旬邑縣第界溝山洪溝治理工程方案探討

舒鵬祥

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 712000)

1 概況

第界溝為三水河左岸一級支流，發源于旬邑縣城關鎮第界村東部山區，自東向西流經第界村、喬家峁、馬渠村，于連家河村注入三水河，入河口位于旬邑縣城東北約5 km處。第界溝控制流域面積126.4 km2，主河道長度24.9 km，河道平均比降17.9‰。治理段沿岸涉及城關鎮的第界村、連家河村兩個村組，總戶數411戶，總人口2350人，耕地2.33萬畝。

2 防洪現狀及存在主要問題

2.1 防洪現狀

第界溝受其季風氣候影響以及其特殊的自然地理條件，山洪災害一直是沿岸人民的心腹大患。第界溝距離縣城約5 km，隨著縣城經濟的飛速發展與人口的持續增長，排入第界溝的工業廢水與生活污水逐年增加，第界溝兩岸環境污染日趨嚴重。第界溝作為沿線居民的主要防洪河道，生活垃圾沿河傾倒現象嚴重，加上多年淤積，致使第界溝行洪斷面逐年減小，對沿岸各個自然村的防洪安全構成嚴重威脅。現有溝道已基本形成溝槽，沿山洪溝未設置任何堤防工程。

2.2 主要問題

根據現場踏勘和實地測量，第界溝未進行防洪治理，主要存在以下問題：

(1)第界溝淤積問題突出。由于第界溝沿線村莊多，群眾隨意向溝道傾倒垃圾、雜物嚴重，致使第界溝淤積問題突出。

(2)經現場調查，溝道現狀雜草叢生，溝道內亂堆、亂種現象嚴重，阻礙了溝道的行洪，縮小了過水斷面。嚴重威脅到了溝道兩岸村莊、耕地及當群眾的生命財產安全。

(3)隨著新農村建設規劃的提出和村鎮人口、經濟的不斷發展，該溝道的防洪問題日益突出，因此對第界溝進行防洪治理顯已迫在眉睫。但由于旬邑縣屬傳統農業縣，地方財力有限，對溝道治理的投入遠不能滿足第界溝防洪工程的需要，沿河居民和農田防洪保護設施基本處于空白狀態，急需投資修建。

2.3 社會經濟發展對防洪的要求

本次治理河段涉及20個自然村，2020年農村人均總收入4300元。為了加快當地經濟發展，增加農民收入，根據當地實際，近年來各級政府積極鼓勵和引導農民在川道里發展果業和中草藥產業，迫切需要加快第界溝的治理。目前該河段防洪能力很差，現狀不容樂觀。一旦發生較大洪水，就會引發洪水災害，造成較大損失，嚴重阻礙當地的社會經濟發展步伐。

針對工程區實際情況，治理段起點位于第界溝入三水河口上游17 km處，河道治理總長6.034 km。實施該項目治理，是加強第界溝防洪薄弱環節，消除山洪隱患，恢復溝道兩岸生態健康，保障沿岸群眾生命財產安全，統籌城鄉發展，促進區域經濟社會可持續發展的迫切需要。

4.工程設計

4.1 工程規模

根據工程范圍內的保護對象和建筑物狀況，結合中華人民共和國《防洪標準》(GB 50201-2014)和《堤防工程設計規范》(GB 20586-2013)分析確定擬建堤防工程的防洪標準。

為適應國民經濟各部門、各地區的防洪要求和防洪建設的需要，維護人民生命財產安全，中華人民共和國《防洪標準》(GB 50201-2014)根據以鄉村為主的防護區內人口或耕地面積，把城市防洪標準分為四級。本次設計防洪工程主要以保護鄉村為主，保護人口小于20萬人，防護區耕地面積小于30萬畝，工程等別為Ⅴ等，防洪標準取10 a一遇洪水設計。

4.2 堤防設計

4.2.1 堤頂高程

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)，堤頂高程應按設計洪水位加堤頂超高確定。經計算堤頂超高值見表1。

《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)規定：5級堤防的堤頂超高值不應小于0.5 m。因此，根據堤頂超高計算成果，堤防標準斷面的堤頂超高為0.8 m。

表1 堤頂超高計算成果表 單位：m

4.2.2 堤防基礎埋深

本次設計依據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)，對10 a一遇的設計洪水對實施的堤防斷面的沖刷深度進行計算。

(1)水流平行堤岸沖刷深度。水流平行堤岸所產生的沖刷深度采用《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)公式D.2.2-1進行計算：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，m，以近似設計水位最大深度代替；Vcp為河床面上允許不沖流速，m/s；n為與防護坡在平面上的形狀有關的指數，一般取n=0.25。

本次設計根據本工程河段洪水流勢及堤防布置情況，選取若干典型堤防斷面，結合本次設計洪水水面線計算結果，按上式分別進行各斷面在水流平行堤岸情況下堤防臨水側坡腳處的沖刷深度計算。計算參數及計算結果見表2。

表2 水流平行堤岸沖刷深度計算結果表

綜合上述水流平行堤岸情況下堤防臨水側坡腳處的沖刷深度計算結果，本工程堤防臨水側坡腳處灘面以下的最大沖深為0.6 m，因此堤防臨水側應采取必要的護腳措施。經綜合分析，確定堤防護腳基礎埋置深度為0.14 m～0.6 m之間。

4.2.3 堤防橫斷面

根據本次設計實地踏勘，溝道地形寬闊，現狀基本無設防，本次設計遵循《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)規定，并根據山洪溝泄洪特點，河堤堤線保持與河勢流向基本相適應，河段一岸高地與一岸堤防之間的距離大致相等，堤防基本保持平緩連接。

根據本次堤防縱斷面布置設計成果，本工程堤防標準斷面堤高介于2.91 m～4.71 m之間，平均堤高為3.81 m；鑒于堤高較小，因此本次設計確定堤防標準斷面采用單式梯形斷面形式。

4.3 護岸及基礎型式的選擇

堤防的護坡分別按照格賓籠石及生態混凝土護坡兩種形式進行比較。

(1)賓格網墊護坡方案。堤防標準斷面臨水側10 a一遇設計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態型的賓格網墊護坡，臨水側上部堤坡及背水側采用草皮護坡。賓格網墊厚度為0.3 m，寬度2 m，長度3 m，網眼大小為80 mm×115 mm，賓格網墊內填充天然石料，石料規格為70 mm～150 mm。賓格網墊做好后，為了滿足坡面綠化及生態要求，在其上覆蓋20 cm厚的壤土，壤土表面種植草皮。

(2)生態混凝土護坡方案。堤防標準斷面臨水側10 a一遇設計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態混凝土護坡，護坡為單塊聯鎖式擋塊，尺寸長寬=0.448 m×0.305 m，厚度10 cm。采用C20混凝土壓頂。

二種護坡方案比較見表3。

表3 堤防護坡方案比較表

本工程河段(A10～A1連家河村)(A10～A1第界河村)在宣泄10 a一遇設計洪水時，各個大斷面的平均流速介于6.58 m/s～2.02 m/s之間。根據本次水文分析結果，本工程河段洪水最大歷時為1 d～1.5 d。經查有關資料，浸沒1 d～1.5 d，網墊本體的最大抗沖流速可以滿足本工程堤防的抗沖要求，但該方案需要上覆0.2 m厚的砂壤土以后實施表面的草皮護坡，而如上所述，上覆砂壤土及草皮護坡的最大抗沖流速為1.5 m/s，不能滿足抗沖要求，沖刷破壞后將需要維修恢復，增加工程運行費用；而且，相對于生態混凝土護坡方案，其投資較高，施工也較為復雜。生態混凝土護坡方案不僅可滿足堤坡抗沖要求，施工較為簡單，投資較小，而且通過在生態混凝土護坡中植草也可達到良好的生態和景觀效果。

因此，經綜合分析，并參照類似工程經驗，本次設計確定在堤防臨水側10 a一遇設計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態混凝土護坡方案，臨水側上部堤坡及背水側堤坡均采用草皮護坡方案。

4.4 堤頂寬度及堤頂路

本次設計在依據《堤防規范》的基礎上，結合防汛搶險的要求，堤防橫斷面采用堤路結合形式，堤頂寬度3 m，砂石路。

4.5 滲流穩定計算

計算采用理正滲流分析軟件的《堤壩滲流有限元計算程序》。依據《堤防工程設計規范》，堤防滲流計算工況為：臨水坡為汛期平均水位時穩定滲流，背水坡為相應水位。(設計洪水歷時短，無法形成穩定滲流，不能形成有效浸潤線)設計選取具有代表性的17+131、斷面分析計算，計算簡圖及計算結果見圖1，經計算，設計斷面堤身滿足滲流穩定要求，溢出點位于背水坡坡面以下。計算滲透坡降為0.05，小于允許坡降0.12。

表4 典型斷面滲流計算成果表

圖1 典型斷面計算簡圖

5 結語

陜西省山洪溝治理項目旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程為擬建項目，是旬邑縣山洪溝治理的重要組成部分。從第界溝工程現狀及兩岸人民對山洪溝治理的迫切要求分析，通過治理，對于消除山洪隱患，改善溝道生態環境是非常迫切和十分必要的。從第界溝的流域條件、地質條件和綜合效益來看，其建設條件也已具備，經過對設計方案的分析論證，旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程具備建設條件，技術可靠，經濟合理，效益顯著，建議盡早開工建設，發揮效益。