横山县响水镇排洪工程建设方案

2014-04-26马艳霞

陕西水利 2014年3期

马艳霞

（横山县水利灌溉管理工作站陕西横山 719100）

1 概况

位于陕西省北部、榆林市西南部的横山县，总面积4333km2，全县辖10镇8乡358个行政村，总人口34万人，其中农业人口33万人。横山县属北纬带半干旱草原气候，特点是干燥，降水少，日照强，多年平均降水量410mm，且多数集中在7、8、9三个月，降水具有产流快、灾害性强、暴涨暴落特点。全县流域面积在100 km2以上的河流有13条，均属黄河水系，无定河流域。响水镇地处横山县城东北部，无定河南岸，榆靖公路穿境而过，镇政府位于榆靖公路50km处的响水街，是一个典型丘陵沟壑、草滩风沙、川水结合的农业大镇。1950年划入横山县，1956年设响水乡，1997年改为响水镇，2011年撤销南塔乡，并入响水镇，使得响水镇面积达289 km2，管辖响水等31个行政村，人口2.5万人。镇政府驻地响水村距县城34km。204省道鱼（河）靖（边）公路过境。

2 防洪现状及存在问题

响水镇交通便利，集贸繁华，境内公路四通八达，与波罗、白界、殿市、党岔等4个乡镇相通。逢集遇会客商云集，日交易额达8万多元。全镇现有采料场、粉料场、楼板厂、机砖厂、个体工商户等300户，年创利达300多万元，成为地方经济的支柱。镇区居民3000多人，2002年对响水街道进行了全面的整建，新街道呈“丁”字形，铺设街道2500m，城镇功能齐全，社会事业欣欣向荣。

镇区现有排洪工程承担着响水镇区及响水村的雨水排洪任务。由于地形呈“U”字状，每逢下雨，镇区雨水通过街道排水渠汇流至杨湾沟沟头处，直接排入沟底。随着当地社会经济发展，地面建筑物不断增加，庭院、道路的硬化，降雨就地渗入相对减少，增加了地表径流量，地表排水量日趋增大，沟沿常年受雨水冲刷，加上沟体土质松散，导致沟边坍塌不断加剧。镇、村两级曾从办公经费中挤出8万余元，重新整修了排水渠，通过分流排水减轻渠内压力，延缓沟头塌方，但都未能从根本上解决这一隐患。沟头排水处距镇中心小学仅20m左右，如果长期在此排水而不采取措施，沟边坍塌将不断向学校方向延伸，直接威胁到师生安全，甚至殃及镇区发展。改善镇区现有排水工程是扭转这一局面、保护周边群众的生产和生命财产安全的唯一途径。

3 工程设计

3.1 工程总体规划工程布置

3.1.1 工程总体规划

为确保工程建设方案的合理、可靠、节资，经现场勘察，选取了三个方案进行比较。

方案2：沿原沟边建新的引水渠，将水引至距原沟头2km处的沟中腰，修建竖井、输水隧洞、消力池和陡坡等设施进行排水。该方案沟体土质较好，坡降比较缓，操作可行；但工程量较大，占用耕地比较多，投资高，且施工难度大。

方案3：废弃现有排水工程，重新修建引水渠，将雨水引至镇区地势更低、坡降比更缓的东头沟脑沟头，修建陡坡及消力池进行排水。该方案工程布置简单，排水落差小，投资较小，施工容易，且工程运行可靠。

表1 日最大降雨量表

表2 日降雨量频率分析

经三种方案分析比较，方案三可靠、经济，故本次设计按照方案三进行。

3.1.2 工程布置

沿响水镇区主街道修建引水干渠，引流街区洪水至东头沟脑，修建地面引水明渠至沟沿，修建四级陡坡和消力设施，再建明渠、海漫将水从沟头排至沟底。工程建设项目包括引水明渠、陡坡、消力池、明渠、海漫等。跌水总落差57.85m，斜坡总长244.67m。

3.2 工程地质

该区属黄土丘陵沟壑区，地貌以梁峁、沟壑和沟台地组成，呈东西走向，地势东高西低，北部沟道形状呈“V”字型。沟底至塬面高差220m左右，工程区沟底比降i=1∶5.70，沟底宽度1m～2m，并且存在一定的冲蚀堆积的壤土夹层大量块状结核、树枝等杂物。该沟道为季节性河道，平时无长流水，仅在暴雨时才有径流产生。根据1∶400万《中国地震动参数区划图》工程区地震基本烈度Ⅶ度，本区设计基本地震加速度为0.05g，相应抗震设防烈度为6度。

3.3 设计原则

本工程属农村小城镇排水工程，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》和《防洪标准》，防洪标准按5年一遇洪水标准设计，为四等工程。现状基准年：2012年，设计水平年：2022年。设计的基本原则为：选择最合理布置，便于施工，同时减少土方开挖量，少占耕地，降低工程投资。

改革开放30多年来，我国已基本建成社会主义市场经济体制。经济体制的改革给我们带来了翻天覆地、日新月异的变化，综合国力不断提升，人民生活水平不断改善，各项事业欣欣向荣。但是，我们也应清醒地看到，政治体制的改革仍然相对滞后，裹足不前。在这样的情况下，市场经济驱动的利益纷争、欲望毫无约束，社会结构性的矛盾与冲突就会不断积聚，并以各种形式在社会中凸现出来，诸如诚信危机、群体性事件等等。当今中国经济的发展正处于这样的一个瓶颈期。

3.4 水文计算

由陕西省测绘局2001版1∶10000地形图，用方格法量计，镇区集水面积F=1.5km2，流域长2km，平均比降i=9.35‰。本次洪水流量计算采用推理公式

式中，QP——频率为p的洪峰流量，m3/s；

c——径流系数，c=0.5；

Ip——频率为p的暴雨强度，mm/h，Ip=Sp/τn；

F——集水面积，F=1.5km2。

由于该工程汇水区大多为农村群众居住区及城镇区，建筑物相对较密，经过现场踏勘，结合响水镇万分之一地形图，根据《给排水手册》城市排水分册，确定出该区的径流系数为0.5是偏安全的。

该区无实测洪水资料，水文计算采用横山县气象局提供的1981年～1999年十九年自计雨量资料 5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、180min，一日最大10个降雨历时段的最大降雨量。设计采用一日最大降雨量数组为基本参数，采用推理公式法用来分析洪水的形成过程。用此法主要考虑了本地地形特点和多种因素，计算结果比较切合实际，再用流量面积相关法和流域特性相关法计算结果进行比较。

对表1通过频率分析计算结果如表2。

由表2可知：P=20%，H日=57.05mm。

暴雨衰减指数n，由《工程水文》查知，陕西地区折点历时 t0=6h，n1=0.58～0.62，n2=0.68～0.71。由于设计历时 t=24h＞t0，由暴雨参数分析图知，采用n=n2=0.68。设计雨力SP，由暴雨参数分析图的折点历时t0来确定SP值，它含较大的抽样误差，实际引用中改用年最大24h设计暴雨或日雨量资料推求SP值，效果更好，将最大日雨量订正为最大24h雨量，订正公式采用H24=KH日计算，当P=20%时，H24=1.2×57.05=68.46（mm），雨力 SP=H24×24n2-1。

将以上计算的结果代入上式可知设计雨力 SP值：P=20%时，SP=68.46×240.68-1=24.76（mm/h）

集流时间τ的确定利用公式：

式中，L——主流长度，L=1.2km；

V——地面径流的平均流速，V=0.5m/s。

经计算，τ=0.67h，I20%=S20%/τn=24.76/0.670.68=18.86 （mm/h），Qp=0.278cIpF=0.278×0.50×18.86×1.5=3.9m3/s。故采用洪峰流量Q20%=3.9m3/s。

3.5 引水渠道设计

根据当地的实际地形情况及地质状况，塬面引水渠断面采用矩形断面，陡坡采用梯形断面，消力池采用复式断面形式，塬面引水渠采用钢筋混凝土盖板加盖。明渠长80.9m，其控制流域面积1.5km2，按照等比例原则，其设计流量Q设=3.9m3/s，根据实际地形情况，采用比降i=1/24.52。经试算b=1.0，h=0.6，则 Q=4.1m3/s，满足过流要求。取安全超高为0.2m，则H=0.8m，满足要求。故设计支渠渠道侧墙高H=0.8m，底宽b=1.0m。

引水渠采用矩形断面，C20混凝土砌护，底板厚0.2m，侧墙厚度0.15m，底板下设3∶7灰土厚0.45m；引水渠盖板为预制钢筋砼结构，盖板进行结构计算，配筋。拟定板厚0.12m，板宽0.5m，长为各段渠宽，搭接长0.30m。

根据地形情况，确定陡坡比降为i=1/2.01，落差为13.9m，采用梯形断面，底宽b=1.0m，m=1.25,长28m。取安全超高为0.54m，则侧墙高为1.2m，陡坡采用梯形面，断面尺寸为底宽1.0m，高度1.20m，m为1.25，浆砌石砌护厚度0.3m，基础底板厚度为0.2m，C20钢筋砼现浇。陡坡每隔6m做一道0.3×0.3m的抗滑齿墙并设置伸缩缝，缝宽0.2cm，采用651橡胶止水带，缝内填沥青砂浆，以增加底板的稳定。配构造钢筋，基础为0.45m 3∶7灰土垫层，堤顶部分开挖成1∶1的土坡。

3.6 消力池确定

经计算，消力池采用矩形断面，结构为C20钢筋砼衬砌，宽度为2m，基础底板厚0.2m，侧墙宽0.2m，加0.5m安全超高1.5m，配构造钢筋，基础为45cm3∶7灰土垫层，堤顶部分开挖成1∶1的土坡。

3.7 消力池出口明渠设计

由于实际地形限制，消力池出口需设置明渠，设5m，然后设海墁，明渠比降1/100，明渠断面采用明渠均匀流公式Q=ωC（iR）1/2计算。经试算，明渠宽度取1.0m时，水深h=0.90m。所以，明渠采用梯形断面，安全超高0.5m，断面尺寸为底宽1.0m，高度 1.4m，m=1.25，浆砌石砌护，厚度0.3m，基础底板厚度为0.2m，C20砼，基础为45cm3∶7灰土垫层，堤顶部分开挖成1∶1的土坡。明渠末端设 5.0m×0.5m（长×厚）海墁，与消力池连接处宽1.5m，末端宽5m，采用铅丝笼砌石砌筑。