泥石流灾害防治工程设计规范方案DZT0239.docx

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泥石流灾害防治工程设计规范方案DZT0239

泥石流灾害防治工程设计规范

DZ/T0239-2004

中国地质调查局

二○○四年十月

中华人民共和国地质矿产行业标准

DZ/T0239-2004

泥石流灾害防治工程设计规范

1总则

1.1泥石流灾害防治的基本程序

第1.1.1条泥石流防治程度是指泥石流灾害防治项目从决策、勘查、可行性研究、工程设计、施工到竣工验收全过程中的各个阶段及其先后次序。

为保证获得最佳的社会效益、经济效益和环境效益，泥石流灾害防治应遵循下列基本程序。

第1.1.2条工程勘查主要根据设计阶段和泥石流灾害体及其防治区域，进行测量、测绘、测试、勘探、试验、鉴定、研究与综合分析评价工作。

目的是为防治工程设计和施工提供科学依据。

第1.2.3条可行性研究通过初步勘查、监测、稳定性分析，危害性评估等工作，对是否需要进行防治，以及防治的范围和重点区域，防治工程方案的选定等，提出可行性分析，上报各省（自治区、直辖市）国土资源厅和国务院国土资源部，作为领导机关决策的依据。

第1.1.4条立项与编制设计任务书根据可行性研究报告，区别泥石流灾害项目的重要性、危害性与规模，按地质灾害防治项目的批准权限，提出立项报告。

立项批准后，应立即组织编写设计任务书。

第1.1.5条工程设计包括初步设计和施工图设计，主要是编制适应这两个阶段的设计说明书、工程图件和工程概、预算。

第1.1.6条工程施工是实现设计文件的重要阶段，应做到计划、设计、施工三个环节互相衔接，投资、工程内容、施工图纸、设备材料、施工力量五个方面落实，保证全面完成设计文件的内容及要求。

第1.1.7条竣工验收检查施工单位是否按设计文件、施工合同完成任务，同时还要移交固定资产、次会给当地政府或专职单位使用和维护管理。

1.2泥石流灾害防治工程设计的特点

第1.2.1条非标准设计不同类型的泥石流灾害有不同的特点，防治工程设计对每个泥石流的治理范围、采取的方案和措施是互不相同的。

所以，泥石流灾害防治工程设计属非标准设计，必须对每个泥石流进行具体的针对性设计。

第1.2.2条风险性设计泥石流是不良的复杂地质体，为非均质、各向异性介质，物理力学参数是随机变量，变异性大；其次，防治工程承受来自泥石流体和外界的各种荷载，不仅自身应具有足够的抗变形和破坏的能力，而且还要求下伏的地质体也具有优良的性质；另外，泥石流灾害防治工程迄今还是一门不严谨、不完善、在成熟的科学技术。

因此，泥石流灾害防治工程设计受诸多不确定因素的影响，必然存在着相当大的风险，要求在施工过程中加强检验和监测，根据检测资料适时进行设计变更，以使设计能更接近实际，保证工程质量和安全，提高工程效益。

第1.2.3条应急设计泥石流灾害具有较高的发生频率，其发生往往具有突发性。

为了防止泥石流灾害的发生或减轻其危害程度，在泥石流发生前后开展的防治工程设计，不少情况下具有应急设计的特点。

此种情况下，通常是边勘查、边设计、边监测、边施工。

第1.2.4条综合防治的重要性单一的防治工程措施有时难以承受来自泥石流灾害体的外界的荷载，从而导致工程失效。

因此，针对每个泥石流的特点，在不同部位采取不同的措施，进行综合防治是非常重要的。

即使工程投资不能一步到位，也应在防治方案的基础上，进行分解，采取分期、分步实施的办法进行综合防治。

1.3泥石流灾害防治工程设计的基本要求

第1.3.1条应以少的投资、短的工期，达到设计服务（使用）期内安全运行，并满足所有预定功能。

即在设计服务（使用）期内在预定功能、安全性和耐久性、工期和投资的经济性三个方面达到要求。

具体面言，应满足以下要求：

（1）在特殊荷载组合条件下，防治工程应保证地质灾害体的整体稳定性，不致造成危及人员生命等重大的地质灾害。

（2）在正常荷载组合的条件下，防治工程应保证地质灾害体无明显的破坏，不会造成危及建筑物安全的地质灾害。

（3）泥石流灾害防治工程的永久性工程的设计服务（使用）期一般可按50年考虑，特殊工程应进行专门论证。

第1.3.2条应充分收集与工程设计相关的气象、水文、地形、地质、水文地质等资料，作为防治工程设计的依据。

同时，应考虑到场地可能发生的自然地质灾害（如暴雨、洪水、崩塌、滑坡等）和工程建设可能引起的新的地质灾害，对这些灾害应在勘察、评价、预测的基础上，采取有效的预防措施。

第1.3.3条应在室内和野外试验的基础上，进行统计分析，算出各项参数的平均值、标准值和异系数，确定其标准值。

同时，结合类似工程的经验参数，进行对比分析后，合理的选取设计值。

第1.3.4条应定性和定量分析相结合。

两种分析都应在详细占有资料的基础上，运用成熟的理论和行之效的新技术和新方法，进行充分论证，并宜提出多方案进行比较。

第1.3.5条应注意与当地社会、经济和环境发展相适应，与市政规划、环境保护、土地管理和开发相结合，并在安全、经济、适用的前提下尽量做到美观。

第1.3.6条泥石流灾害防治方法要点：

（1）以流域为单元进行生物措施与工程治理相结合的综合治理。

根据泥石流活动的时、空特点，采用不同的防治工程，以减轻或化解泥石流的成灾因素。

（2）在形成区以抑制泥砂产生为主，阻滞泥砂输移，常用的措施有：

恢复植被、建造多树种多层次的立体防护林、坡面截水沟、沟谷区的拦沙坝、导流堤、护岸、护底工程等。

（3）在流通区和泥石流通过地段以疏导为主，保证流路通畅。

主要措施是导流和护岸、护底、清障。

在地形较好的地区，则采用可靠的拦挡措施，以达到减沙、减势、控制水沙下泄量、控制流路的效果。

拦挡措施有：

实体重力坝和格栅坝、停淤场、导流堤、坝下的护岸、护底等。

（4）对规模巨大、势能大的泥石流，宜采取避让措施或防冲措施。

如平面绕避改道、立面绕避（渡槽、明峒渡槽、高桥、大跨、沟底隧道等）。

（5）利用停淤、分流化解泥石流水、沙集中的矛盾。

主要措施有停淤场、分流导流工程。

（6）改建或迁移防护设施。

（7）视地形条件，在堆积区停淤减沙或停淤束水攻沙，增大搬运能力，使泥沙顺利直接排入大河。

（8）汇入大河段，应加大大河排沙能力，稳定主流切割扇缘，降低泥石流沟侵蚀基准面。

采取的主要工程措施为导流堤、挑流坝等。

1.4泥石流灾害防治工程设计的依据和基础资料

第1.4.1条设计工程师进行泥石流灾害防治工程设计工作必须有法定的依据。

主要包括：

（1）可行性研究报告；

（2）设计任务书；

（3）工程勘察报告等。

第1.4.2条泥石流防治工程设计的基础资料应满足各设计阶段的要求。

主要包括以下方面：

（1）地形资料：

地形图及平面、高程控制；

（2）气象水文资料：

气温、降雨、冻结深度、暴雨；水文、流量、淹没、冲淤等；

（3）防治工程勘察资料：

地质体的类型、年代、成因、产状、分布；岩土的工程性质及变异性；地质构造的性质、展布及对工程的影响；自然或人为不良地质现象及对工程的影响；地下水类型、水位及埋深、动态、补给排泄条件及地层渗透系数；水与土对建筑材料的腐蚀性；地震基本烈度，地震动参数；特殊岩土的测试与评价；

（4）其它资料：

施工场地的水、电、交通条件；排水、排污条件；对噪声、振动的限制；防治工程勘察、设计及施工的地方经验；地方的材料及劳务价格；防治工程影响范围内的城镇建设发展规划图等。

第1.4.3条防治工程设计在执行本规范时，尚应参照国家、行业、部门现行的规范、规程、标准及指南、手册（附录6）。

2基本规定与设计标准

2.1泥石流灾害防治工程设计阶段及其主要任务

第2.1.1条泥石流灾害防治工程可分为防治工程、治理工程和应急治理工程三类。

第2.1.2条防治工程应按三阶段设计，即可行性方案设计、初步设计和施工图设计；治理工程宜按两阶段设计，即初步设计和施工图设计。

第2.1.3条应急治理工程可按一阶段设计，即根据现场勘察，立即进行施工图设计，视情况也可边勘察、边设计、边施工、边监测。

第2.1.4条可行性方案设计阶段，应根据防治目标，对多种设计方案进行全面的技术与经济论证，提出优化的推荐设计方案。

此阶段的设计文件应提出相应的设计方案图纸，设计论证说明。

第2.1.5条初步设计阶段应对泥石流灾害影响范围的防治任务进行科学合理的分解，并对各单元项目确定设计要求与边界、实现目标的可行性、工程的实现步骤和有关工程参数，编制出相应的完整的工程图纸、监控测量方案，设计说明书及工程概算。

第2.1.6条施工图设计阶段应对初步设计图进行扩充，使之满足实施的需要；对监测方案应给出准确的布点位置及要求，以利于定位实施；编制工程预算及设计说明书。

第2.1.7条在泥石流灾害工程安全等级为三级和四级的情况下，可将可行性方案设计与初步设计合并，编制能达到初设要求的可行性方案设计。

第2.1.8条各阶段的设计图表一般包括平面图、剖面图、结构详图，以及工程项目一览表、计算成果表、材料统计表、概、预算表等。

第2.1.9条各阶段的设计说明书一般应阐明下列内容：

①工程目的及任务来源；②设计依据；③设计的基础资料及基本数据；④防治工程设计标准；⑤设计方案；⑥计算；⑦施工注意事项；⑧检验与监测；⑨概、预算；⑩工程效益分析。

计算书一般作为存档备查技术文件，可不对外提交。

其内容包括计算公式（或数学模型）、计算参数的选取、计算结果及评价等。

2.2泥石流灾害防治工程安全等级标准

第2.2.1条泥石流灾害防治工程安全等级的划分，宜采用以受灾对象及灾害程度为主、适当参考工程造价的原则，进行综合确定。

第2.2.2条根据泥石流灾害的受灾对象、死亡人数、直接经济损失、期望经济损失和防治工程投资等五个因素，可将泥石流灾害防治安全等级划分为四个级别（表2—1）。

表2—1泥石流灾害防治工程安全等级标准

地质灾害

防治工程安全等级

一级

二级

三级

四级

受灾对象

省会级城市

地、市级城市

县级城市

乡、镇及重要居民点

铁道、国道、航道主干线及大型桥梁隧道

铁道、国道、航道及中型桥梁隧道

铁道、省道及小型桥梁隧道

乡、镇间的道路、桥梁

大型的能源、水利、通讯、邮电、矿山、国防工程等专项设施

中型的能源、水利、通讯、邮电、矿山、国防工程等专项设施

小型的能源、水利、通讯、邮电、矿山、国防工程等专项设施

乡、镇的能源、水利、通讯、邮电、矿山等专项设施

一级建筑物

二级建筑物

三级建筑物

普通建筑物

死亡人数

>1000

1000～100

100～10

<10

直接经济损失

（104元）

>1000

1000～500

500～100

<100

期望经济损失

（104元/年）

>1000

1000～500

500～100

<100

防治工程投资

（104元）

>1000

1000～500

500～100

<100

*表中的一、二、三级建筑物是指GBJ7-89规范中的一、二、三级建筑物。

2.3泥石流灾害防治工程设计标准

第2.3.1条泥石流灾害防治工程设计标准的确定，应进行充分的技术经济比选，既要安全可靠，也要经济合理。

第2.3.2条泥石流灾害防治工程设计标准，应使其整体稳定性满足抗滑（抗剪或抗剪断）和抗倾覆安全系数的要求（表2—2）。

第2.3.3条泥石流拦挡坝坝体与坝基应具有足够的强度，坝体内或地基的最大压应力σmax不超过筑坝材料的允许值，最小压应力σmin不允许出现负值。

表2—2泥石流灾害防治主体工程设计标准

防治工程

安全等级

降雨强度

拦挡坝抗滑安全系数

拦挡坝抗倾覆安全系数

基本

荷载组合

特殊

荷载组合

基本

荷载组合

特殊

荷载组合

一级

100年一遇

1.25

1.08

1.60

1.15

二级

50年一遇

1.20

1.07

1.50

1.14

三级

30年一遇

1.15

1.06

1.40

1.12

四级

10年一遇

1.10

1.05

1.30

1.10

3荷载分析与计算

3.1重力式实体拦挡坝

第3.1.1条作用于拦挡坝的基本荷载有：

坝体自重、泥石流压力、堆积物的土压力、过坝泥石流的动水压力、水压力、扬压力、冲击力等。

（1）坝体自重Wb取决于单宽坝体体积Vb和筑坝材料的重度γb，即：

（3.1—1）

一般浆砌块石坝的γb可取24KN/m3。

（2）泥石流竖向压力包括土体重Ws和溢流重Wf。

土体重Ws是指拦挡坝溢流面以下垂直作用于坝体斜面上的泥石流体积重量，重度有差别的互层堆积物的Ws应分层计算。

溢流重Wf是泥石流过坝时作用于坝体上的重量，按下式计算：

（3.1—2）

式中：

hd为设计溢流体厚度（m）；γd为设计溢流重度（KN/m3）。

（3）作用于拦挡坝近水平面上的水平压力有：

水石流体水平压力Fdl、泥石流流体水平压力Fvl、以及水平水压力Fwl。

Fdl可采用朗肯主动土压力公式求得：

（3.1—3）

式中：

γys=γds-（1-n）γw；

γds——干砂重度；

γw——水位重度；

n——孔隙率；

hs——水石流体堆积厚度；

φys——浮砂内摩擦角。

Fvl也采用朗肯主动土压力计算：

（3.1—4）

式中：

γs为泥石流重度；Hc为泥石流体泥深；φa为泥石流体内摩擦角，一般取值4～10°。

Fwl按下式计算：

（3.1—5）

式中：

γw为水体的重度；Hw为水的深度。

（4）过坝泥石流的动水压力σ为过坝泥石流水平作用在坝体上的泥石流动压力，按下式计算：

（3.1—6）

式中：

Vc为泥石流的平均流速（m/s）；g为重力加速度，g=9.8m/s2；γc为泥石流的重度。

（5）作用在迎水面坝踵处的扬压力Fy按下式计算：

（3.1—7）

式中：

Fy为扬压力（kPa）；H1为坝上游水深（m）；H2为坝下游水深（m）；B为坝底宽度（m）；K为折减系数，可根据坝基渗透性参见有关规范而定。

（6）冲击力Fc包括泥石流整体冲击力Fδ和泥石流中大块石的冲击力Fb。

泥石流整体冲击力用下式计算：

（3.1—8）

式中：

Fδ为泥石流整体冲击压力（kPa）；γc为泥石流的重度（kN/m3）；Vc为泥石流流速（m/s）；g为重力加速度，g=9.8m/s2；α为建筑物受力面与泥石流冲压方向的夹角（度）；λ为建筑物形状系数，圆形建筑物λ=1.0，矩形建筑物λ=1.33，方形建筑物λ=1.47。

若受冲击工程建筑物为墩、台或柱时，泥石流大块石冲击力计算公式为：

（3.1—9）

式中：

Fb为泥石流大块石冲击力（kPa）；E为工程构件弹性模量（kPa）；J为工程构件截面中心轴惯性矩（m4）；L为构件长度（m）；V为石块运动速度（m/s）；W为石块重量（kN）；g为重力加速度，取g=9.8m/s2；α为块石运动方向与构件受力面的夹角。

若受冲击构件为坝、阐或拦栅等，Fb可按下式计算：

（3.1—10）

式中符号意义同上。

第3.1.2条对于水石流，作用于拦挡坝上的荷载组合应如下考虑：

（1）空库过流时，作用荷载有：

坝体自重Wd、溢流体重Wf、水平水压力Fwl、过坝水石流的动水压力σ、水石流水平压力Fdl以及扬压力（未折减），以及与地震力的组合。

（2）未满库过流时，作用荷载有：

坝体自重Wd、土体重Ws、溢流体重Wf、水石流水平压力Fdl、水平水压力Fwl、过坝水石流的动水压力σ和扬压力Fy（考虑了折减），以及与地震力的组合。

对于泥石流，作用在拦挡坝的荷载组合，只将水石流产生的水平压力Fdl换成泥石流的Fvl。

在满库过流计算Ws时应分层考虑。

第3.1.3条拦挡坝的稳定性验算应包括以下三个方面：

（1）抗滑稳定性验算

（3.1—11）

式中：

Kc为抗滑安全系数，可根据防治工程安全等级及荷载组合取值；∑N为垂直方向作用力的总和（kN）；∑P为水平方向作用力的总和（kN）。

（2）抗倾覆验算

（3.1—12）

式中：

K0为抗倾覆安全系数，可根据防治工程安全等级及荷载组合取值；∑MN为抗倾力矩的总和（kN·m）；∑MP为倾覆力矩的总和（kN·m）。

（3）地基承载力应满足下式：

（3.1—13）

（3.1—14）

其中：

式中：

σmax为最大地基应力（kN/m2）；σmin为最小地基应力（kN/m2）；∑N为垂直力的总和（kN）；B为坝底宽度（m）；e0为偏心距；[σ]为地基容许承载力。

（4）坝身强度计算，可按结构力学公式计算。

3.2排导工程

第3.2.1条排导槽的基本荷载包括结构自重、土压力、泥石流体重量和静压力、泥石流的冲击力。

特殊荷载为地震力。

基本荷载组合：

结构自重、土压力、设计情况下的流体重量和流体静压力、泥石流的冲击力。

特殊组合：

结构自重、土压力、校核情况下的流体重量和流体静压力、泥石流的冲击力、地震力。

第3.2.2条排导槽在设计中，必须满足：

（1）整体式框架结构和全断面衬砌结构应具有足够的刚度，设计荷载作用下地基有足够的承载力。

（2）验算挡土墙在设计荷载作用下，抗滑、抗倾和地基承载力应满足设计要求。

（3）验算倾斜的护坡厚度和刚度，避免由于不均匀沉陷变形和局部应力而折断、开裂。

验算砌体和下卧层之间的抗滑稳定性应满足设计要求。

（4）验算最大冲刷深度，槛基不得悬空外露，槛基埋深应为槛高的1/2～1/3。

同时，槛顶耐磨层的耐久性满足使用年限。

（5）结构的顶冲部位应具有较好的抗冲击强度。

泥石流的抗冲击力按3.1—9计算。

第3.2.3条渡槽的基本荷载包括结构自重、填土重量及土压力（进、出口段槽体）、泥石流体重量和静压力、泥石流的冲击力。

特殊荷载为地震力和温度荷载引起的结构附加应力。

基本荷载组合：

结构自重、土压力、设计情况下的流体重量和流体静压力、泥石流的冲击力。

特殊组合：

结构自重、土压力、校核情况下的流体重量和流体静压力、泥石流的冲击力、地震力、温度荷载引起的结构附加应力。

第3.2.4条渡槽为一空间结构，其纵、横方向结构与受力均不同。

计算时选不同的结构计算单元，既作纵、横向结构总体计算，又分别计算侧墙、底板、肋箍、拉杆、腹拱、竖墙、立柱、拱墩、基础等的强度、抗裂性以及稳定性等。

上述计算强参照同类结构的计算方法进行。

4泥石流防治工程设计

4.1一般规定

第4.1.1条治理的目的是控制泥石流的发生和发展，减轻或消除对被保护对象的危害，使被保护流域恢复或建立起新的良性生态平衡，改善环境。

第4.1.2条必须在防治工程设计前，按国土资源部地质灾害调查方法规定的内容查清泥石流活动的规模、频度、发展趋势和危害性的条件下，进行有针对性的治理设计。

第4.1.3条在用地规划中，严格按泥石流河沟危险性区划限制新建、扩建项目，提高危险区内建筑物设防标准。

将减灾、防灾工作做在规划阶段。

在泥石流流域内，对泥石流从形成区、流通区到堆积区宜分别采用以恢复植被、截水、护坡、拦挡、排导和防护等工程为主的治理措施。

第4.1.4条对处于重要城镇或交通线上方，且坡降比较陡的有较强活跃性的泥石流沟，中途中不宜多用高坝拦截工程，以免积少成多，酿成大祸。

而应当加强上游沙源、水源治理，中游拦挡、停淤、减沙、减势和下游的排导停淤、护岸工程。

第4.1.5条泥石流的防治应遵循以下原则：

（1）全面规划，综合治理，突出重点，减轻和防止灾害发生。

（2）坚持以防为主，防、治结合，除害兴利的方针。

（3）结合实际，做到经济合理，技术上可靠。

第4.1.6条根据被保护对象，选择不同的防治工程类型，并按其重要性选择设计标准。

第4.1.7条泥石流防治工程设计主要参数选取和计算：

（1）泥石流体重度γc：

采用称重法或体积比法测定。

在无实验条件的情况下，可根据泥石流易发程度（N）查（N—γc—1+φ）对照表获得，见附录6（27）。

（2）泥石流流速Vc：

（4.1—1）

式中：

γH为固体物质重度；Hc为计算断面的平均泥深；Ic为泥石流水力坡度；n为泥石流沟床的糙率系数；φ为泥石流泥沙修正系数（见表6—1）。

表6—泥石流重度γc、泥石流固体物质重度γH与泥石流泥砂修正系数φ对照表

γc

γH

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

0.272

0.400

0.556

0.750

1.000

1.330

1.80

2.50

3.67

6.00

13.00

2.5

0.250

0.364

0.500

0.667

0.875

1.140

1.50

2.00

2.75

4.00

6.50

2.6

0.231

0.333

0.454

0.600

0.778

1.000

1.28

1.67

2.20

3.00

4.33

2.7

0.214

0.308

0.416

0.545

0.700

0.890

1.12

1.43

1.83

2.40

3.25

（3）泥石流流量计算：

①现场形态调查法：

（4.1—1）

式中：

Fc为泥石流过流断面面积；Vc为泥石流流速。

②雨洪计算法：

（4.1—2）

式中：

QB为清水洪峰流量。

按所在地区省水利厅印发的水文手册中计算公式计算。

KQ为泥石流流量修正系数，可按下式计算获得：

（4.1—3）

D为堵塞系数，可查表6—2获得。

表6—2泥石流堵塞系数D查阅表

堵塞程度

严重堵塞

中等严重堵塞

轻微堵塞

无堵塞

D值

（4）弯道超高△H：

（4.1—4）

式中：

B为泥面宽；R为主流中心弯曲半径。

（5）实测获得沿程泥砂级配及河床表面巨石的三轴尺寸。

4.2排导槽

第4.2.1条排导槽是一种槽形线性过流建筑物，其作用是即可提高输沙能力、增大输沙粒径，又可防止河沟纵、横向的变形。

将泥石流在控制条件下安全顺利地排泄到指定的区域。

第4.2.2条排导槽纵向轴线布置力求顺直与河沟中心线一致，尽可能利用天然沟道随弯就势。

出口段与主河应锐角相交。

第4.2.3条排导槽纵坡设计最好采用等宽度一坡到底。

必须设计变坡、变宽度的槽段，两段纵坡的变化幅度不应太大，并应做水力验算。

第4.2.4条根据泥石流流量、输沙粒径选择窄深式排导槽断面形状为宜。

常用断面形状有梯形、矩形和V型三种，也有复合型，见图4.2—1。

图4.2—1泥石流排导槽横断面形状图

第4.2.5条根据流通段沟道的特征，用类比法来计算排导槽的横断面积，应满足如下公式：

（4.2—1）

式中：

BX为排导槽的宽度（m）；BL为流通区沟道宽度（m）；IX为排导槽纵坡降（‰）；IL为流通区沟道纵坡降（‰）；HL为流通区沟道泥石流厚度（m）；HX为排导槽设计泥石流厚度（m）；nX为排导槽的糙率系数；nL为泥石流沟床的糙率系数。

第4.2.6条排导槽的深度可按下式计算确定（图4.2—2a）：

（4.2—2）

式中：

H为排导槽深度（m）；Hc为设计泥深（m）；△H为排导槽安全超高（m），一般取△H=0.5～1.0m。

排导槽弯道段，深度Hw按下式计算（图4.2—2b）：

（4.2—3）

式中：

Hw为排导槽弯道段深度（m）；△Hw为泥石流弯道超高（m），可根据式（4.1—5）计算获得。

第4.2.7条排导槽进口段平面可做成喇叭形渐变段，排导槽中心线与河沟主流中心线一致。

排导槽宽度与原河