东城区防洪工程延伸段水力断面的确定

叶永梅

（阿克苏河水利管理处 新疆 阿克苏 843000）

1 工程概况

1.1 工程实际条件

阿克苏市城市防洪分为东城区防洪和西城区防洪两部分，东城区主要受台兰河和柯克亚河山洪的威胁，西城区主要受库玛拉克河洪水及印干山山洪的威胁。东城区洪水主要来源于柯克亚河、台兰河，其城市防洪水系来水面积1100多km2，规划范围涉及温宿县314国道以南、以北地区，东至台兰河总干渠，西至柯克亚总干渠，南至克孜尔乡西部沙丘区及六团以北沙丘区，规划面积1100km2。

东城区防洪堤加固延伸工程设计的主要内容是：确定防洪标准，加固已建防洪堤1km，延长永久性防洪堤1.2km，并扩建实验林场8队引水闸处溢流堰一座。本工程河床宽300m～400m，堤岸由低液限粉土、粉细沙组成，河床高程1183m～1185m，纵坡1/1700左右，主流不稳定，左右摆动，河弯处冲刷严重。

1.2 水文地质条件

规划区内的地下水主要接受上游地区地下水的侧向径流补给以及区内地表水体的垂向渗漏补给。承压含水层组，主要接受上游区地下水的侧向流入补给量；而潜水含水层则主要接受区内地表水体的垂直入渗补给。因区内农灌用地表水矿化度一般大于1g/L，属微咸水，并且区内蒸发强烈，因此，由地表水体转化而成的潜水，水质一般均较差，矿化度一般在3g/L～10g/L。并且由于区内地势低洼，地下水排泄条件差，土壤次生盐渍化较严重。

项目区都处在砂砾石河床上，工程区上下游项目段河床工程地质条件基本相似，河床颗粒含量有所变化，但是相差不大。由颗分可见，含沙量(小于5mm的颗粒)21%～32%，缺少1mm～10mm颗粒填充，不均匀系数187.5～330。河床表层渗透系数30m/d～35m/d属强透水层，这种地层易发生管涌。

1.3 工程布置

根据《和田河岸线利用规划》中的左、右岸治导线布置要求，采用直线布置形式为主，加强河岸的抗冲刷能力，消除洪水对河岸防护对象的威胁。防洪堤平面布置形式采用顺坝的布置方式。

根据工程区建设要求，结合当地建筑材料，工程施工、管理维修方便等方面的要求。本次项目区工程顺堤采用梯形坝体，堤身采用就地河床料，护面材料采用现浇砼护面型式，基础采用护坡式现浇砼结构。

2 水力断面的确定

渠道断面可分为宽浅式与窄深式两类，依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）附录H的公式，并结合工程条件、水文地质条件和防洪渠最大流量等因素进行渠道水力最佳断面和实用经济断面的计算。

2.1 水力最佳断面宽深比β0的计算

式中：b0——渠底宽度，m；

h0——渠道水力最佳断面水深，m；

m——边坡系数；

i——纵坡；

n——糙率；

Q——流量，m3/s；

依据边坡系数求得梯形渠道水力最佳断面的宽深比，当m=1.75时，β=0.52。堤防沿线地层岩性主要为低液限粉土和粉细砂，防洪堤现状两侧较为稳定，无坍塌现象，拟建段堤身高3.4m，建议防洪堤的内边坡系数不小于1∶1.75，外边坡系数不小于1∶1.5。因此根据水力最佳断面设计的渠道断面为窄深式。

2.2 实用经济断面宽深比β的计算

当渠道流量Q、比降i、糙率n及边坡系数m为已定值时，实用经济断面与水力最佳断面之间的关系为：

式中：b——渠底宽度，m；

h——渠道实用经济断面水深，m；

表1 水力最佳断面与实用经济断面比选表

表3 按适用经济断面宽深比与本次设计宽深所确定的渠道断面经济比较表

h0——渠道水力最佳断面水深，m；

2.3 水力最佳断面与实用经济断面的比选

东城区防洪堤加固延伸段总干渠进行水力计算和比选。已知总干渠 Q设=37.9m3/s，i=1/120，n底=0.0325，n坡=0.016，m=1.5，经计算水力最佳断面与实用经济断面的比选见表1。

从表1可知，在满足灌区灌溉要求和灌区地质条件的情况下，水力最佳断面是窄深式，其回填土方量较大，每公里渠道衬砌工程量投资为147.30万元；而实用经济断面为宽浅式，其回填土方较少，每公里渠道衬砌工程量投资为136.84万元，较水力最佳断面每公里投资少10.46万元。实用经济断面工程投资较小，渠道宽深比控制在1.6～2.2之间。

3 渠道断面现状分析

由于东城区防洪堤加固延伸段总干渠是老渠改造工程，目前现状渠床断面较为宽浅，在满足灌区灌溉要求和保证工程安全的情况下，需经过断面回填土方量、衬砌工程量进行经济断面方案比选，以确定其经济断面范围。现状渠道底宽、开口宽度、渠深见表2。

从上表可知，现状原始断面较为宽浅，底宽在8m～10m，渠道开口宽度在 12.6m～17.8m，水深 0.71m～1.17m，渠深1.29m～2.14m。现以15+600断面进行经济断面比较，已知15+600段渠道 Q加=21.1m3/s，i=1/120，n底=0.0325，n坡=0.016，m=1.75。

从表3可知，由于东城区防洪堤加固延伸段总干渠老渠断面较为宽浅，在满足灌区灌溉要求和保证工程安全的情况下，若按实用经济断面宽深比控制在1.6～2.2之间进行渠道设计，渠道回填土方及砼板衬砌工程较大，工程投资较本次设计确定的宽深比控制在3.5～4.5之间的渠道断面每公里投资多10.76万元。

表2 渠道现状统计表

4 结论

城市堤防工程与国民经济和人们的生民财产安全密切相关，是城市发展的根本保证，必须引起高度重视，防洪工程水力断面的确定必须结合工程实际、水文地质条件、工程区建设的要求。本次设计在考虑到总干渠起点四级电站退水渠的水位高程以及满足渠道沿线农作物灌溉要求的前提下，尽量使工程投资最省，最大限度地发挥其综合效益，使其真正成为城市的保护神和风景线。※

[1]闫放,杨威.城市防洪堤的堤线布置及断面型式选择的探讨[J].黑龙江水专学报.2002(03).

[2]王春明,郑柏禄.水力最优断面宽深比β0的推求[J].东北水利水电.1999(01).

[3]王开民.梯形渠道水力最佳断面边坡系数推求[J].陕西水力发电；2000(02).

[4]孔庆迎.梯形渠道水力最佳断面参数的快速确定方法 [J].中国科技信息.2009(09).