某生態清潔小流域溝道整治工程設計要點

賀元波

（貞豐縣水務局，貴州 貞豐 562200）

1 工程概況

洛項河生態清潔小流域位于貞豐縣的魯貢鎮的魯貢社區、管路村、板懷村和毛悶村等四個村，距縣城約30 km。根據數據統計資料及現場調查，結合《土壤侵蝕分級分類標準》判別統計，洛項河生態清潔小流域總面積18.81 km2，其中流域內微度流失面積9.60 km2，占總失面積的51.03%；流域內輕度流失面積1.40 km2，占總面積的7.45%；中度流失面積7.65 km2，占總流失面積的40.66%；強烈流失面積0.16 km2，占總流失面積的0.85%。洛項河生態清潔小流域的土壤侵蝕類型以侵蝕方式主要以水力侵蝕為主，土壤平均侵蝕模數為1 988.30 t/（km2·a），年均土壤侵蝕量為3.74 萬t。大量的水土流失是由坡耕地和郁閉度不高的林地造成的。

洛項河生態清潔小流域為低中山峽谷地貌，土壤主要為黃壤、黃棕壤。小流域植被屬典型的亞熱帶常綠闊葉林混交林地帶，整個小流域林草覆蓋率為60.06%。

2 溝道整治水面線推求

設計對板懷村地段平夯溝道進行生態治理，改善河岸生態環境，防止河岸侵蝕，促進小流域內旅游業的發展，經現場實地勘察，洛項河是洛項河的一級支流，北盤江的二級支流。

2.1 設計標準

根據規范，整治河段按5 年一遇洪水設計。經查圖集，最大1 h 暴雨量為46 mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv，24 h 暴雨量為100 mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv。

2.2 設計洪峰流量

根據萬分之一地形圖量算的治理溝道終點斷面的流域參數（見表1），洪峰流量采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊（修訂本）-小匯水流域部分》之修訂式計算洪峰流量。

表1 治理溝段終點斷面流域參數統計表

式中：Qp—設計頻率P的洪峰流量（m3/s）；γ1—小匯水流域匯流系數取值0.38；f—流域形狀系數，f=F/L2；L—流域河長（km）；J—平均比降（‰）；F—集水面積（km2）；C—洪峰徑流系數，取0.6512；H24hp—24 h 設計暴雨（mm），5 年一遇設計暴雨131 mm。

計算得治理河段終點斷面5年一遇洪峰流量24.60 m3/s。

2.3 控制斷面水位流量關系

以治理河段終點1+365斷面作為控制斷面，水位流量關系曲線按照曼寧公式Q=A·R2/3I1/2推求。比降參數采用0.018～0.020。糙率整治前n取0.040～0.045，整治后n取0.030～0.035推求水位流量關系，斷面1+365水位流量關系成果見表2。

表2 1+365斷面水位流量關系曲線表

2.4 水面線計算

本次治理河段按5 年一遇洪水設計。根據整治前后的溝道斷面資料，按照伯努利方程：

Zu+（a+ζ）＝Zd+（a+ζ），推算整治后溝道水面線。整治前水面線計算，結合《天然溝道糙率表》，天然溝道糙率取值0.040～0.045，通過筑堤后，很大程度上改變了河床的天然狀態，河流的水力條件得到改善，因此整治溝道后斷面的糙率較天然溝道的糙率略低，取值為0.030～0.040。由1/1 000 實測地形圖剖得橫、縱斷面，以及設計洪水，用伯努利公式計算天然溝道的洪水水面線。規劃河段全長1 365 m，共布設了14 個橫斷面，計算起始斷面為1+365，根據水位流量關系成果得1+365 斷面P=20%時的整治前后的洪水位分別為471.28 m和470.81 m。

計算成果表明，整治后水位較天然水位略有降低。溝道整治前后設計洪水水面線成果表（此略）、圖（此略）。

3 溝道堤防工程設計

3.1 溝道堤線布置原則

①河堤堤線與河勢流向相適應，并與大洪水的主流線大致平行；②堤線力求堤線平順，各堤段平緩連接，不采用折線或急彎；③新建工程盡可能利用現有堤防和有利地形，修筑在基礎較好，比較穩定的灘岸上；④盡量與鄉鎮建設總體規劃相符合；⑤盡量布置在占壓耕地、拆遷房屋等建筑物少的地帶，并有利于防汛搶險和工程管理。

3.2 堤型與堤頂高程

3.2.1 堤型選擇

洛項河板懷村段兩岸均為基本農田，因此不能占地，堤型選擇為漿砌石重力堤，堤線沿原河堤布置，均能占用農田。

3.2.2 堤頂高程確定

堤頂高程按《堤防工程設計規范》為設計洪水位加上堤頂超高。堤頂超高按式（1）計算：

式（1）中：A—安全加高值，此工程為5 級堤防，按《堤防工程設計規范》安全加高值為0.30 m；e—設計風壅增水高度（m）；R—設計波浪爬高（m）。

洛項河治理段堤頂超高計算成果表（此略）。

工程主要建筑為5級，設計堤防為漿砌石重力式的堤防工程，安全加高值0.30 m，由以上計算表格結果可知，治理段堤頂超高Y=0.40 m，相應的防洪堤堤頂高程為：設計洪水位（P=20%）+0.40 m，各段的設計水位見設計水面線成果表，結合現場實際情況，設計堤頂高程表（此略）。

3.3 溝堤結構設計

重力式防洪堤斷面設計：堤頂寬0.05 m，最大堤高2.60 m，基礎埋深0.60 m，擋墻頂設10 cm厚C15細石混凝土壓頂，河堤背水面垂直，迎水面按1:0.30坡度放坡砌筑，堤身采用M7.5漿砌塊石；堤后用開挖土石回填至地面高程，堤身設排水孔φ為75 mm，間距為3 m，排水孔坡度10%，排水孔后堆0.03 m3的反濾層。每隔10 m 設置伸縮縫，縫寬2～3 cm，縫內用瀝青木板充填，具體詳見設計斷面圖（此略）。

3.4 溝堤穩定計算

漿砌石重力式防洪堤穩定計算工況分為常年水位和設計洪水位陡降兩種工況，工況①：設計洪水位（P=20%）時的靜水壓力+堤背土壓力+堤背水壓力+堤底揚壓力+地面均布荷載+堤身自重。工況②：河床枯水位時的靜水壓力+堤背土壓力+堤背水壓力（與地面同高）+堤底揚壓力+地面均布荷載+堤身自重。

河堤枯水季節為穩定最不利情況，因此選取溝道內最枯水時工況②為計算工況。

3.4.1 基本資料

墻身尺寸：墻身總高2.60 m，墻頂寬0.50 m，面坡垂直，下墻背坡傾斜度1:0.3，采用1 個擴展墻趾臺階，墻趾臺階b1為0.30 m，墻趾臺階高h1為0.60 m。

3.4.2 物理參數

土石回填18 kN/m3，水9.80 kN/m3。土的內摩擦角：30°，地基摩擦系數f：0.35，地基承載力P：0.30 kPa，砌體容重：23 kN/m3。

3.4.3 計算方法

表3 防洪堤穩定、應力計算成果表單位：kPa

從上表可知，擋墻設計斷面的抗滑穩定及抗傾覆安全系數均滿足規范要求，基底應力小于地基承載力，滿足要求。

3.5 堤基抗沖刷計算

在水流的作用下，河水對防洪堤基礎有沖刷作用。根據《堤防工程設計規范》，護岸沖刷公式：Δhb=hp×，經計算，治理河段基礎最大沖刷深度為0.46 m，而設計防洪墻基礎埋深為0.60 m，滿足設計基礎埋深要求。

4 結語

綜上所述，熟悉工程概況，按生態清潔小流域項目建設要求，完成溝道整治水面線推求，實施溝道堤防工程設計，為典型溝道整治工程提供設計依據。