开化县金村溪山洪沟防洪治理技术方案分析

周淑英，蒋 碧

(1.浙江省防汛机动抢险总队衢州支队，浙江 衢州 324000；2.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

1 流域概况

开化县位于浙江省西部，钱塘江发源地，浙、皖、赣三省七县交界处。受复杂的气候条件和特殊的地形条件影响，台风、强降雨引发的溪河洪水和由此诱发的滑坡、泥石流等山洪灾害极易发生[1]，山洪灾害的防御已经成为防汛抗灾中的一个重点[2]。金村溪流域多山地地形，河流为典型的山区性河流，流域内以山地丘陵为主，只有零星河谷平原，成为河道两岸主要的粮食种植地。

金村溪河段峡谷较多，谷窄流急，两岸山高坡陡，岩石裸露。洪水暴涨暴落，变幅较大，加之上游水土流失严重，河道逐年淤积严重。现有河道护岸挡墙单薄，基础埋深浅，抗冲能力差，遭遇暴雨时，极易引发山洪，冲毁堤防护岸，沿岸农田更是年年受灾，严重影响了当地农业生产。频繁的洪灾给流域内乡村造成了较大的损失，严重制约了流域内经济的可持续发展。为提高区域防洪能力，保证流域经济的可持续发展，当地群众迫切要求对金村溪进行治理，改善防洪条件，保障村庄和农田安全。

2 流域治理面临的问题

2.1 防洪能力偏低

金村溪河道防洪能力偏低，局部河段淤积严重。现状河道偏窄，河道行洪能力较低。加上部分地方因水土流失、山区性河道暴涨暴跌以及工程建设，部分河段淤积严重，挤占了行洪断面，导致河道行洪能力不足，容易引发洪水漫堤。同时河道内存在的淤积、弃渣、建筑和生活垃圾等影响村容村貌，污染农村环境。

2.2 护岸破损严重

现有的护岸堤身破损，部分河段护岸堤脚冲刷严重。现状堤防护岸多为早年兴建，填筑质量差，结构单薄，加上已运行多年，老化严重，局部滑坡、倒塌；部分河段岸坡挡墙基础埋深浅，受洪水冲刷，基础外露受损，存在安全隐患；部分河道为土质自然岸坡，河岸冲刷滑塌。堤防护岸现状不利于群众安居乐业与人居环境的改善，一定程度上制约了区域综合竞争力的提升。

2.3 水土流失严重

由于山区可耕地少，经济落后，在六七十年代，为了增加可耕地，在河道上围滩造地，致使河道过水断面不断减少。山区出现人多地少的状况，农民迫于生计，在山坡地上开荒种植，由此河流长期受人类生产活动的影响，植被覆盖度逐渐降低，加之山高坡陡、降水量多、强度大，容易造成水土流失，导致下游河床抬高，降低水利工程的防洪、蓄水及行洪能力，加剧山洪灾害的发生。

3 防洪沟治理工程方案设计

3.1 治理任务

金村溪山洪沟治理工程的任务主要为防洪，兼改善河道生态环境。根据保护区的重要性及规模的大小，对治理范围内河道护岸进行加高、加固，对重点保护区域，提高其防洪能力至10年一遇。

3.2 防洪水利计算

金村溪属山区性河道，采用一维恒定非均匀流进行防洪水利计算[3-4]，采用HEC-RAS(hydrologic engineering center’s river analysis system)计算软件构建一维恒定非均匀流模型[5]。

HEC-RAS软件能够对急流(Fr>1)、缓流(Fr<1)和临界流(Fr=1)三种流态进行水面线计算。计算原理基于一维能量方程，采用标准逐步推算法(standard step method)求解[6]。一维恒定非均匀流计算公式如下：

(1)

式中：Z1，Z2—分别为上、下断面河底高程；

Y1，Y2—分别为上、下断面水深；

V1，V2—分别为上、下断面平均流速；

α1，α2—分别为上、下断面动能校正系数；

hg—水头损失。

水头损失包括摩阻损失与局部损失两部分，由公式(2)计算：

(2)

式中：L—按流量加权长度；

C—断面扩张或收缩系数。

模型计算考虑河道主槽和河滩地的调蓄作用，也考虑河道上的堰坝、桥梁等建筑物的影响。现状工况水利计算时，考虑低矮堤防堤内的蓄洪过洪作用。规划工况水利计算时，考虑规划工程布局方案，以尽可能摸拟河道实际情况为原则。

3.3 工程规模

工程两侧离居民区较近，河道拓宽难度较大，因此工程设计主要以新建护岸、堤防与加固破损护岸的形式，设计轴线基本沿自然岸线布置。工程分五丰段、五福段、金路段、金村段、黎明段、西坞段共六段，共整治河道总长3.59 km，新建与加固护岸长3.39 km，新建堤防长0.33 km。

3.4 主要建筑物设计

3.4.1 堤防设计原则

本工程的主要建筑物为堤防与护岸,根据各河段地形地质条件、水流冲刷、现状堤防结构、岸边建筑物分布等情况，考虑与现状河道堤距与规划堤距尽可能的匹配，同时结合稳定计算择优选定，堤防设计采用以下原则：

(1)行洪堤距及过水断面满足规划防洪、排涝要求；

(2)堤防断面满足整体稳定和局部稳定要求；

(3)在满足河道行洪断面要求的前提下，尽量减少拆迁与对两岸农田的占用。

3.4.2 堤型设计

防洪堤型式按照因地制宜、就地取材的原则，并根据河段所在的位置的地质条件、水流特性、施工条件、运用管理及环境景观等因素以及与上下游老堤防结构型式的衔接，经技术经济比较综合确定[7-8]。

本次工程中黎明村段以自然岸坡为主，无防护能力，左岸居住人口密集，应重点保护，设计该段新建堤防。根据现场踏勘地形，就直立式、复合式两种断面进行比较(见图1，图2)。

图1 干砌块石直立式挡墙断面

图2 复式挡墙断面

方案1，采用如图1所示干砌块石直立式挡墙，堤顶设置2.5 m宽C20混凝土道路，供附近居民与小型农用器械使用，为减少挡墙后耕地占用，挡墙背水侧设置小挡墙，并设置C20混凝土灌排渠道供治理区域农业生产灌溉、排水。

方案2，采用图2复式挡墙，一级挡墙冲刷严重采用浆砌石材料，设置2.0 m宽C20混凝土游步道共居民使用，一级挡墙与二级挡墙间采用1 ∶1.5草皮护坡连接，二级挡墙采用干砌石挡墙，设2.5 m宽C20混凝土道路供附近居民与小型农用器械使用，挡墙背水侧设置C20混凝土灌排渠道供治理区域农业生产灌溉、排水。

从表1可以看出，两种方案均具有较好的技术可靠性，方案1每延米投资略高于方案2。考虑到河道行洪时流量大、流速急的特点，且治理范围内对堤防抗冲刷要求较高、耕地资源稀缺，为减少对两岸耕地的进占，本工程主要堤防型式选用方案一的直立式挡墙，对于坝山底段上游部分，因有一定生态要求，选择方案二的复合式断面对现存竹林进行保护。

3.4.3 护岸设计

根据本工程实际情况，护岸设计的基本思路是对治理区域内防洪能力不足的河段进行新建护岸及堤防，对现有破损严重的护岸进行加固、加高，提高防冲能力，工程总平面布置图(见图3)。

表1 堤防断面型式技术比较表

图3 金村溪重点山洪沟治理工程总平面布置图

(1)五丰段、五福段

这两段河道为新建护岸段，现状河道较窄，考虑到河道行洪时流量大、流速急的特点，该段选择过水断面大的直立式挡墙。

(2)京路段、金村段

京路段河道为新建护岸段，考虑到自然岸坡段，现状河道面宽较宽，但该段位于河道转角，冲刷较严重，为减少河道进占与对右岸农田的影响，该段选择过水断面大的直立式挡墙。金村段河道为新建护岸段，现状河道面宽较宽，但两侧为当地水产养殖基地，政策处理方面较为困难，为了减少对两岸土地的征用，该段选择直立式挡墙。

(3)黎明段

该段主要保护对象为农田和村庄，长畈段与宋家门段新建护岸，为保证行洪和减少占用耕地，断面型式采用过水断面大、占地较少的直立式挡墙；下游坝山底段新建堤防，为保护现有生态环境，河道转角处采用复式挡墙结构，下游采用占地较少的重力式挡墙。

(4)西坞段

该段主要保护对象为农田和村庄，为保证行洪和减少占用耕地，断面型式采用过水断面大、占地较少的重力式挡墙。

4 工程实施效果

(1)工程实施后将提高两岸防洪标准和河道抗冲能力，与非工程措施结合，有效降低了山洪灾害对人民群众生命安全和财产安全造成的危险，对维持正常生产生活环境，稳定社会秩序、保障安定团结，促进社会经济和谐发展起到重大作用。

(2)工程实施后将显著提高河道防洪抗冲能力，完善洪涝台灾害防御体系，有效减轻两岸的洪灾损失，为周边居民创造稳定的生产、生活环境提供保障。同时河道岸线整治工程将大大改变现状河道岸线凌乱、护岸生硬破旧的现状，为促进当地生态建设创造了良好的条件。

(3)工程实施后，重新塑造了河道岸线，加强了河道的生态修复功能，有利于河道健康可持续发展，促进了生物多样性发展，同时为周边居民提供了良好的滨水休闲场所，真正实现人与自然和谐共处。通过岸线整治，疏浚河道，提高了堤防护岸的抗冲能力，降低山洪灾害发生的概率，减轻水土流失状况，有利于当地生态环境的保护。

5 结论

通过对开化县金村溪山洪沟防洪治理技术进行研究，对山洪沟防洪设计深入分析，提出了山洪灾害防治的工程措施，指出了目前流域治理存在的问题，研究了金村溪山洪沟治理设计方案，对山洪沟防洪工程进行了总体布置，对堤防断面型式进行了比选，设计并提出了不同护岸结构型式，为其他相关工程提供参考。