基于設(shè)計(jì)水面線的海堤工程洪潮遭遇分析

葉遠(yuǎn)樂

（廉江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，廣東 廉江 524400）

1 工程概況

本海堤工程屬Ⅳ等工程，其主要建筑物為四級(jí)，洪水設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，設(shè)計(jì)潮位頻率標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇。圍內(nèi)屬濱海堆積平原地區(qū)，面臨北部灣，受季節(jié)性臺(tái)風(fēng)氣候影響，每年4—9 月臺(tái)風(fēng)季節(jié)都有3～5 次臺(tái)風(fēng)在該區(qū)域登陸，由于臺(tái)風(fēng)往往伴隨暴潮及暴雨，良河、南河區(qū)域是常見暴雨中心位置，流域?qū)崪y(cè)最大一天降雨405 mm，三天降雨826 mm。洪峰由暴雨產(chǎn)生，洪水時(shí)空分布不均勻，每年臺(tái)風(fēng)季節(jié)帶來暴雨并產(chǎn)生洪峰，在洪水期間，可能同時(shí)遭遇暴潮，影響抗災(zāi)能力。

2 洪水計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

采用廣東省綜合單位線程序（SUHM—1A 微機(jī)版）、推理公式法用程序（TL—1A 微機(jī)版）電算，并比較分析其結(jié)果均符合圖集小于20%的要求，根據(jù)有關(guān)要求，選用推理公式方法計(jì)算成果。

南河的集雨面積F=181 km2，河流長(zhǎng)度L=32 km，河流比降i=0.000 8，按綜合單位線和推理公式兩種方法計(jì)算，采用綜合單位線成果Q=610 m3/s。

良河集水面積F=111 km2，干流長(zhǎng)L=30 km，干流坡降J=0.000 8，按綜合單位線和推理公式兩種方法計(jì)算，采用綜合單位線成果Q=380 m3/s。

2.2 潮汐

本區(qū)根據(jù)鄰近的湛江港水文站實(shí)測(cè)潮位資料，海面潮汐屬不規(guī)則半日潮，日潮不等現(xiàn)象顯著，即在一個(gè)太陰日內(nèi)有兩次高潮和兩次低潮，而且兩個(gè)相鄰的高潮或低潮的潮位和潮流歷時(shí)均不相等，月內(nèi)有朔、望大潮和上、下弦小潮，約十五天為一周期，一年中夏潮高于冬潮，由于受徑流量和熱帶氣旋潮的影響，所以最高潮位一般出現(xiàn)于汛期，年最低潮位則多出現(xiàn)在枯季。

本海堤沿海為半日潮，即每25 h 之內(nèi)有2 次潮峰，2 次潮谷。2 次潮峰中，有一次大，一次小，日潮稱為潮，夜潮稱為汐。農(nóng)歷每月初三與十八日，中午潮水位最高，稱為大潮，每月初十、十一、二十五、二十六日潮位最低，稱為小潮。

按照《廣東省年最高潮位頻率計(jì)算成果》（黃?；妫?，湛江港站資料多年日平均潮位0.54 m；多年平均高潮位3.156 m；5 年一遇高潮位3.526 m；10 年一遇高潮位3.896 m；20 年一遇高潮位4.276 m；50 年一遇高潮位4.756 m；100 年一遇高潮位5.126 m。5 年一遇低潮位-1.774 m；10 年一遇低潮位-1.844 m；20 年一遇低潮位-1.894 m；50 年一遇低潮位-1.964 m；100 年一遇低潮位-1.994 m；

湛江港站1990—2002 年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，施工期（11 月—次年4 月）多年平均潮位0.59 m，多年平均高潮位3.06 m，多年平均低潮位-1.63 m，5 年一遇高潮位3.22 m；10 年一遇高潮位3.24 m。

2.3 設(shè)計(jì)年最高潮（水）位

根據(jù)《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》（DB 44/T182-2004）第5.2.2 條，要求對(duì)1 級(jí)、2 級(jí)的重要海堤的設(shè)計(jì)潮水位，除按附錄B 查算外，還應(yīng)進(jìn)行專題頻率計(jì)算復(fù)核。海堤為Ⅳ級(jí)海堤，僅對(duì)海堤進(jìn)行加固達(dá)標(biāo)，采用湛江港水文站設(shè)計(jì)潮水位成果更為合理。延長(zhǎng)系列分析成果作為對(duì)比，在海堤加固達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)可以采用。

依據(jù)1995 年5 月《廣東省最高潮位頻率計(jì)算成果》（以下簡(jiǎn)稱《成果》），湛江港水文站各頻率設(shè)計(jì)潮位計(jì)算成果見表1。

表1 湛江港水文站各頻率設(shè)計(jì)年潮水位（黃海基面）成果表

設(shè)計(jì)頻率（P=5%）湛江港水文站本次系列設(shè)計(jì)最高潮位成果，比《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》相應(yīng)成果高0.3 m。因本海堤段為4 級(jí)海堤，本次仍采用《成果》中的成果，即設(shè)計(jì)最高潮水位為4.276 m（P=5%）比較合理。

依據(jù)《成果》，湛江港潮位站多年平均高潮位為3.156 m，實(shí)測(cè)歷史最高潮位為1965 年4.430 m（黃基）。

2.4 海堤施工期水面線計(jì)算

2.4.1 起調(diào)水位確定

根據(jù)計(jì)算原則，由于海堤圍內(nèi)是洪潮遭遇段，以出海斷面為控制斷面，根據(jù)《成果》控制斷面起推水位選用湛江港水文站P=20%潮位為3.526 m（黃?；妫?。

2.4.2 計(jì)算要素的確定

根據(jù)實(shí)地測(cè)量的平面圖和橫剖面圖，選取有代表性的橫斷面（間距在100～500 m 之間）計(jì)算不同水位時(shí)的水力要素，如面積，水位，水面寬度等。

2.4.3 糙率的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)水面線的選用原則，施工期水面線計(jì)算選用糙率為0.027。

2.4.4 計(jì)算方法及成果

采用廣東省水利廳頒布的HD－5P 程序，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算南河、良河水面線，選兩條河5 年一遇洪峰流量和出海口5 年一遇潮位相碰的水面線，并據(jù)此計(jì)算施工期圍堰水面線，經(jīng)過樁號(hào)整理，得出海堤加固達(dá)標(biāo)工程的施工期水面線如下表2。

表2 海堤加固達(dá)標(biāo)工程施工期水面線表

3 洪潮遭遇分析

水面線計(jì)算方法：（1）根據(jù)南河、良河河段地形狀況和斷面實(shí)測(cè)水位、流量資料，選定糙率；（2）根據(jù)南河、良河已有的水文資料和水能資料，確定水面曲線計(jì)算所需的上下游邊界條件；（3）計(jì)算南河、良河20年一遇洪峰流量和出海口5 年一遇潮位相碰的水面線；（4）計(jì)算南河、良河5 年一遇洪峰流量和出海口20 年一遇潮位相碰的水面線；（5）兩種水面線計(jì)算后疊加，取外包線作為海堤設(shè)計(jì)水面線值。

3.1 海堤部分設(shè)計(jì)水面線計(jì)算成果

洪潮遭遇海堤，其水面線根據(jù)《成果》控制斷面起推水位選用湛江港水文站P=5%潮位為4.276 m（黃?；妫?，即樁號(hào)9+000—樁號(hào)9+800 段海堤水面線高程均為4.276 m。

3.2 南河天然水面線計(jì)算成果

南河水面線計(jì)算是以出海斷面為控制斷面，根據(jù)《成果》控制斷面起推水位選用湛江港站P=5%潮位為4.276 m（黃?；妫捎脧V東省天然河道水面線計(jì)算程序HD-5 電算。

據(jù)此和實(shí)測(cè)南河河床斷面資料，從出?？跀嗝嫫鹜魄蟮媚虾覲=5%天然河道洪水水面線，成果見表3。

表3 南河河道天然洪水水面線表

3.3 良河天然水面線計(jì)算成果

良河水面線計(jì)算是以出海斷面為控制斷面，根據(jù)《成果》控制斷面起推水位，選用湛江港站P=5%潮位為4.276 m（黃?；妫?，采用廣東省天然河道水面線計(jì)算程序HD-5 電算。

據(jù)此和實(shí)測(cè)良河河床斷面資料，從出海口斷面起推求得良河P=5%天然河道洪水水面線，成果見表4。

表4 良河河道天然洪水水面線表

3.4 南河設(shè)計(jì)水面線計(jì)算成果

南河水面線計(jì)算是以出海斷面為控制斷面，根據(jù)《成果》控制斷面起推水位選用湛江港站P=5%潮位為4.276 m（黃?；妫?，采用廣東省天然河道水面線計(jì)算程序HD-5 電算。據(jù)此和實(shí)測(cè)南河河床斷面資料，從出?？跀嗝嫫鹜魄蟮媚虾覲=5%設(shè)計(jì)洪水水面線，成果見表5。

表5 南河河道設(shè)計(jì)洪水水面線表

3.5 良河設(shè)計(jì)水面線計(jì)算成果

良河水面線計(jì)算是根據(jù)以出海斷面為控制斷面，根據(jù)《成果》控制斷面起推水位，選用湛江港站P=5%潮位為4.276 m（黃海基面），采用廣東省天然河道水面線計(jì)算程序HD-5 電算。

據(jù)此和實(shí)測(cè)良河河床斷面資料，從出?？跀嗝嫫鹜魄蟮昧己覲=5%設(shè)計(jì)洪水水面線，成果見表6。

表6 良河河道設(shè)計(jì)洪水水面線表

3.6 海堤加固達(dá)標(biāo)工程天然水面線、設(shè)計(jì)水面線成果

采用廣東省水利廳頒布的HD－5P 程序，結(jié)合計(jì)算機(jī)計(jì)算良河、南河天然和設(shè)計(jì)水面線，按樁號(hào)得出海堤水面線成果見表7。

表7 海堤水面線表

從表7 中可以看出，設(shè)計(jì)水面線和天然水面線差距比較小，主要是河道底部未進(jìn)行疏浚，筑堤的影響相對(duì)較小；設(shè)計(jì)水面線的水位增高是由于有些堤不夠高，導(dǎo)致在規(guī)劃堤段外形成灘涂，設(shè)計(jì)水面線降低是由于規(guī)劃的堤防進(jìn)行護(hù)坡護(hù)腳，河道糙率減少。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)測(cè)斷面，海堤現(xiàn)狀堤頂高程0.50～6.32 m，原堤頂高程均不滿足要求，本次根據(jù)實(shí)測(cè)地形和水文資料及堤前波浪要素、波浪爬高計(jì)算，確定堤頂高程，堤頂中心高程為7.050～9.771 m，不設(shè)防浪墻。根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL435-2008）規(guī)定，4 級(jí)堤防堤頂寬度應(yīng)≥3.0 m，結(jié)合防汛交通要求，設(shè)計(jì)堤頂寬為5.0 m。本次設(shè)計(jì)按規(guī)范要求，在原堤頂寬度基礎(chǔ)上拓寬。