布置

沿響水鎮(zhèn)區(qū)主街道修建引水干渠，引流街區(qū)洪水至東頭溝腦，修建地面引水明渠至溝沿，修建四級陡坡和消力設施，再建明渠、海漫將水從溝頭排至溝底。工程建設項目包括引水明渠、陡坡、消力池、明渠、海漫等。跌水總落差57.85m，斜坡總長244.67m。

3.2 工程地質(zhì)

該區(qū)屬黃土丘陵溝壑區(qū)，地貌以梁峁、溝壑和溝臺地組成，呈東西走向，地勢東高西低，北部溝道形狀呈“V”字型。溝底至塬面高差220m左右，工程區(qū)溝底比降i=1∶5.70，溝底寬度1m～2m，并且存在一定的沖蝕堆積的壤土夾層大量塊狀結(jié)核、樹枝等雜物。該溝道為季節(jié)性河道，平時無長流水，僅在暴雨時才有徑流產(chǎn)生。根據(jù)1∶400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》工程區(qū)地震基本烈度Ⅶ度，本區(qū)設計基本地震加速度為0.05g，相應抗震設防烈度為6度。

3.3 設計原則

本工程屬農(nóng)村小城鎮(zhèn)排水工程，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和《防洪標準》，防洪標準按5年一遇洪水標準設計，為四等工程。現(xiàn)狀基準年：2012年，設計水平年：2022年。設計的基本原則為：選擇最合理布置，便于施工，同時減少土方開挖量，少占耕地，降低工程投資。

改革開放30多年來，我國已基本建成社會主義市場經(jīng)濟體制。經(jīng)濟體制的改革給我們帶來了翻天覆地、日新月異的變化，綜合國力不斷提升，人民生活水平不斷改善，各項事業(yè)欣欣向榮。但是，我們也應清醒地看到，政治體制的改革仍然相對滯后，裹足不前。在這樣的情況下，市場經(jīng)濟驅(qū)動的利益紛爭、欲望毫無約束，社會結(jié)構(gòu)性的矛盾與沖突就會不斷積聚，并以各種形式在社會中凸現(xiàn)出來，諸如誠信危機、群體性事件等等。當今中國經(jīng)濟的發(fā)展正處于這樣的一個瓶頸期。

3.4 水文計算

由陜西省測繪局2001版1∶10000地形圖，用方格法量計，鎮(zhèn)區(qū)集水面積F=1.5km2，流域長2km，平均比降i=9.35‰。本次洪水流量計算采用推理公式

式中，QP——頻率為p的洪峰流量，m3/s；

c——徑流系數(shù)，c=0.5；

Ip——頻率為p的暴雨強度，mm/h，Ip=Sp/τn；

F——集水面積，F(xiàn)=1.5km2。

由于該工程匯水區(qū)大多為農(nóng)村群眾居住區(qū)及城鎮(zhèn)區(qū)，建筑物相對較密，經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，結(jié)合響水鎮(zhèn)萬分之一地形圖，根據(jù)《給排水手冊》城市排水分冊，確定出該區(qū)的徑流系數(shù)為0.5是偏安全的。

該區(qū)無實測洪水資料，水文計算采用橫山縣氣象局提供的1981年～1999年十九年自計 雨 量 資 料 5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、180min，一日最大10個降雨歷時段的最大降雨量。設計采用一日最大降雨量數(shù)組為基本參數(shù)，采用推理公式法用來分析洪水的形成過程。用此法主要考慮了本地地形特點和多種因素，計算結(jié)果比較切合實際，再用流量面積相關法和流域特性相關法計算結(jié)果進行比較。

對表1通過頻率分析計算結(jié)果如表2。

由表2可知：P=20%，H日=57.05mm。

暴雨衰減指數(shù)n，由《工程水文》查知，陜西 地 區(qū) 折 點 歷 時 t0=6h，n1=0.58～0.62，n2=0.68～0.71。由于設計歷時 t=24h＞t0，由暴雨參數(shù)分析圖知，采用n=n2=0.68。設計雨力SP，由暴雨參數(shù)分析圖的折點歷時t0來確定SP值，它含較大的抽樣誤差，實際引用中改用年最大24h設計暴雨或日雨量資料推求SP值，效果更好，將最大日雨量訂正為最大24h雨量，訂正公式采用H24=KH日計算，當P=20%時，H24=1.2×57.05=68.46（mm），雨力 SP=H24×24n2-1。

將以上計算的結(jié)果代入上式可知設計雨 力 SP值 ：P=20%時 ，SP=68.46×240.68-1=24.76（mm/h）

集流時間τ的確定利用公式：

式中，L——主流長度，L=1.2km；

V——地面徑流的平均流速，V=0.5m/s。

經(jīng) 計 算 ，τ=0.67h，I20%=S20%/τn=24.76/0.670.68=18.86 （mm/h），Qp=0.278cIpF=0.278×0.50×18.86×1.5=3.9m3/s。故采用洪峰流量Q20%=3.9m3/s。

3.5 引水渠道設計

根據(jù)當?shù)氐膶嶋H地形情況及地質(zhì)狀況，塬面引水渠斷面采用矩形斷面，陡坡采用梯形斷面，消力池采用復式斷面形式，塬面引水渠采用鋼筋混凝土蓋板加蓋。明渠長80.9m，其控制流域面積1.5km2，按照等比例原則，其設計流量Q設=3.9m3/s，根據(jù)實際地形情況，采用比降i=1/24.52。經(jīng)試算b=1.0，h=0.6，則 Q=4.1m3/s，滿足過流要求。取安全超高為0.2m，則H=0.8m，滿足要求。故設計支渠渠道側(cè)墻高H=0.8m，底寬b=1.0m。

引水渠采用矩形斷面，C20混凝土砌護，底板厚0.2m，側(cè)墻厚度0.15m，底板下設3∶7灰土厚0.45m；引水渠蓋板為預制鋼筋砼結(jié)構(gòu)，蓋板進行結(jié)構(gòu)計算，配筋。擬定板厚0.12m，板寬0.5m，長為各段渠寬，搭接長0.30m。

根據(jù)地形情況，確定陡坡比降為i=1/2.01，落差為13.9m，采用梯形斷面，底寬b=1.0m，m=1.25,長28m。取安全超高為0.54m，則側(cè)墻高為1.2m，陡坡采用梯形面，斷面尺寸為底寬1.0m，高度1.20m，m為1.25，漿砌石砌護厚度0.3m，基礎底板厚度為0.2m，C20鋼筋砼現(xiàn)澆。陡坡每隔6m做一道0.3×0.3m的抗滑齒墻并設置伸縮縫，縫寬0.2cm，采用651橡膠止水帶，縫內(nèi)填瀝青砂漿，以增加底板的穩(wěn)定。配構(gòu)造鋼筋，基礎為0.45m 3∶7灰土墊層，堤頂部分開挖成1∶1的土坡。

3.6 消力池確定

經(jīng)計算，消力池采用矩形斷面，結(jié)構(gòu)為C20鋼筋砼襯砌，寬度為2m，基礎底板厚0.2m，側(cè)墻寬0.2m，加0.5m安全超高1.5m，配構(gòu)造鋼筋，基礎為45cm3∶7灰土墊層，堤頂部分開挖成1∶1的土坡。

3.7 消力池出口明渠設計

由于實際地形限制，消力池出口需設置明渠，設5m，然后設海墁，明渠比降1/100，明渠斷面采用明渠均勻流公式Q=ωC（iR）1/2計算。經(jīng)試算，明渠寬度取1.0m時，水深h=0.90m。所以，明渠采用梯形斷面，安全超高0.5m，斷面尺寸為底寬1.0m，高度 1.4m，m=1.25，漿砌石砌護，厚度0.3m，基礎底板厚度為0.2m，C20砼，基礎為45cm3∶7灰土墊層，堤頂部分開挖成1∶1的土坡。明渠末端設 5.0m×0.5m（長×厚）海墁，與消力池連接處寬1.5m，末端寬5m，采用鉛絲籠砌石砌筑。

4 結(jié)語

根據(jù)響水鎮(zhèn)實際，通過方案比較，確定科學的防洪工程。該工程的建成，可從長遠解決了響水鎮(zhèn)區(qū)的排洪問題，同時減少大量的水土流失，保護響水學校及鎮(zhèn)區(qū)群眾的居住安全和周圍耕地安全，大力促進該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，通過工程實施將極大的改善該區(qū)生態(tài)環(huán)境，造福子孫后代。陜西水利