重慶彭水縣新田鄉洼地內澇處理設計

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司， 湖北 武漢 430010)

1 研究背景

新田鄉巖溶洼地位于烏江右岸、彭水縣國茂水泥廠東北側，距離彭水水電站庫水邊約1.2 km。洼地周邊分水嶺高程1 200～1 450 m，中間平地高程315～340 m。洼地長約3 km，寬 0.4～0.6 km，呈北東向展布。洼地內有新田鄉及彭桑公路，見圖1。

新田鄉洼地的水匯入大洞坎和小米坑兩個落水洞，通過地下巖溶系統在響水洞附近排至烏江。出水口高程230 m左右，天然狀態下排水通暢。彭水水電站運行后，落水洞排水速度減慢，造成經常性內澇。如2008年9月，水庫蓄水位279 m，新田鄉洼地遭遇P=20%的暴雨，大洞坎的最高滯洪水位達335.31 m；2010年5月和7月的幾次暴雨，均在洼地內形成內澇災害。故有必要分析彭水水電站蓄水對洼地排洪能力的影響，并提出相應處理措施。

2 電站蓄水對洼地排水能力影響分析

新田鄉洼地大洞坎處的巖溶通道進口高程為320 m，響水洞出口高程230 m，進出口高差約90 m。天然情況下，烏江干流發生P=20%的洪水時洞口附近水位約250 m，進出口水頭差約70 m。彭水水電站竣工后，洞口汛期水位抬高至 288.85 m，地下巖溶管道進出口的水頭差約31 m。

巖溶管道排水能力可按下式計算：

(1)

則彭水電站運行前后巖溶排水系統的過流能力變化為：

(2)

式中，Q前、Q后分別為彭水電站運行前、后的排水能力，m3/s；ΔH前，ΔH后分別為彭水電站運行前、后的水頭，m。

將前述水頭代入式(2)，得:

(3)

經分析得出，彭水電站運行后，新田鄉巖溶系統的排水能力只有天然情況下的2/3，排水能力減小約34%。

圖1 新田鄉洼地地理位置示意

2008年9月新田鄉下暴雨，最大24 h雨量113 mm，在大洞坎處的最高滯水位為 335.31 m,滯水量約1 342萬m3,巖溶系統出口處水位約281 m，內澇時間約36 h。根據水文資料分析，相當于P=20%的暴雨。按P=20%的洪水過程線試算，此時巖溶系統的泄流能力約為96.2 m3/s。天然狀態下P=20%洪水時，新田鄉洼地巖溶出口處的烏江水位在250 m左右，按式(2)估算天然狀態下地下巖溶通道的排水能力為125 m3/s。

電站運行后，按排水能力下降34%考慮，則該次洪水最高水位由 334.82 m抬高到 335.98 m，增加淹沒深度1.16 m，淹沒范圍大幅增加，滯洪時間由27 h增加到51 h，將對洼地內居民生活和生產產生嚴重影響。

3 處理方案研究

3.1 方案比選

針對新田鄉洪水問題的解決方案有：泵站抽排、新增排水通道、征地移民(即整體搬遷新田鄉)。

由于洼地區域暴雨大且周邊山脊高30余米，泵站方案規模大、輸水線路長、運行費用高、日常維護難，不宜采用。征地移民方案涉及新田鄉政府及較多人口的搬遷，需放棄大量的房屋和耕地，尚要淹沒公路、電信、電力、廣播電視等重要專項設施，估算投資為 2.22億元，費用大且實施困難。新增排水通道方案系新開明渠和隧洞，將洼地洪水排至洼地下游的烏江干流，估算投資約4 000萬元。

綜合分析可知，新建排水通道的方案較優。

3.2 排澇標準

根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288-99)[1]和《農田排水工程技術規范》(SL 4-2013)[2]的規定，新田鄉洼地排澇標準可定為“10 a一遇24 h暴雨48 h排完”，據此計算排澇流量為210 m3/s。

4 排水工程布置

新田鄉洼地內澇處理工程包括新建排水渠道及排水隧洞、原有排水渠道改造、道路恢復、大洞坎和小米坑兩個落水洞洞口保護等。

4.1 排水線路布置

老渠道改造段長約 2.5 km；老板坑至水泥廠為新增明渠排水段，長約800 m；水井灣至烏江岸為一山崗，采用長1.2 km的隧洞穿越。隧洞進口底高程312.96 m，出口位于響水洞下游的烏江邊，出口高程303.50 m。

排水線路見圖2。

4.2 渠道和隧洞斷面設計

排水渠道采用梯形斷面，渠底寬度12 m，邊坡1 ∶0.35。縱坡3‰～5‰，深度不小于3.8 m。土質段渠底和側墻均采用漿砌石襯砌，側墻為頂寬0.8 m、面坡1 ∶0.35的重力式擋土墻。

排水隧洞穿越灰巖、白云巖，大部分為Ⅲ類圍巖。按照《水工隧洞設計規范》(DL/T 5195-2004)[3]的相關規定，選用城門洞形無壓隧洞，底坡6‰，隧洞凈斷面寬5 m、高 7.14 m，頂部圓拱中心角120°。頂拱采用鋼筋混凝土襯砌，直墻段采用噴混凝土支護。

圖2 排水線路平面布置

對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，則進行全斷面鋼筋混凝土襯砌。隧洞出口處巖石較好，近直立，采用挑流消能，水流直接射入烏江。

4.3 其他附屬建筑物

排水渠道穿過彭水縣至桑柘鄉的公路和鄉村道路，需對原有橋梁拆除重建，共涉及橋梁8座。

為避免原地下巖溶通道堵塞，在大洞坎和小米坑兩個巖溶通道入口設置攔污柵。

5 實施效果

新田鄉內澇治理工程于2014年10月基本完工，其后排水渠道和隧洞多次過流，洼地內未再出現大范圍內澇現象，滯水時間也大幅度縮短，保障了當地群眾的生命和財產安全，產生了較好的經濟效益和社會效益。

6 結 語

該工程排水方案合理，較好地解決了新田鄉的內澇問題，產生了良好的經濟效益和社會效益，可為類似洼地排澇工程設計提供參考。