探析子洲縣小理河黃土高原區(qū)小河流整治

尚文斌

（榆林市淤地壩建設辦公室，陜西 榆林 719000）

黃土高原區(qū)土質(zhì)疏松，環(huán)境惡劣，暴雨洪水突漲突落，雨洪災害較大，給當?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)造成嚴重危害。由于暴雨洪水多集中在汛期，且河溝多狹窄，受寸土寸金的思想觀念影響，以及工程投資較大的原因，使得防洪工程建設較為困難。現(xiàn)以子洲縣小理河張家溝村河道整治為研究對象進行探討。

1 概況

子洲縣電市鎮(zhèn)張家溝村地處黃土高原腹地，全村共有278 戶1132 人，土地面積達4800 畝，現(xiàn)擁有核桃及蘋果園500 余畝，經(jīng)濟林600 畝，種草300 畝，退耕還林達1800 畝，樹莓200 畝，以及玉米、糜子、谷子、豆類、薯類等農(nóng)產(chǎn)品。現(xiàn)在人家都居住在張家溝小理河溝道內(nèi)，由于近年來強降雨比較頻繁，溝道破爛、垮塌物堆積嚴重，時逢汛期來臨，溝道洪水對兩岸居民安全造成了威脅。因此，急需進行防洪工程建設。

2 河道現(xiàn)狀及存在問題

2.1 河流概況

小理河是大理河的支流，全長69 km，其中子洲境內(nèi)24.5 km。總流域面積820.8 km2，其中子洲境內(nèi)196 km2。河床平均河道比降3.71‰，寬約30 m，多年平均流量為0.97 m3/s，最大流量為640 m3/s，多年平均徑流總量3050 萬m3。

2.2 河道地貌

擬建工程段小理河河道地貌單元屬丘陵溝壑區(qū)，主溝段河谷呈“U”型，地貌因剝蝕、侵蝕形成，境內(nèi)峁梁起伏，溝壑縱橫，水土流失嚴重。工程區(qū)沿河地形受人類活動、排放垃圾、修筑臨時道路、河流沖刷等影響，地形有一定的起伏變化，河道水面寬8 m～50 m。整個河堤區(qū)最大高差17.26 m。

河道兩側(cè)地勢開闊、地形較平坦，沿線出露的巖性主要為第四紀全新世沖洪積粉土、三疊紀砂巖組成。據(jù)鉆探揭露及踏勘，勘察深度范圍內(nèi)地基土主要由第四紀全新世河流沖洪積粉土、三疊紀（T3）砂巖組成。沿河溝水主要接受上游潛流、大氣降水及周邊地下水側(cè)向補給，以潛流形式沿河谷向下游運移排泄。

2.3 存在問題

（1）小理河流域暴雨頻繁，洪水突漲突落，主河道左右擺動，側(cè)向侵蝕嚴重，歷史上洪水泛濫，危害嚴重，給兩岸人民群眾生命財產(chǎn)安全造成嚴重損失。

（2）小理河張家溝段河道從未進行治理，河道現(xiàn)有堤防工程不連續(xù)，沒有統(tǒng)一的防洪體系，抗洪能力薄弱。小理河沿岸多為梁峁，兩岸灘地是當?shù)厝罕姷目诩Z田。一到洪水期，水流淘刷岸坎，淹沒灘地，造成岸邊川地坍塌損失嚴重，并危機沿河居民區(qū)。

（3）由于子洲縣屬傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣，地方財力有限，對河道治理的投入遠不能滿足小理河防洪工程的需要，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設規(guī)劃的提出和鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，該河段的防洪問題日益突出，急需進行整治。

3 暴雨洪水特性分析

3.1 暴雨特性

小理河屬溫帶半干旱大陸性氣候，旱、洪、雹、凍災害頻繁。項目區(qū)降水量主集中在夏季，暴雨有次數(shù)少、總量少、強度大特點。多年平均降雨437.8 mm，其中7月～9月降雨量占全年降雨量的68%以上，且多以暴雨形式出現(xiàn)，暴雨天數(shù)15 天，頻率為10%的10 a 一遇最大24 小時暴雨量為78 mm、最大3 小時暴雨量為49 mm，最大6 小時暴雨量為55 mm；頻率為5%的20 a 一遇24 小時暴雨量為87 mm，最大3 小時暴雨量為54 mm，最大6 小時暴雨量為62 mm。年徑流深8.1 mm～16.1 mm，年蒸發(fā)量1800 mm。

3.2 洪水特性

小理河洪水主要有以下特征：洪水與暴雨關系密切，洪水常伴隨暴雨而來；局部洪水發(fā)生次數(shù)多，全流域洪水發(fā)生次數(shù)少[3]。暴雨多發(fā)生在局部河段或個別支流上，產(chǎn)生局部洪水相對危害較小；全流域面積發(fā)生暴雨次數(shù)少，產(chǎn)生洪水危害大；洪水暴漲暴落，峰高量小，沿途消減快，一次大洪水漲落一般9 小時到5 天不等；最大洪峰發(fā)生在7月、8月、9月三個月，以7月、8月兩個月為最多，占其總次數(shù)的85%～90%。

4 防洪工程建設

為了增加堤防功能和壽命，適應現(xiàn)代社會發(fā)展的要求，按照確保安全、結(jié)構(gòu)合理、便于施工，有利維護、節(jié)約投資、因地制宜的原則進行布設。

4.1 堤距的確定

本次設計工程沿岸為耕地及建筑用地，要盡量沿田坎直線布置，縮短堤防長度，減少投資，增加建設用地面積，同時避免因水位較高而增大工程量，從而加大投資。根據(jù)實測地形資料，結(jié)合工程實際情況。經(jīng)比較，根據(jù)防洪村鎮(zhèn)及道路高程確定的堤距，會造成較大淹沒或農(nóng)田范圍變小，不符合工程要求；根據(jù)防護農(nóng)田范圍確定的堤距，雖然保護了較多農(nóng)田，但因為大部分河道較窄，會形成較高水位，造成較大淹沒以及工程量較大，工程投資較高，不經(jīng)濟；根據(jù)橋涵等現(xiàn)有建筑確定的堤距，雖然會造成農(nóng)田面積減少，且需清理部分河道，但能滿足防洪要求。所以應根據(jù)根據(jù)橋涵等現(xiàn)有建筑確定的堤距，且最大限度的保護農(nóng)田確定堤距較為合理，最后確定最終最小堤距見表1。

表1 工程設計最小堤距方案比較表 單位：m

4.2 結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定，堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定，主溝堤防堤頂安全超高為1.47 m，堤頂高程為設計洪水位加1.47 m。支溝堤防堤頂安全超高為1.21 m，堤頂高程為設計洪水位加1.21 m。防洪墻基礎底部高程設計基礎深度取深泓以下1 m。如遇巖基，堤防基礎全部放在新鮮的基巖面上。

本次設計均為漿砌石擋土墻和土堤結(jié)合，其中漿砌石擋墻高1.0 m，基礎深1.0 m；擋墻以上均為土質(zhì)堤防，坡比為1∶1，采用柔性治理措施植物護坡。防洪墻均采用M7.5 水泥砂漿砌石，M10 水泥砂漿勾縫，支溝擋墻頂寬0.5 m，高1.0 m，迎水坡坡比為1∶0.1，背水坡坡比為1∶0.3，基礎深1.0 m，底寬1.7 m；主溝擋墻頂寬0.8 m，高1.0 m，迎水坡坡比為1∶0.4，背水坡坡比為1∶0.5，基礎深1.0 m，底寬1.7 m。

沿漿砌石河堤縱向設置一排水孔，排水管為Φ100PVC管，間距2 m，排水管進口尼龍網(wǎng)包裹管頭，沿管周圍人工填充反濾體，反濾體尺寸為60 cm×60 cm×60 cm。漿砌石河堤每隔15 m 留一條3 cm 寬變形通縫，變形縫采用橡膠泡沫板填充。

漿砌石擋墻以上為土質(zhì)堤防，坡比為1∶1，采用萱草和丁香間隔種植，進行植物護坡，美化環(huán)境，種植株行間距為1.0 m，堤頂設蓄水根，高0.5m 頂寬0.5 m，內(nèi)外坡比均為1∶1，蓄水根上栽植一排香花槐，間距為2.0 m。

4.3 穩(wěn)定計算

根據(jù)小理河流域上已建工程的地質(zhì)資料及《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013），確定穩(wěn)定計算基本參數(shù)為：砂巖地基允許承載力為［R]=750 kPa，基底摩擦系數(shù)為f=0.7，漿砌石容重為23.0 kN/m3，土的容重為17.5 kN/m3，等值內(nèi)摩擦角為30°，墻背摩擦角為15°，防洪墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［Kc]=1.00，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)［K0]=1.40。根據(jù)北京理正巖土結(jié)構(gòu)軟件進行計算。

（1）土壓力系數(shù)計算：

（2）土壓力計算：

（3）水平靜水壓力計算：

（4）墻身自重：根據(jù)實際斷面尺寸計算

（5）基底揚壓力：根據(jù)實際斷面尺寸計算

防洪墻的抗滑穩(wěn)定性按下式計算：

式中：KC為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑W為作用于墻體上的全部垂直力的總和，kN；∑P為作用于墻體上的全部水平力的總和，kN；f為底板與堤基之間的摩擦系數(shù)，取0.7。

防洪墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計算：

式中：K0為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑MV為作用于墻體上的全部垂直力的總力矩和，kN·m；∑MH為作用于墻體上的全部水平力的力矩總和，kN·m。

根據(jù)軟件計算公式，驗算各段河堤穩(wěn)定性，結(jié)果見表2。

表2 各段河堤穩(wěn)定計算結(jié)果表

由表2 可以看出：本次設計抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc值均大于規(guī)范規(guī)定值［Kc]=1.00，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)K0值均大于規(guī)范規(guī)定值［K0]=1.40，偏心距e 均小于B/4，平均應力均小于砂巖地基允許承載力［R]=750 kPa。

故本次設計堤防工程是安全的。

5 結(jié)論

受地理位置和自然氣候影響，黃土高原區(qū)大多數(shù)河溝沒有防洪工程，或者工程防洪標準低，達不到防洪標準要求。隨著近年來陜北降雨的增多，防洪形勢日益嚴峻。本文通過對子洲縣小理河張家溝村防洪工程建設的探討，可以看出，黃土高原區(qū)小河流防洪工程建設要充分利用國家加大基礎設施投資建設的機遇，對威脅村鎮(zhèn)的重點河段要科學分析河道情況和洪水情況，統(tǒng)一規(guī)劃、科學防治，工程既要滿足防洪標準又不超投資建設，只有這樣，才能夠順利爭取項目早日實施，保護當?shù)匕踩?/p>