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摘 要：本文以青海黑峡沟泥石流沟为例，分析比较了清水和泥石流情况下，沟道防护工程设计中：防洪标准、堤顶高程计算、冲刷深度等主要参数选取过程。以期为其他工程作为参考及借鉴。
关键字：黑峡沟 泥石流 防护工程 设计
0引言
沟道防护工程是是较为常见的防护形式，对于清水河流，在工程设计中计算其各项参数较为容易。但是对于有泥石流的沟道防护工程，设计中各参数的选取需进一步研究分析，并认真对待。本文以青海省贵德县黑峡沟为例，对泥石流沟防护工程设计与一般防护工程进行分析比较，从而提出设计思路及方法，为其他工程所参考。
黑峡沟位于青海省贵德县城北侧黄河左岸，为黄河一级支流，海拔2190～2240m。主沟道长约15.5km，平均比降4.53%，流域面积35.3km2。工程距离贵德县城5km，所在地区属于高原内陆气候，多年平均气温7.2℃，冻土深度为1.5m，多年平均降水量250.04mm，蒸发量2100.00mm，降水多集中在5～9月份，降水量占全年的80%以上。
沟道左岸为贵南县关塘村，人口为183户804人。两岸分布有耕地约1600亩。沟道下游略高于两侧耕地及村庄，沟道内经常在暴雨期发生泥石流，泥石流冲出沟道，对两侧耕地造成破坏，影响了村民的生产生活，因此急需对此沟道进行治理。
1工程基本参数
1.1洪水及泥石流成果
沟道P=5%洪峰流量为111m3/s，沟道P=10%洪峰流量为71.4m3/s。
P=10%洪水对应泥石流量为120.21m3/s，平均流速为8.05m/s，泥深为1m，泥石流整体冲压力为1.812t/m2。
1.2地质情况
黑峡沟防护堤基础置于物理力学性质较好的冲洪积砂卵砾石土层中，地层结构简单，承载力在160kPa以上，且地下水埋藏较深，故综合评价场地工程地质条件较好，地基较优良。
2泥石流沟道防护主要参数选择
2.1防洪标准的不同
对于清水沟道，防洪标准的选择可依据《防洪标准》（GB50201-94）进行选取。对于带有泥石流的沟道，还需要依据《泥石流灾害防治设计规范》（DZ/T0239-2004），选取沟道泥石流防洪标准，而泥石流流量的计算和暴雨强度密切相关，因此规范中规定了对应的降雨强度，需要设计人推算泥石流特征值。
针对本工程，由于保护对象为人口及耕地，人口小于20万，更低面积小于30万亩，因此工程等级为Ⅳ级，因此清水防洪标准为20年一遇，本工程中P=111m3/s。
对于泥石流，选取主要依据受灾对象及经济损失大小进行选择，分为4级。本工程属于四级，降雨强度对应为10年一遇，从而推算泥石流流量。本工程中，泥石流为稀性泥石流， P=10%洪峰流量为71.4m3/s对应泥石流量为120.21m3/s。
因此对于泥石流沟道的防洪标准，一般应分为清水和泥石流，分别确定其防洪标准，进行工程设计。
2.2沟道纵坡
对于清水沟道防护，纵坡尽量按照沟道自然坡度布置。但是对于泥石流沟道，考虑其上游易冲刷，下游易淤积的特性。采取沟道纵坡上游坡度适当放缓，下游坡度适当加大的原则，沟道内纵坡分三段，K0+000～K0+590m处为3.01%，K0+590～K1+240m处为2.70%，K1+240～K1+732m处为2.24%。
2.3堤顶高度的确定
清水河道堤顶高程为：洪水位加堤顶超高。而泥石流沟道，需同时考虑泥石流泥深加安全超高。取两者中的大值，作为堤顶高程。
（1）清水沟道
本工程中对于清水：沟道水深在0.59～0.61m之间，安全超高主要考虑波浪爬高（Rp）、风雍水高度（e）及安全加高（a），具体计算公式不再详述。经计算及参照规范：Rp=0.89m，e=0.005m，a=0.5m。
防护堤堤顶高度为1.99～2.01m。
（2）泥石流沟道
按照《泥石流灾害防治工程设计规范》，泥石流情况下堤顶超高公式如下：
（式1）
式中：H——泥石流渠道设计深度，m；
Hc——设计泥深，取1m；
——安全超高，一般取0.5～0.1m之间，本处取0.5m；
考虑10%洪水频率，对应泥石流深度1m后，防护堤高度取1.5m。
因此综合以上计算，防护堤高度按照清水高度选取，应不小于2.01m。
2.4堤岸冲刷深度
堤岸冲刷深度计算时也应按照清水和泥石流，分别计算冲刷深度，取其大值。
（1）清水洪水
冲刷计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中的推荐公式，按照平行岸坡冲刷计算。经计算冲刷深度为0.81m。
（2）泥石流
对于泥石流冲刷深度的计算，在理论及技术上，一直是一个难题，尚没有比较成熟的理论公式计算，可引用《泥石流及其综合治理》（吴积善等编写，1993年）中的修正公式，对泥石流冲刷深度进行估算。
对于直槽段：
（式2）
式中：t——由沟床底算起的冲刷坑深度，m；
q——单宽流量，m3/s/m；
——泥石流颗粒的平均粒径，mm；
经计算，直槽段冲刷深度为t=0.79m。
对于弯道凹岸：
（式3）
经计算，弯道凹岸冲刷深度为t=1.34m。
（3）冲刷深度选取
根据计算结果，冲刷深度直槽段取清水冲刷深度0.81m，弯道处取泥石流冲刷深度1.34m。
2.5堤防断面确定
根据当地材料情况，并结合两岸地形，堤防高度为3.2m，防护堤堤型为均质土堤，迎水面坡比1：1.5，背水面坡比1：1.5，防护堤迎水面采用现浇C15砼护坡厚15cm，背水面采用预制砼块护坡。堤顶宽3.5m，
2.6防冲处理设计
泥石流沟道在洪水期挟运泥沙量大，对沟道底部冲刷及侧墙撞击较大，因此必须在沟道底部设置排导槽，避免冲涮和撞击。本工程在沟道底部设置防冲肋板，防冲肋板采用M10浆砌石，肋板上部与渠底平齐，中间比两边低0.5m，以起到束流于中部的作用。
3工程运行情况
该工程2012年7月份竣工，至今已运行2年，经历了沟道内多次泥石流及洪水，除对局部肋墙进行加固外，工程设计方案满足防洪要求，总体运行状况良好。作为村庄的重要水利工程之一，为村民正常生产生活稳定带来积极作用。
参考文献：
[1] DZ/T0239-2004，泥石流災害防治设计规范[S].
[2] GB50286-2013，堤防工程设计规范[S].
[3]周必凡，李基德，等。泥石流防治技术[M]. 北京：科学出版社，1991.
[4]吴积善，田联全，等。泥石流及其综合治理[M]. 北京：科学出版社，1993.
[5]王继康。泥石流防治工程技术[M]. 北京：科学出版社，1993.
邮寄地址：山东省菏泽市牡丹区大学路大学嘉园21号楼3单元201室
收件人：王亚（转屈金娜）
电话：15315665667
关键字：黑峡沟 泥石流 防护工程 设计
0引言
沟道防护工程是是较为常见的防护形式，对于清水河流，在工程设计中计算其各项参数较为容易。但是对于有泥石流的沟道防护工程，设计中各参数的选取需进一步研究分析，并认真对待。本文以青海省贵德县黑峡沟为例，对泥石流沟防护工程设计与一般防护工程进行分析比较，从而提出设计思路及方法，为其他工程所参考。
黑峡沟位于青海省贵德县城北侧黄河左岸，为黄河一级支流，海拔2190～2240m。主沟道长约15.5km，平均比降4.53%，流域面积35.3km2。工程距离贵德县城5km，所在地区属于高原内陆气候，多年平均气温7.2℃，冻土深度为1.5m，多年平均降水量250.04mm，蒸发量2100.00mm，降水多集中在5～9月份，降水量占全年的80%以上。
沟道左岸为贵南县关塘村，人口为183户804人。两岸分布有耕地约1600亩。沟道下游略高于两侧耕地及村庄，沟道内经常在暴雨期发生泥石流，泥石流冲出沟道，对两侧耕地造成破坏，影响了村民的生产生活，因此急需对此沟道进行治理。
1工程基本参数
1.1洪水及泥石流成果
沟道P=5%洪峰流量为111m3/s，沟道P=10%洪峰流量为71.4m3/s。
P=10%洪水对应泥石流量为120.21m3/s，平均流速为8.05m/s，泥深为1m，泥石流整体冲压力为1.812t/m2。
1.2地质情况
黑峡沟防护堤基础置于物理力学性质较好的冲洪积砂卵砾石土层中，地层结构简单，承载力在160kPa以上，且地下水埋藏较深，故综合评价场地工程地质条件较好，地基较优良。
2泥石流沟道防护主要参数选择
2.1防洪标准的不同
对于清水沟道，防洪标准的选择可依据《防洪标准》（GB50201-94）进行选取。对于带有泥石流的沟道，还需要依据《泥石流灾害防治设计规范》（DZ/T0239-2004），选取沟道泥石流防洪标准，而泥石流流量的计算和暴雨强度密切相关，因此规范中规定了对应的降雨强度，需要设计人推算泥石流特征值。
针对本工程，由于保护对象为人口及耕地，人口小于20万，更低面积小于30万亩，因此工程等级为Ⅳ级，因此清水防洪标准为20年一遇，本工程中P=111m3/s。
对于泥石流，选取主要依据受灾对象及经济损失大小进行选择，分为4级。本工程属于四级，降雨强度对应为10年一遇，从而推算泥石流流量。本工程中，泥石流为稀性泥石流， P=10%洪峰流量为71.4m3/s对应泥石流量为120.21m3/s。
因此对于泥石流沟道的防洪标准，一般应分为清水和泥石流，分别确定其防洪标准，进行工程设计。
2.2沟道纵坡
对于清水沟道防护，纵坡尽量按照沟道自然坡度布置。但是对于泥石流沟道，考虑其上游易冲刷，下游易淤积的特性。采取沟道纵坡上游坡度适当放缓，下游坡度适当加大的原则，沟道内纵坡分三段，K0+000～K0+590m处为3.01%，K0+590～K1+240m处为2.70%，K1+240～K1+732m处为2.24%。
2.3堤顶高度的确定
清水河道堤顶高程为：洪水位加堤顶超高。而泥石流沟道，需同时考虑泥石流泥深加安全超高。取两者中的大值，作为堤顶高程。
（1）清水沟道
本工程中对于清水：沟道水深在0.59～0.61m之间，安全超高主要考虑波浪爬高（Rp）、风雍水高度（e）及安全加高（a），具体计算公式不再详述。经计算及参照规范：Rp=0.89m，e=0.005m，a=0.5m。
防护堤堤顶高度为1.99～2.01m。
（2）泥石流沟道
按照《泥石流灾害防治工程设计规范》，泥石流情况下堤顶超高公式如下：
（式1）
式中：H——泥石流渠道设计深度，m；
Hc——设计泥深，取1m；
——安全超高，一般取0.5～0.1m之间，本处取0.5m；
考虑10%洪水频率，对应泥石流深度1m后，防护堤高度取1.5m。
因此综合以上计算，防护堤高度按照清水高度选取，应不小于2.01m。
2.4堤岸冲刷深度
堤岸冲刷深度计算时也应按照清水和泥石流，分别计算冲刷深度，取其大值。
（1）清水洪水
冲刷计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中的推荐公式，按照平行岸坡冲刷计算。经计算冲刷深度为0.81m。
（2）泥石流
对于泥石流冲刷深度的计算，在理论及技术上，一直是一个难题，尚没有比较成熟的理论公式计算，可引用《泥石流及其综合治理》（吴积善等编写，1993年）中的修正公式，对泥石流冲刷深度进行估算。
对于直槽段：
（式2）
式中：t——由沟床底算起的冲刷坑深度，m；
q——单宽流量，m3/s/m；
——泥石流颗粒的平均粒径，mm；
经计算，直槽段冲刷深度为t=0.79m。
对于弯道凹岸：
（式3）
经计算，弯道凹岸冲刷深度为t=1.34m。
（3）冲刷深度选取
根据计算结果，冲刷深度直槽段取清水冲刷深度0.81m，弯道处取泥石流冲刷深度1.34m。
2.5堤防断面确定
根据当地材料情况，并结合两岸地形，堤防高度为3.2m，防护堤堤型为均质土堤，迎水面坡比1：1.5，背水面坡比1：1.5，防护堤迎水面采用现浇C15砼护坡厚15cm，背水面采用预制砼块护坡。堤顶宽3.5m，
2.6防冲处理设计
泥石流沟道在洪水期挟运泥沙量大，对沟道底部冲刷及侧墙撞击较大，因此必须在沟道底部设置排导槽，避免冲涮和撞击。本工程在沟道底部设置防冲肋板，防冲肋板采用M10浆砌石，肋板上部与渠底平齐，中间比两边低0.5m，以起到束流于中部的作用。
3工程运行情况
该工程2012年7月份竣工，至今已运行2年，经历了沟道内多次泥石流及洪水，除对局部肋墙进行加固外，工程设计方案满足防洪要求，总体运行状况良好。作为村庄的重要水利工程之一，为村民正常生产生活稳定带来积极作用。
参考文献：
[1] DZ/T0239-2004，泥石流災害防治设计规范[S].
[2] GB50286-2013，堤防工程设计规范[S].
[3]周必凡，李基德，等。泥石流防治技术[M]. 北京：科学出版社，1991.
[4]吴积善，田联全，等。泥石流及其综合治理[M]. 北京：科学出版社，1993.
[5]王继康。泥石流防治工程技术[M]. 北京：科学出版社，1993.
邮寄地址：山东省菏泽市牡丹区大学路大学嘉园21号楼3单元201室
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