探析子洲县小理河黄土高原区小河流整治

尚文斌

（榆林市淤地坝建设办公室，陕西 榆林 719000）

黄土高原区土质疏松，环境恶劣，暴雨洪水突涨突落，雨洪灾害较大，给当地人民群众生命财产造成严重危害。由于暴雨洪水多集中在汛期，且河沟多狭窄，受寸土寸金的思想观念影响，以及工程投资较大的原因，使得防洪工程建设较为困难。现以子洲县小理河张家沟村河道整治为研究对象进行探讨。

1 概况

子洲县电市镇张家沟村地处黄土高原腹地，全村共有278 户1132 人，土地面积达4800 亩，现拥有核桃及苹果园500 余亩，经济林600 亩，种草300 亩，退耕还林达1800 亩，树莓200 亩，以及玉米、糜子、谷子、豆类、薯类等农产品。现在人家都居住在张家沟小理河沟道内，由于近年来强降雨比较频繁，沟道破烂、垮塌物堆积严重，时逢汛期来临，沟道洪水对两岸居民安全造成了威胁。因此，急需进行防洪工程建设。

2 河道现状及存在问题

2.1 河流概况

小理河是大理河的支流，全长69 km，其中子洲境内24.5 km。总流域面积820.8 km2，其中子洲境内196 km2。河床平均河道比降3.71‰，宽约30 m，多年平均流量为0.97 m3/s，最大流量为640 m3/s，多年平均径流总量3050 万m3。

2.2 河道地貌

拟建工程段小理河河道地貌单元属丘陵沟壑区，主沟段河谷呈“U”型，地貌因剥蚀、侵蚀形成，境内峁梁起伏，沟壑纵横，水土流失严重。工程区沿河地形受人类活动、排放垃圾、修筑临时道路、河流冲刷等影响，地形有一定的起伏变化，河道水面宽8 m～50 m。整个河堤区最大高差17.26 m。

河道两侧地势开阔、地形较平坦，沿线出露的岩性主要为第四纪全新世冲洪积粉土、三叠纪砂岩组成。据钻探揭露及踏勘，勘察深度范围内地基土主要由第四纪全新世河流冲洪积粉土、三叠纪（T3）砂岩组成。沿河沟水主要接受上游潜流、大气降水及周边地下水侧向补给，以潜流形式沿河谷向下游运移排泄。

2.3 存在问题

（1）小理河流域暴雨频繁，洪水突涨突落，主河道左右摆动，侧向侵蚀严重，历史上洪水泛滥，危害严重，给两岸人民群众生命财产安全造成严重损失。

（2）小理河张家沟段河道从未进行治理，河道现有堤防工程不连续，没有统一的防洪体系，抗洪能力薄弱。小理河沿岸多为梁峁，两岸滩地是当地群众的口粮田。一到洪水期，水流淘刷岸坎，淹没滩地，造成岸边川地坍塌损失严重，并危机沿河居民区。

（3）由于子洲县属传统农业县，地方财力有限，对河道治理的投入远不能满足小理河防洪工程的需要，随着乡镇建设规划的提出和乡镇人口、经济的不断发展，该河段的防洪问题日益突出，急需进行整治。

3 暴雨洪水特性分析

3.1 暴雨特性

小理河属温带半干旱大陆性气候，旱、洪、雹、冻灾害频繁。项目区降水量主集中在夏季，暴雨有次数少、总量少、强度大特点。多年平均降雨437.8 mm，其中7月～9月降雨量占全年降雨量的68%以上，且多以暴雨形式出现，暴雨天数15 天，频率为10%的10 a 一遇最大24 小时暴雨量为78 mm、最大3 小时暴雨量为49 mm，最大6 小时暴雨量为55 mm；频率为5%的20 a 一遇24 小时暴雨量为87 mm，最大3 小时暴雨量为54 mm，最大6 小时暴雨量为62 mm。年径流深8.1 mm～16.1 mm，年蒸发量1800 mm。

3.2 洪水特性

小理河洪水主要有以下特征：洪水与暴雨关系密切，洪水常伴随暴雨而来；局部洪水发生次数多，全流域洪水发生次数少[3]。暴雨多发生在局部河段或个别支流上，产生局部洪水相对危害较小；全流域面积发生暴雨次数少，产生洪水危害大；洪水暴涨暴落，峰高量小，沿途消减快，一次大洪水涨落一般9 小时到5 天不等；最大洪峰发生在7月、8月、9月三个月，以7月、8月两个月为最多，占其总次数的85%～90%。

4 防洪工程建设

为了增加堤防功能和寿命，适应现代社会发展的要求，按照确保安全、结构合理、便于施工，有利维护、节约投资、因地制宜的原则进行布设。

4.1 堤距的确定

本次设计工程沿岸为耕地及建筑用地，要尽量沿田坎直线布置，缩短堤防长度，减少投资，增加建设用地面积，同时避免因水位较高而增大工程量，从而加大投资。根据实测地形资料，结合工程实际情况。经比较，根据防洪村镇及道路高程确定的堤距，会造成较大淹没或农田范围变小，不符合工程要求；根据防护农田范围确定的堤距，虽然保护了较多农田，但因为大部分河道较窄，会形成较高水位，造成较大淹没以及工程量较大，工程投资较高，不经济；根据桥涵等现有建筑确定的堤距，虽然会造成农田面积减少，且需清理部分河道，但能满足防洪要求。所以应根据根据桥涵等现有建筑确定的堤距，且最大限度的保护农田确定堤距较为合理，最后确定最终最小堤距见表1。

表1 工程设计最小堤距方案比较表 单位：m

4.2 结构设计

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定，堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定，主沟堤防堤顶安全超高为1.47 m，堤顶高程为设计洪水位加1.47 m。支沟堤防堤顶安全超高为1.21 m，堤顶高程为设计洪水位加1.21 m。防洪墙基础底部高程设计基础深度取深泓以下1 m。如遇岩基，堤防基础全部放在新鲜的基岩面上。

本次设计均为浆砌石挡土墙和土堤结合，其中浆砌石挡墙高1.0 m，基础深1.0 m；挡墙以上均为土质堤防，坡比为1∶1，采用柔性治理措施植物护坡。防洪墙均采用M7.5 水泥砂浆砌石，M10 水泥砂浆勾缝，支沟挡墙顶宽0.5 m，高1.0 m，迎水坡坡比为1∶0.1，背水坡坡比为1∶0.3，基础深1.0 m，底宽1.7 m；主沟挡墙顶宽0.8 m，高1.0 m，迎水坡坡比为1∶0.4，背水坡坡比为1∶0.5，基础深1.0 m，底宽1.7 m。

沿浆砌石河堤纵向设置一排水孔，排水管为Φ100PVC管，间距2 m，排水管进口尼龙网包裹管头，沿管周围人工填充反滤体，反滤体尺寸为60 cm×60 cm×60 cm。浆砌石河堤每隔15 m 留一条3 cm 宽变形通缝，变形缝采用橡胶泡沫板填充。

浆砌石挡墙以上为土质堤防，坡比为1∶1，采用萱草和丁香间隔种植，进行植物护坡，美化环境，种植株行间距为1.0 m，堤顶设蓄水根，高0.5m 顶宽0.5 m，内外坡比均为1∶1，蓄水根上栽植一排香花槐，间距为2.0 m。

4.3 稳定计算

根据小理河流域上已建工程的地质资料及《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），确定稳定计算基本参数为：砂岩地基允许承载力为［R]=750 kPa，基底摩擦系数为f=0.7，浆砌石容重为23.0 kN/m3，土的容重为17.5 kN/m3，等值内摩擦角为30°，墙背摩擦角为15°，防洪墙抗滑稳定安全系数［Kc]=1.00，抗倾稳定安全系数［K0]=1.40。根据北京理正岩土结构软件进行计算。

（1）土压力系数计算：

（2）土压力计算：

（3）水平静水压力计算：

（4）墙身自重：根据实际断面尺寸计算

（5）基底扬压力：根据实际断面尺寸计算

防洪墙的抗滑稳定性按下式计算：

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0.7。

防洪墙的抗倾稳定性按下式计算：

式中：K0为抗滑稳定安全系数；∑MV为作用于墙体上的全部垂直力的总力矩和，kN·m；∑MH为作用于墙体上的全部水平力的力矩总和，kN·m。

根据软件计算公式，验算各段河堤稳定性，结果见表2。

表2 各段河堤稳定计算结果表

由表2 可以看出：本次设计抗滑稳定安全系数Kc值均大于规范规定值［Kc]=1.00，抗倾稳定安全系数K0值均大于规范规定值［K0]=1.40，偏心距e 均小于B/4，平均应力均小于砂岩地基允许承载力［R]=750 kPa。

故本次设计堤防工程是安全的。

5 结论

受地理位置和自然气候影响，黄土高原区大多数河沟没有防洪工程，或者工程防洪标准低，达不到防洪标准要求。随着近年来陕北降雨的增多，防洪形势日益严峻。本文通过对子洲县小理河张家沟村防洪工程建设的探讨，可以看出，黄土高原区小河流防洪工程建设要充分利用国家加大基础设施投资建设的机遇，对威胁村镇的重点河段要科学分析河道情况和洪水情况，统一规划、科学防治，工程既要满足防洪标准又不超投资建设，只有这样，才能够顺利争取项目早日实施，保护当地安全。