(長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司， 湖北 武漢 430010)

1 研究背景

新田鄉(xiāng)巖溶洼地位于烏江右岸、彭水縣國茂水泥廠東北側(cè)，距離彭水水電站庫水邊約1.2 km。洼地周邊分水嶺高程1 200～1 450 m，中間平地高程315～340 m。洼地長約3 km，寬 0.4～0.6 km，呈北東向展布。洼地內(nèi)有新田鄉(xiāng)及彭桑公路，見圖1。

新田鄉(xiāng)洼地的水匯入大洞坎和小米坑兩個(gè)落水洞，通過地下巖溶系統(tǒng)在響水洞附近排至烏江。出水口高程230 m左右，天然狀態(tài)下排水通暢。彭水水電站運(yùn)行后，落水洞排水速度減慢，造成經(jīng)常性內(nèi)澇。如2008年9月，水庫蓄水位279 m，新田鄉(xiāng)洼地遭遇P=20%的暴雨，大洞坎的最高滯洪水位達(dá)335.31 m；2010年5月和7月的幾次暴雨，均在洼地內(nèi)形成內(nèi)澇災(zāi)害。故有必要分析彭水水電站蓄水對洼地排洪能力的影響，并提出相應(yīng)處理措施。

2 電站蓄水對洼地排水能力影響分析

新田鄉(xiāng)洼地大洞坎處的巖溶通道進(jìn)口高程為320 m，響水洞出口高程230 m，進(jìn)出口高差約90 m。天然情況下，烏江干流發(fā)生P=20%的洪水時(shí)洞口附近水位約250 m，進(jìn)出口水頭差約70 m。彭水水電站竣工后，洞口汛期水位抬高至 288.85 m，地下巖溶管道進(jìn)出口的水頭差約31 m。

巖溶管道排水能力可按下式計(jì)算：

(1)

則彭水電站運(yùn)行前后巖溶排水系統(tǒng)的過流能力變化為：

(2)

式中，Q前、Q后分別為彭水電站運(yùn)行前、后的排水能力，m3/s；ΔH前，ΔH后分別為彭水電站運(yùn)行前、后的水頭，m。

將前述水頭代入式(2)，得:

(3)

經(jīng)分析得出，彭水電站運(yùn)行后，新田鄉(xiāng)巖溶系統(tǒng)的排水能力只有天然情況下的2/3，排水能力減小約34%。

圖1 新田鄉(xiāng)洼地地理位置示意

2008年9月新田鄉(xiāng)下暴雨，最大24 h雨量113 mm，在大洞坎處的最高滯水位為 335.31 m,滯水量約1 342萬m3,巖溶系統(tǒng)出口處水位約281 m，內(nèi)澇時(shí)間約36 h。根據(jù)水文資料分析，相當(dāng)于P=20%的暴雨。按P=20%的洪水過程線試算，此時(shí)巖溶系統(tǒng)的泄流能力約為96.2 m3/s。天然狀態(tài)下P=20%洪水時(shí)，新田鄉(xiāng)洼地巖溶出口處的烏江水位在250 m左右，按式(2)估算天然狀態(tài)下地下巖溶通道的排水能力為125 m3/s。

電站運(yùn)行后，按排水能力下降34%考慮，則該次洪水最高水位由 334.82 m抬高到 335.98 m，增加淹沒深度1.16 m，淹沒范圍大幅增加，滯洪時(shí)間由27 h增加到51 h，將對洼地內(nèi)居民生活和生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3 處理方案研究

3.1 方案比選

針對新田鄉(xiāng)洪水問題的解決方案有：泵站抽排、新增排水通道、征地移民(即整體搬遷新田鄉(xiāng))。

由于洼地區(qū)域暴雨大且周邊山脊高30余米，泵站方案規(guī)模大、輸水線路長、運(yùn)行費(fèi)用高、日常維護(hù)難，不宜采用。征地移民方案涉及新田鄉(xiāng)政府及較多人口的搬遷，需放棄大量的房屋和耕地，尚要淹沒公路、電信、電力、廣播電視等重要專項(xiàng)設(shè)施，估算投資為 2.22億元，費(fèi)用大且實(shí)施困難。新增排水通道方案系新開明渠和隧洞，將洼地洪水排至洼地下游的烏江干流，估算投資約4 000萬元。

綜合分析可知，新建排水通道的方案較優(yōu)。

3.2 排澇標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)[1]和《農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范》(SL 4-2013)[2]的規(guī)定，新田鄉(xiāng)洼地排澇標(biāo)準(zhǔn)可定為“10 a一遇24 h暴雨48 h排完”，據(jù)此計(jì)算排澇流量為210 m3/s。

4 排水工程布置

新田鄉(xiāng)洼地內(nèi)澇處理工程包括新建排水渠道及排水隧洞、原有排水渠道改造、道路恢復(fù)、大洞坎和小米坑兩個(gè)落水洞洞口保護(hù)等。

4.1 排水線路布置

老渠道改造段長約 2.5 km；老板坑至水泥廠為新增明渠排水段，長約800 m；水井灣至烏江岸為一山崗，采用長1.2 km的隧洞穿越。隧洞進(jìn)口底高程312.96 m，出口位于響水洞下游的烏江邊，出口高程303.50 m。

排水線路見圖2。

4.2 渠道和隧洞斷面設(shè)計(jì)

排水渠道采用梯形斷面，渠底寬度12 m，邊坡1 ∶0.35?？v坡3‰～5‰，深度不小于3.8 m。土質(zhì)段渠底和側(cè)墻均采用漿砌石襯砌，側(cè)墻為頂寬0.8 m、面坡1 ∶0.35的重力式擋土墻。

排水隧洞穿越灰?guī)r、白云巖，大部分為Ⅲ類圍巖。按照《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5195-2004)[3]的相關(guān)規(guī)定，選用城門洞形無壓隧洞，底坡6‰，隧洞凈斷面寬5 m、高 7.14 m，頂部圓拱中心角120°。頂拱采用鋼筋混凝土襯砌，直墻段采用噴混凝土支護(hù)。

圖2 排水線路平面布置

對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，則進(jìn)行全斷面鋼筋混凝土襯砌。隧洞出口處巖石較好，近直立，采用挑流消能，水流直接射入烏江。

4.3 其他附屬建筑物

排水渠道穿過彭水縣至桑柘鄉(xiāng)的公路和鄉(xiāng)村道路，需對原有橋梁拆除重建，共涉及橋梁8座。

為避免原地下巖溶通道堵塞，在大洞坎和小米坑兩個(gè)巖溶通道入口設(shè)置攔污柵。

5 實(shí)施效果

新田鄉(xiāng)內(nèi)澇治理工程于2014年10月基本完工，其后排水渠道和隧洞多次過流，洼地內(nèi)未再出現(xiàn)大范圍內(nèi)澇現(xiàn)象，滯水時(shí)間也大幅度縮短，保障了當(dāng)?shù)厝罕姷纳拓?cái)產(chǎn)安全，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

6 結(jié) 語

該工程排水方案合理，較好地解決了新田鄉(xiāng)的內(nèi)澇問題，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可為類似洼地排澇工程設(shè)計(jì)提供參考。