首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 水利工程论文 > 治河防洪工程论文 > 探索加强山区防洪工程设计的重要性

探索加强山区防洪工程设计的重要性

2020-02-15 391 上传者：管理员

摘要：近年来，因为过度开发造成了一系列自然灾害的发生，尤其是在西部山地地区，贵州省六盘水市钟山区水城河月照段应急防洪工程就成为了六盘水钟山区发改局批复的应急防洪工程。为了保护环境以及保障贵州省沿河地区人们的生命及财产安全，本文就围绕山区防洪工程设计的主题，首先对山区河道基本特征及工程概况进行了简述，然后提出了岩溶地区河道进入落水洞条件下的防洪设计思路，并对整个应急工程设计过程进行了介绍，旨在为类似工程提供借鉴。

关键词：
堤防
应急
落水洞
防洪
加入收藏

1、工程概况

钟山区长江中上游水城河月照段生态修复工程位于贵州省西部六盘水市钟山区月照社区双洞村，工程区地处乌江水系三岔河支流水城河下游。工程区全长4.2km，其中约1.0km河道进入落水洞，并由两个出口进入月照景区。工程区是洪涝灾害较为严重的地区，两侧山坡地形陡峭，山区洪水易由短历时、高强度大暴雨引发，由于落水洞过流能力不足，且天然河段狭窄，该河段每年均有不同程度的水灾发生，当地造成严重的经济损失。

2、水文分析

水城河流域地处云南高原向贵州高原过渡的斜坡地带，位于三岔河与北盘江水系的分水岭地区。本项目位于钟山区月照社区双洞村垭口组，位于干河沟落水洞上游约550m，距害奈河汇口约4000m。害奈河全流域面积295km2，河长41.05km，比降12.2‰。本项目所在断面以上流域面积201km2，河长37.6km，比降7.49‰。

根据防洪规划，工程区河道防洪标准为20年一遇(P=5%)。采用水城气象站1958年~2017年气象资料，根据《贵州省雨洪手册》中雨洪计算公式，计算落水洞入口断面设计洪水(见表1)，20年一遇对应洪水流量为379m3/s。

表1 落水洞入口断面洪水计算成果单位:m3·s–1

根据现场调查，2017年落水洞断面处洪水消落时间为3d，水城气象站最大一日暴雨量为101.8mm，洪量为1219万m3，推算落水洞的泄洪能力结果为47.0m3/s。

该河段落水洞泄流能力不足2年一遇防洪标准，是防洪工程主要制约因素。另外，经计算，落水洞出口河道泄流能力约为2年一遇防洪标准，也不满足防洪要求。考虑到落水洞洞身拓宽施工难度极大，施工安全性、运行可靠性均难以保证，上下游河道两岸为高耸山体，且河道紧邻景区及旅游公路，不具备加宽河道的条件，因此，提出在河道右岸山体中新建排洪隧洞的方式达到防洪要求。枯期河水全部从原河道通过，汛期洪水从排洪隧洞通过。

通过对围岩地质条件、工程量、施工支洞布置、消能防冲等方面的比选(排洪隧洞轴线见图1)，隧洞长3.5km，坡度2.28%，断面尺寸为5m×6.5m。由于隧洞施工周期较长，工程分二期实施，一期工程为应急防洪工程，对当前河道及落水洞进行整治，在下个汛期前提高河道防洪能力;二期工程修建排洪隧洞，满足永久防洪标准。本文主要介绍一期应急防洪工程。水面线计算按照忽略局部水头损失的伯努利方程形式自治理末端控制断面逐个断面向上游推算，河道综合糙率取值0.045~0.05，应急工程实施后水面线计算成果见表2。

图1 工程区河道平面图

表2 水面线计算成果表单位:m

3、工程总体设计

1)落水洞上游段(D00+000m~D01+751m):进行河床清淤，新建堤防1450m，拆除滚水坝3座，人行便桥1座。2)落水洞整治:该落水洞入口及内部淤泥清挖，并修筑浆砌石挡墙支护边坡。3)落水洞下游段(K00+000m~K01+553m):河道清淤，并拆除景区内18座混凝土景观坝，拆除人行便桥等阻洪建筑物。

4、堤防设计

4.1 工程等级和标准

根据《防洪标准》(GB50201—2014)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2017)，水城河月照段防洪标准为20年一遇，相应的防洪工程等别为4等，堤防等主要建筑物级别为4级[1]。由于工程区河道防洪能力主要受到落水洞过流能力限制，以上下游防洪能力相匹配的原则，确定一期应急防洪工程过流能力以2年一遇防洪标准计算，落水洞上游河道Q=109m3/s，下游河道Q=160m3/s，以此计算水面线及坝顶高程。

4.2 堤防型式比选

场区主要出露二叠系及第四系松散堆物地层，覆盖层为残、坡积层(Qedl4)，主要由红黏土组成，厚度一般为0.3~6.0m。出露基岩地层主要为二叠系中统栖霞-茅口组(P2q-m)灰白色斑状灰岩。考虑场地限制、施工工期、美观性、水力条件、工程量等因素，初步拟定了钢筋混凝土堤防、新型生态式堤防、浆砌石堤防(重力式)三种堤型。

新建堤防河段具有河床狭窄、行洪断面不足、开挖面紧邻北斗大数据中心建筑群等特点，且工程工期紧张，而钢筋混凝土堤具有施工技术简单、工期短、结构强度高、断面尺寸小、对近岸水流的影响较小等优点，因此，本工程最终选用钢筋混凝土堤。

4.3 堤防高程计算

根据本工程所处位置、风速、风向、吹程等要素条件，按文献[2]中第7.3.1条，堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高按式(1)计算[2]:Y=R+e+A(1)式中，Y为堤顶超高，m;R为设计波浪爬高，m;e为设计风壅水面高度，m;A为安全加高，m。

本工程堤防级别为4级，不允许越浪，取安全加高为0.6m。计算堤顶超高取值Y=0.9m。风浪计算要素及堤顶超高见表3，堤顶高程计算表见表4。

表3 风浪计算要素及堤顶超高

表4 堤顶高程计算表单位:m

4.4 堤防设计及稳定分析

钢筋混凝土堤采用仰斜式混凝土挡土墙型式，顶宽1m，基础宽2.0m，深2.0m。迎水面及背水面坡1∶0.3，堤身采用C25混凝土，混凝土堤每15m设置一道2cm宽的结构缝，缝内嵌入沥青杉木板。堤内设排水孔，100@2×2m，仰角10°。混凝土堤设双面受力钢筋20@200mm。堤防施工后，内侧种植蔷薇植物，并种植垂柳、法国梧桐树(间距4m，间隔种植)。根据文献[2]，本工程堤防为5级，土基抗滑稳定安全系数允许值:正常运用工况为1.20，非常运用工况Ⅰ为1.05;抗倾覆稳定安全系数正常运用工况≥1.4，非常运用工况Ⅰ≥1.3。

1) 计算过程。坚实黏土基础经块石挤密加固后承载力≥0.25MPa，基底摩擦系数为0.4。考虑以下三种工况:①正常运行期，设计洪水位时;②正常运行期，河道设计洪水位时骤降，墙后为饱和土，墙前无水;③施工期，墙前无水。

设计参数:土浮容重为19.5kN/m3;土饱和容重为21.5kN/m3。计算公式见式(2)~式(4)。抗滑安全系数:Kc=f·ΣWΣP(2)式中，Kc为抗滑稳定安全系数;∑W为作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN;∑P为作用于墙体上的全部水平力的总和，kN;f为底板与堤基之间的摩擦系数，取f=0.4。抗倾覆安全系数:K0=ΣWvΣWn(3)式中，K0为抗倾稳定安全系数;Mv为抗倾覆力矩，kN·m;MH为倾覆力矩，kN·m。基底应力:σmax、min=ΣGA+ΣMΣW(4)式中，σmax、min为基底的最大、最小压应力，kPa;∑G为垂直荷载，kN;A为底板面积，m2;∑M为荷载对底板形心轴的力矩和，kN·m;∑W为底板的截面系数，m3。

2) 计算结果。堤防稳定计算结果见表5。表5表明，稳定及抗倾安全系数均满足规范要求，基底应力小于地基容许承载力，满足要求。

表5 堤防稳定计算成果表

5、结束语

综上所述，本工程区河流通过落水洞流往下游，过流能力严重受落水洞过流能力制约。在此条件下提出新建水工排洪隧洞解决防洪问题，在排洪隧洞实施前，根据远期与近期相结合的原则，先通过河道疏浚、落水洞清淤、新建堤防缓解防洪压力，取得良好效果。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.防洪标准:GB50201—2014[S].北京:中国标准出版社,2015.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.堤防工程设计规范:GB50286—2013[S].北京:中国计划出版社,2013.

蒋庆仁,张婷婷,杨秀涛.关于山区防洪工程设计的思考[J].四川建材,2019,45(9):108-10