江西新干縣防洪工程防洪堤線設(shè)計(jì)與分析

劉慶安

（新干縣水利局，江西 新干 331300）

新干縣縣城（老城區(qū)）防洪工程項(xiàng)目區(qū)段為從灌泉村附近山體處到湄湘河入贛江匯合口河道共長(zhǎng)約7.41 km。以京九鐵路路堤為界分兩片，鐵路橋下游已于上世紀(jì)90 年代建設(shè)了防洪堤。鐵路橋上游無(wú)防洪設(shè)施處于無(wú)設(shè)防狀態(tài)。已建防洪堤段河道斷面較狹窄，在京九鐵路橋以上縣城城東新區(qū)規(guī)劃區(qū)，該區(qū)地處贛江濱湖地區(qū)，地勢(shì)低洼，汛期贛江水位上漲，湄湘河水位受贛江水流頂托倒灌，加上澇區(qū)本身的積水無(wú)法排出，造成嚴(yán)重內(nèi)澇，嚴(yán)重影響縣城防洪安全。根據(jù)防洪治澇規(guī)劃和縣城現(xiàn)狀，為減少房屋拆遷，設(shè)計(jì)采用路堤結(jié)合的形式新建土堤防護(hù)；并對(duì)項(xiàng)目區(qū)段河道順直開(kāi)挖、疏浚清障，使堤線與洪水主流基本一致并配合城市建設(shè)布局需要。本文針對(duì)新干縣防洪工程防洪堤線設(shè)計(jì)展開(kāi)分析。

1 工程概況

新干縣城位于新干縣中部，地處湄湘河兩岸，湄湘河在新干縣穿城而過(guò)。湄湘是贛江的一級(jí)支流，湄湘河全長(zhǎng)29.2 km，流域呈扇形狀，流域面積201 km2，縣城以上主河長(zhǎng)29.2 km，流域面積為201 km2。

1.1 水文氣象

新干縣地處亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，春季溫和，盛夏炎熱，伏秋干旱，無(wú)霜期較長(zhǎng)，雨量充沛?？h城多年平均降水量1530.7 mm，歷年降雨主要集中在4 月～6 月和7 月～9 月兩個(gè)雨季，4 月～6 月份為鋒面雨，強(qiáng)度大，面廣，雨量多，歷時(shí)長(zhǎng)，降水量約占全年降水量45%。7 月～9 月份為臺(tái)風(fēng)雨或熱雷雨，降雨集中，強(qiáng)度大，歷時(shí)短，降水量約占全年降水量23%。根據(jù)新干縣水文站資料，多年平均蒸發(fā)量為1044 mm。

1.2 地形、地貌及地質(zhì)

工程區(qū)位于華南褶皺系贛中南褶隆、贛西南（贛州～吉安）拗陷武功山- 玉華山隆斷束構(gòu)造單元中。湄湘河在縣城附近河流總體走勢(shì)由東至西匯入贛江，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，主要為沖積平原地貌，沿河發(fā)育漫灘和I 級(jí)階地。沿途支流發(fā)育，淵塘發(fā)育?？h城盆地的周邊分布有紫紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖夾粉砂巖及第四系松散堆積層。

2 設(shè)計(jì)水面線推算

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-94）和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-98）及新干縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)，工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20 a 一遇。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

2.2.1 設(shè)計(jì)洪水位

采用能量方程通過(guò)試算的方法推求河道設(shè)計(jì)洪水水面線，以此作為圩堤設(shè)計(jì)洪水位。

水面線計(jì)算按明渠流恒定非均勻漸變流能量方程，在相鄰斷面之間建立方程，采用逐段試算法從下游往上游進(jìn)行推算。

式中：Z1、V1為上游斷面的水位和平均流速；Z2、V2為下游斷面的水位和平均流速；hw=hy+hj為上下游斷面之間的能量損失；hy為上下游斷面之間的沿程水頭損失為上下游斷面之間的局部水頭損失；ξ 為局部水頭損失系數(shù)，根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，由于斷面逐漸擴(kuò)大的ξ 取值0.333；C 為謝才系數(shù)；R 為水力半徑；a 為能動(dòng)修正系數(shù)。

（1）基本資料

本次計(jì)算河段從湄湘水匯入贛江口處至上游灌泉村，共布測(cè)12 個(gè)橫斷面。

（2）起算水位

經(jīng)分析，湄湘圩堤所處河段洪水水面線計(jì)算起算水位采用湄湘出口處贛江洪水位，既新干站洪水位。由于設(shè)計(jì)頻率為20 a 一遇，屬于較常遇洪水，經(jīng)調(diào)查分析，與贛江大洪水遭遇頻率高，故起算的贛江洪水位采用同頻率洪水位，新干站20 a 一遇的設(shè)計(jì)洪水位為37.73 m，10 a 一遇的設(shè)計(jì)洪水位為37.0 m。

（3）設(shè)計(jì)洪水

20 a 一遇湄湘河洪水流量為591 m3/s，10 a 一遇洪水流量為454 m3/s。

（4）河道綜合糙率

湄湘河下游河段糙率采用1994 年洪水水面線反推的河道綜合糙率值。根據(jù)河段特征（河床質(zhì)組成、平面形態(tài)、水流流態(tài)及岸壁特性等），參照有關(guān)資料并根據(jù)控制水位等邊界條件對(duì)其作適當(dāng)調(diào)整。糙率采用0.30～0.040。

（5）設(shè)計(jì)水面線

湄湘河設(shè)計(jì)洪水流量及下游控制斷面新干水位站起始水位、河段綜合糙率確定之后，即可采用本次實(shí)測(cè)橫斷面及設(shè)計(jì)整治后斷面資料，采用能量方程通過(guò)試算的方法，推求湄湘河天然情況下水面線，建堤、整治后水面線采用設(shè)計(jì)整治的斷面。經(jīng)計(jì)算推薦堤線建堤、整治后最大壅水高度0.09 m。具體成果見(jiàn)表1。

表1 新干縣城堤防整治后設(shè)計(jì)洪水水面線成果

3 堤線方案設(shè)計(jì)

3.1 堤線方案擬定

根據(jù)本河道的具體情況，項(xiàng)目區(qū)河段在天然河道樁號(hào)K0+900～4+680 間3780 m 內(nèi)有6 個(gè)急彎，該段大致呈“ξ”型平面走向；在天然河道樁號(hào)K6+700～7+410 間710 m 內(nèi)有2個(gè)90°急彎，該段大致呈“Z”型平面走向。限于工程投資，對(duì)河道進(jìn)行整治并僅新建城東新區(qū)左岸防洪堤，右岸防洪堤由城建部門自行安排實(shí)施。本次設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)段堤線布置方案擬定大范圍順直開(kāi)挖和小范圍順直開(kāi)挖兩個(gè)方案進(jìn)行比較。

3.1.1 大范圍順直開(kāi)挖河道方案

工程對(duì)天然河道樁號(hào)K0+900～4+680、K6+700～7+410 段進(jìn)行順直開(kāi)挖、清淤疏浚和河岸護(hù)砌及規(guī)整河槽。堤線沿景觀湖外圍布置，在該處有些拐彎和折點(diǎn)，下游至京九鐵路路堤相接，全長(zhǎng)4.16 km。

堤線布置方案：堤線起自灌泉村附近山體處，經(jīng)灌泉村、順直開(kāi)挖河段、至坪上村左側(cè)沿景觀湖環(huán)湖路與鐵路路堤相連，全長(zhǎng)4.16 km。本工程僅續(xù)建自城中電排站起240 m 堤防與規(guī)劃的贛江東堤相銜接。

現(xiàn)有兩側(cè)2260 m 的堤防堤頂均采用砼路面，堤面高程滿足設(shè)計(jì)20 a 一遇洪水要求，迎水坡面邊坡一般1∶1.65～1∶2.3，外設(shè)一平臺(tái)，臺(tái)面高程34.0 m，臺(tái)面寬約4.0 m～5.0 m，背水坡面一般1∶1.6～1∶2.0 左右，部分緩為1∶2.8。此段加固處理措施為：對(duì)達(dá)到設(shè)計(jì)坡比1∶2.0 的邊坡維持現(xiàn)狀，達(dá)不到的進(jìn)行陪坡處理。

新建堤防均為土堤段，土堤全長(zhǎng)4400 m，堤頂寬結(jié)合交通要求設(shè)為4.0 m，堤頂設(shè)泥結(jié)石路面。土堤外坡坡比為1∶2.5，內(nèi)坡坡比為1∶2.5。背水坡采用草皮護(hù)坡；迎水坡除左堤k1+000～1+500、右堤k1+350～1+590 段采用C15 砼預(yù)制塊護(hù)坡外均采用草皮護(hù)坡[1]。河道順直開(kāi)挖后左堤樁號(hào)1+050～1+400 段、河道樁號(hào)2+300～2+550 段右岸岸線處迎流頂沖，本次對(duì)該段進(jìn)行干砌塊石護(hù)岸處理。并對(duì)現(xiàn)狀工程區(qū)上游塌岸嚴(yán)重的險(xiǎn)工段岸坡及湄湘河入贛江匯合口處裁彎取直兩岸護(hù)岸長(zhǎng)1460 m。

3.1.2 小范圍順直開(kāi)挖河道方案

工程僅對(duì)天然河道樁號(hào)K3+000～4+650 段進(jìn)行順直開(kāi)挖、清淤疏浚和河岸護(hù)砌及規(guī)整河槽。鐵路橋上游左岸新建堤防全長(zhǎng)4.00 km。

堤型布置方案：堤線起自灌泉村附近山體處，經(jīng)灌泉村、崔家村、坪上村、從坪上村開(kāi)始順直開(kāi)挖580 m 并沿現(xiàn)狀河道與鐵路路堤相連，全長(zhǎng)4.00 km。本工程沿現(xiàn)狀河道走向左岸續(xù)建自通遠(yuǎn)橋起1038 m 堤防、右岸續(xù)建自城中電排站起240 m 堤防與規(guī)劃的贛江東堤相銜接。

現(xiàn)有兩側(cè)2260 m 的堤防處理方案同大范圍順直開(kāi)挖河道方案。

3.2 堤線方案比較

（1）從行洪及河勢(shì)控制方面考慮，大范圍順直開(kāi)挖河道方案使河道更加順直，水流平順通暢，河堤堤線與大洪水的主流線基本平行，可防止彎道繼續(xù)變形、崩岸，對(duì)防洪及河勢(shì)控制極為有利。

（2）從占?jí)焊丶胺课莶疬w方面考慮，統(tǒng)籌縣城區(qū)河段左、右兩岸防洪工程建設(shè)需要分析，大范圍順直開(kāi)挖河道方案工程需拆遷房屋822 m2，永久占地191 畝，其中占用水田面積180 畝。小范圍順直開(kāi)挖河道方案工程需拆遷房屋1932 m2，永久占地239 畝，其中占用水田面積228 畝。大范圍順直開(kāi)挖河道方案比小范圍順直開(kāi)挖河道方案少拆遷房屋1110 m2，少占用水田48 畝。由于小范圍順直開(kāi)挖河道方案需拆遷房屋段絕大部分處于縣城老城區(qū)，位于湄湘河匯入贛江河口處左岸，且該處房屋基本上都為4～7 層以上的新開(kāi)發(fā)小區(qū)，實(shí)施過(guò)程必拆遷工作量及難度太大延誤工程實(shí)施；大范圍順直開(kāi)挖河道方案拆遷量少得多，且位于農(nóng)村區(qū)，拆遷工作量和難度更小有利于工程順利實(shí)施。

（3）從投資方面考慮，大范圍順直開(kāi)挖河道方案比小范圍順直開(kāi)挖河道方案堤線短930 m，綜合造價(jià)省490 萬(wàn)元。

（4）順直開(kāi)挖河道方案也有利于結(jié)合城東新區(qū)城市總體規(guī)劃建設(shè)需要、節(jié)省投資和避免不必要的浪費(fèi)、沖突并能保障項(xiàng)目順利實(shí)施。

根據(jù)上述原因，本次設(shè)計(jì)推薦大范圍順直開(kāi)挖河道方案。

4 結(jié)語(yǔ)

新干縣防洪工程的實(shí)施，將極大改善新干縣城居民的居住環(huán)境和招商引資投資環(huán)境，并能確保新干縣城遭遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)不受外洪內(nèi)澇的侵害，為城市建設(shè)提供防洪安全保障，工程社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)環(huán)境效益顯著。通過(guò)方案比選，確定本工程采用大范圍順直開(kāi)挖河道方案，不僅可以使河道更加順直，水流平順通暢，防止彎道繼續(xù)變形、崩岸；而且實(shí)施過(guò)程拆遷工作量和難度小，有利于工程順利實(shí)施。因此推薦采用大范圍順直開(kāi)挖河道方案。