淺談九鄉(xiāng)河應(yīng)急治理工程中河道堤防穩(wěn)定計(jì)算

王明來(lái)

（江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概況

九鄉(xiāng)河，古稱“江乘浦”，是長(zhǎng)江下游的一條支流，位于江蘇省南京市，為南京市跨區(qū)的市級(jí)重要河道，中下游位于南京市棲霞區(qū)，中上游位于南京市江寧區(qū)，九鄉(xiāng)河南北走向，發(fā)源于南京市江寧區(qū)麒麟街道鎖石社區(qū)青龍山與黃龍山之間，下游主要流經(jīng)南京市棲霞區(qū)仙林大學(xué)城，在棲霞山腳下石埠橋村匯入長(zhǎng)江，又稱“鎖石溪”，流域面積104.8 km2，河道總長(zhǎng)21.65 km，其中在棲霞區(qū)境內(nèi)的長(zhǎng)度約7.89 km。（見圖1）

圖1 九鄉(xiāng)河流域圖

2 水文地質(zhì)情況

2.1 水文

九鄉(xiāng)河流域?qū)倜酚旰团_(tái)風(fēng)氣候，該氣候是造成本地區(qū)洪澇的主要因素，梅雨期一般為每年6 月～7 月，臺(tái)風(fēng)氣候多出現(xiàn)在7 月～9 月。夏季受太平洋副熱帶高壓控制時(shí)，若前期梅雨量小，往往發(fā)生旱情。當(dāng)?shù)囟嗄昶骄邓?050 mm，其中汛期5 月～9 月占全年的63%左右。該流域?yàn)楸┯甓喟l(fā)區(qū)。受臺(tái)風(fēng)影響，平均每年可有 1 次～2 次，多在 6 月 ～10 月，其中 8 月最多，7 月次之。九鄉(xiāng)河河道水位比降大，汛期下游水位與長(zhǎng)江相當(dāng)，一般在10 m 以下，通常在6 m～9 m，上游河道水位可達(dá)十幾米。河道水量年內(nèi)變化大，汛期河道流量在幾十到上百立方米；非汛期河道流量較小，從幾到幾十立方米，靠河道內(nèi)若干閘壩蓄水、保水。

2.2 水文地質(zhì)

該地區(qū)的地表水主要是長(zhǎng)江南京段干流水系（又稱沿江水系）、秦淮河水系。地下水分布規(guī)律十分明顯。河谷漫灘、一級(jí)階地分布為松散巖類孔隙水，埋深較淺，距地表1 m～3 m；低山區(qū)分布為風(fēng)化孔隙水，埋深較大；湯山附近為巖類裂隙巖溶水和構(gòu)造裂隙水，埋深較大。其中基巖裂隙水可分為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、碎屑巖類層狀裂隙水二種類型。

3 九鄉(xiāng)河水患的主要原因及河道治理的難點(diǎn)問題

3.1 九鄉(xiāng)河水患的主要原因

（1）九鄉(xiāng)河口無(wú)閘控制，枯水期中壩閘以下河道幾近干涸，中壩閘以上河道水質(zhì)較差，河道水生態(tài)、水環(huán)境惡劣，與地區(qū)的社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)。

（2）九鄉(xiāng)河也是秦淮東河的入江通道。秦淮東河是南京城市防洪規(guī)劃中秦淮河流域的分洪工程，其主要功能是分泄秦淮河流域的洪水，提高流域和南京城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼顧水環(huán)境改善和水資源調(diào)度利用。秦淮河蜿蜒曲折，汛期洪水受長(zhǎng)江高潮位頂托，下泄受阻，歷史上洪澇災(zāi)害頻發(fā)，損失嚴(yán)重，雖歷經(jīng)多次整治，流域防洪標(biāo)準(zhǔn)有了一定提高，但受古城原有建筑、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及跨河交通市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的影響，始終未能達(dá)到規(guī)劃的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 河道治理的難點(diǎn)問題

（1）九鄉(xiāng)河入江口現(xiàn)狀無(wú)閘控制，汛期長(zhǎng)江高水位時(shí)河道兩岸堤防長(zhǎng)時(shí)間受洪水浸泡。下游段堤頂高程不滿足要求，堤防質(zhì)量較低，抗?jié)B性能差，堤防斷面不足，局部有缺口，影響整體防洪能力；遭遇大洪水時(shí)，存在防洪風(fēng)險(xiǎn)。

（2）河道部分河段束窄、跨河建筑物（如攔水閘壩、跨河橋梁）阻水嚴(yán)重，影響洪水下泄，河道整體行洪能力不足。九鄉(xiāng)河干流河道最初開挖疏浚是以10 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，后經(jīng)部分疏浚和整治，局部河段達(dá)到20 年一遇標(biāo)準(zhǔn)。九鄉(xiāng)河流域部分段河道區(qū)間匯水面積大，河道現(xiàn)狀已難以適應(yīng)流域內(nèi)仙林新市區(qū)迅速發(fā)展對(duì)防洪的要求。九鄉(xiāng)河下游兩岸地勢(shì)較低，澇水主要靠機(jī)排。由于河道行洪能力不足，部分河段水位壅高較大，遭遇較大暴雨洪水，受洪水頂托，排澇站效率降低，兩岸非常容易發(fā)生內(nèi)澇。

（3）在枯水期，下游段的河床裸露；中游段雖建攔河閘壩蓄水，由于上游來(lái)水不足、缺乏水源，水體流動(dòng)不暢，水質(zhì)極易惡化。

4 河道的治理

九鄉(xiāng)河治理應(yīng)急工程河道工程自羊山壩到312 國(guó)道，河道長(zhǎng)度為2.62 km，兩岸堤防共5.24 km。河道規(guī)模為：河底高程2.5 m；河口寬不小于66 m（對(duì)應(yīng)高程11.0 m～13.0 m）；坡比1∶2.5；景觀平臺(tái)迎水坡8.5 m 高程設(shè)2.5 m 寬平臺(tái)。

堤防工程等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)規(guī)范要求按照九鄉(xiāng)河100 年一遇洪水位，其設(shè)計(jì)洪水位為11.48 m～10.91 m、1 級(jí)堤防標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)堤防。本次應(yīng)急工程的堤防采用斜坡式土堤，填筑土料選用粘性土，河道護(hù)砌根據(jù)需要選擇不同的形式。

堤防采用斜坡式土堤，填筑土料選用粘性土，河道護(hù)砌根據(jù)需要時(shí)選擇不同的形式。

5 堤防穩(wěn)定設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的二維滲流分析計(jì)算程序《理正滲流分析計(jì)算軟件》。斷面的選擇是根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件，堤坡高度選取幾個(gè)具有代表性的斷面，見表1。

表1 選取的地勘斷面與測(cè)量樁號(hào)的對(duì)應(yīng)表

計(jì)算的工況和相應(yīng)參數(shù)，我們根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）要求，并結(jié)合九鄉(xiāng)河河道兩岸均為高地，即使下游圩區(qū)，堤防高度也較低，最高處僅為3.5 m。因此，本次只計(jì)算迎水側(cè)抗?jié)B穩(wěn)定。選取工況考慮工程運(yùn)行的實(shí)際情況，見表2。

表2 滲透穩(wěn)定計(jì)算工況表

參數(shù)取滲透系數(shù)的平均值進(jìn)行計(jì)算，堤防土層滲透系數(shù)見表3。

表3 滲流計(jì)算物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)簡(jiǎn)表

其計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 穩(wěn)定滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)表4 所得出的計(jì)算成果可以看出，各斷面在施工期滲透比降已經(jīng)超過(guò)了允許值。通過(guò)分析，得出本次計(jì)算時(shí)因地勘未提供堤后地下水位值，計(jì)算時(shí)出于安全考慮地下水位取較高值（施工期堤后地下水位剛開始降落時(shí)的水位），因此該工況下水頭差偏大，算得滲透比降也偏大。所以在正式施工時(shí)，要嚴(yán)格控制堤后地下水降落速度，做好坡面排水和基坑排水，防止?jié)B流破壞的現(xiàn)象發(fā)生。

5.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

本工程中的計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的《理正邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算程序》5.10 版。參與計(jì)算的斷面與滲流穩(wěn)定計(jì)算相同。其物理性質(zhì)指標(biāo)(γ，容重)采用平均值，力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)(c，φ)采用標(biāo)準(zhǔn)值。土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)穩(wěn)定滲流期和施工期，采用直剪試驗(yàn)的快剪；對(duì)水位降落期，采用直剪試驗(yàn)的固快指標(biāo)。堤身土物理力學(xué)指標(biāo)見表5。

表5 物理力學(xué)指標(biāo)表

計(jì)算的工況也與滲流穩(wěn)定計(jì)算相同，抗滑穩(wěn)定工況見表6。其計(jì)算成果見表7。

表6 抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況表

從表7 的計(jì)算成果來(lái)看，計(jì)算斷面在各工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)南京市九鄉(xiāng)河治理工程進(jìn)行論述及設(shè)計(jì)，按改設(shè)計(jì)方案實(shí)施完成后，可以起到如下效果：

（1）可以提高九鄉(xiāng)河所在流域自身及副城區(qū)的防洪排澇能力。歷史上該地區(qū)多次出現(xiàn)洪澇災(zāi)害明顯暴露出上述問題，城市化進(jìn)程的加快以及極端災(zāi)害天氣的頻繁出現(xiàn)，進(jìn)一步加大了城市防洪壓力，也對(duì)防洪安全提出了更高的要求。因此，九鄉(xiāng)河治理應(yīng)急工程的實(shí)施，能夠讓洪水暢通入江，確保當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)以及重要設(shè)施的安全。

（2）可以有效的改善當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境。該工程建成后河道兩岸城市開發(fā)建設(shè)力度將會(huì)加大，現(xiàn)有河道水環(huán)境容量將明顯增大，“無(wú)雨無(wú)水、水質(zhì)惡化”的狀況將不復(fù)存在，兩岸城市建設(shè)將協(xié)調(diào)有序的發(fā)展，從而達(dá)到暢通水系、增加水量、加快水體流動(dòng)，提升水體自凈能力和水環(huán)境容量的效果。