丹凤县武关河武关镇段堤防工程设计浅析

曹 菀 赵伟伟

(商洛市水电勘测设计院，陕西 商洛 726000）

0 概况

武关河是丹江主要支流，流域总长118.7km，总流域面积900km2。发源于蟒岭南麓岭区的土地沟，自西北向东南，流经丹凤县13个乡镇于商南县毕家湾汇入丹江。武关河在丹凤县境内河长83.0km，流域控制面积 724km2。 平均比降 8.7‰，多年平均输沙总量 26.9×104t，侵蚀模数307t/km2。

由于项目区属典型的山区型河流，坡降陡，流速大，加之洪水陡涨陡落，因而洪水对岸坡的冲刷较为严重。近年来，由于气候异常，洪灾愈发频繁，危害日益严重。丹凤县武关河沿岸的大部分堤防已被冲毁，频繁的洪灾是制约地区国民经济可持续发展的重要障碍，修建防洪工程已成为迫在眉睫的大事。

1 水文

1.1 水文气象

气候属暖温带季风气候，年均气温为14.4℃，多年平均日照时数为1946小时。最大冻土深0.16米，无霜期228天。多年平均降水量688.4毫米，降雨集中在7、8、9三个月，约占全年降水量的60%，风向为东南风。

1.2 水文基础资料

工程规划区内建有武关水文站，是丹江支流武关河控制站，为省级重要水文站。该站控制流域面积724km2，站址位于丹凤县武关镇。于1959年1月建站，有1959至2010年共52年观测资料。以及《水文手册》1919年洪水调查成果。将1987年、2007年、2010年实测值与1919年调查值作为特大值处理。按不连续系列进行频率计算。经对资料系列进行统计分析，采用皮尔逊Ⅲ型概率曲线适线，得理论值：Q均=304m3/s。 Cv=1.5，Cs=2.5Cv。 由武关水文站实测资料系列（考虑历史洪水）适线可得：二十年一遇洪峰流量为1510m3/s。

2 工程地质

工程区位于东秦岭东南段区域构造单元内，属秦岭纬向构造体系之褶皱带。依据《商洛地质构造纲要图》，区域主要断裂有杨斜～商南断层和金陵寺～大庙沟断层，均距工程区较远，对堤防工程无影响。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反映普特征周期为0.40s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。

3 工程任务和设计规模

3.1 工程等级及防洪标准

依据《防洪标准》（GB50201—94）的相关说明及有关国家和地方规范，以及项目区的重要性，综合确定陕西省丹凤县武关河武关镇防洪工程的设防标准为20年一遇。本防洪工程级别为4级。

3.2 工程规模

陕西省丹凤县武关河武关铁峪铺防洪工程位于武关河左右岸，本治理工程建设内容主要为新修堤防4718m，左岸2168m（0+000～2+168），右岸 2550m（0+000～2+550）；新修下河踏步 10 处。

3.3 设计堤距

对堤距的确定，主要用经验公式法及多年来河道的实际行洪宽度来分析确定。稳定河宽的确定通常采用两种方法，即阿尔图宁公式和由水流阻力公式、水流连续方程及河相关系式连立求解计算，本次设计采用两种不同的计算方法进行计算核定。经计算，阿尔图宁公式、水流连续方程及河相关系式连立求解公式计算出的稳定河宽为73.5m，78.0m左右。工程区河道断面形状变化较大，部分河道主河槽两岸滩地开阔，地势较低，河道洪水主要由主槽宣泄。武关镇段河道现状河宽100～200m。依据经验公式计算结果、河道现状河宽以及工程区实际情况，最后确定武关镇段设计堤距应不小于100m。

3.4 堤线的平面布置

现状河道由于原312国道、新312国道以及两侧山体等节点的存在，基本控制了河势走向，如改线则需拆除国道，投资较大。另外，现状自然岸坎是经过长期演变形成的，较为平顺，且符合整体演变趋势，有利于武关河行洪，所以不宜变动；加之河道两侧均为当地群众农田，综合分析认为，本次设计仍与现状地形相结合，维持现状岸坎平面布置。

3.5 糙率的率定

利用武关水文站实测断面平均水深糙率（H-n）关系，给出糙率初始值，并用武关水文站2010年实测洪峰流量2020m3/s水位进行拟合，再以武关水文站水位～流量关系曲线，利用调查洪痕资料印证其可靠性，最终确定武关镇段河道P=20%的糙率为0.034。

3.6 设计水面线计算

根据伯努里能量方程，依据河段实测断面，采用水利部规划院主编《水利水电工程PC-1500程序集》中的水面线计算程序，通过计算机计算推求水面线，并采用陕西省水电勘测设计研究院编制的天然河道水面线计算程序进行复核。

3.7 堤防冲刷计算

按照《堤防设计规范》GB50289-98规定，堤防级别为4级，正常运行，抗滑稳定安全系数 K=1.2，抗倾稳定系数 K=1.45。

通过采用《堤防工程设计规范》附录D推荐公式进行计算。水流平行岸坡、斜冲岸坡产生的冲刷深度为1.25m、2.47m。根据上述计算并参照当地洪水过后堤基的调查冲刷深度 （河道平顺段冲刷深度约1～1.5m,河湾段或顶冲段冲刷深度可达 1.5～3.5m）。 最终确定武关镇平顺段基础埋深为深泓线以下2.0m。弯曲斜冲段，预测可能产生较大冲刷的部位，增加设置铅丝笼块石护根的措施。铅丝笼块石呈阶梯状分两层布设：底层宽 2.5m，顶层宽 1.0m，单层高 0.5m。

3.8 堤防设计

3.8.1 设计堤顶高程的确定

设计提顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定，根据《堤防工程设计规范》（GB50289-98）中推荐的公式Y=R+e+A来确定堤顶超高。经计算，波浪爬高0.076m，风雍高度0.0033m，4级堤防安全加高值0.6m。结合本工程临水侧砌护的实际，4级堤防超高按0.8m控制。根据确定的洪水位，再加堤顶超高，即可得到各段堤防的堤顶高程。

3.8.2 断面形式

武关镇段所处河段河道较宽，武关镇段河道现状河宽100～200m，最小河宽100m。浆砌石护坡较经济实惠，造价低，防洪能力较强。且武关河段河道较宽，占地矛盾小，故武关镇段断面采用浆砌石护坡形式。

通过防洪墙抗滑稳定性和抗倾稳定性计算来确定防洪墙的底宽和内、外坡比。按最不利受力情况来计算。可求得防洪墙的顶宽为0.6m；迎、背水坡坡比均为 1：2.0。 迎水坡采用厚 50cm 的 M7.5 浆砌石护坡，下接宽1.2m、高2.0m的条形浆砌石基础。顶冲段基础前放置两层铅丝笼石护基，单层厚0.5m，底层宽2.5m，顶层宽1m。浆砌石护坡设排水孔。

4 结束语

丹凤县武关河武关镇防洪工程的建设，可以保护沿岸9130人，5066亩耕地，工农业产值9610万元。工程建成后，有利于加大旅游建设的开发，从而加快全镇经济建设的步伐。堤防建设根据武关河水情、河势，充分考虑上下游、左右岸的关系，建设规模和标准科学合理，符合防洪抗洪能力。

[1]王晓燕.黄河佳县城区段堤防工程建设浅析[J].陕西水利，2012.

[2]王民.堤防工程设计中几个问题的探讨[J].陕西水利，2011.