淺談九鄉河應急治理工程中河道堤防穩定計算

王明來

（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

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

圖1 九鄉河流域圖

2 水文地質情況

2.1 水文

九鄉河流域屬梅雨和臺風氣候，該氣候是造成本地區洪澇的主要因素，梅雨期一般為每年6 月～7 月，臺風氣候多出現在7 月～9 月。夏季受太平洋副熱帶高壓控制時，若前期梅雨量小，往往發生旱情。當地多年平均降水量1050 mm，其中汛期5 月～9 月占全年的63%左右。該流域為暴雨多發區。受臺風影響，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。九鄉河河道水位比降大，汛期下游水位與長江相當，一般在10 m 以下，通常在6 m～9 m，上游河道水位可達十幾米。河道水量年內變化大，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，靠河道內若干閘壩蓄水、保水。

2.2 水文地質

該地區的地表水主要是長江南京段干流水系（又稱沿江水系）、秦淮河水系。地下水分布規律十分明顯。河谷漫灘、一級階地分布為松散巖類孔隙水，埋深較淺，距地表1 m～3 m；低山區分布為風化孔隙水，埋深較大；湯山附近為巖類裂隙巖溶水和構造裂隙水，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 九鄉河水患的主要原因及河道治理的難點問題

3.1 九鄉河水患的主要原因

（1）九鄉河口無閘控制，枯水期中壩閘以下河道幾近干涸，中壩閘以上河道水質較差，河道水生態、水環境惡劣，與地區的社會發展不相適應。

（2）九鄉河也是秦淮東河的入江通道。秦淮東河是南京城市防洪規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的防洪標準，同時兼顧水環境改善和水資源調度利用。秦淮河蜿蜒曲折，汛期洪水受長江高潮位頂托，下泄受阻，歷史上洪澇災害頻發，損失嚴重，雖歷經多次整治，流域防洪標準有了一定提高，但受古城原有建筑、經濟發展及跨河交通市政基礎設施建設的影響，始終未能達到規劃的防洪標準。

3.2 河道治理的難點問題

（1）九鄉河入江口現狀無閘控制，汛期長江高水位時河道兩岸堤防長時間受洪水浸泡。下游段堤頂高程不滿足要求，堤防質量較低，抗滲性能差，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，存在防洪風險。

（2）河道部分河段束窄、跨河建筑物（如攔水閘壩、跨河橋梁）阻水嚴重，影響洪水下泄，河道整體行洪能力不足。九鄉河干流河道最初開挖疏浚是以10 年一遇的洪水標準進行的，后經部分疏浚和整治，局部河段達到20 年一遇標準。九鄉河流域部分段河道區間匯水面積大，河道現狀已難以適應流域內仙林新市區迅速發展對防洪的要求。九鄉河下游兩岸地勢較低，澇水主要靠機排。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，兩岸非常容易發生內澇。

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

4 河道的治理

九鄉河治理應急工程河道工程自羊山壩到312 國道，河道長度為2.62 km，兩岸堤防共5.24 km。河道規模為：河底高程2.5 m；河口寬不小于66 m（對應高程11.0 m～13.0 m）；坡比1∶2.5；景觀平臺迎水坡8.5 m 高程設2.5 m 寬平臺。

堤防工程等級及標準根據規范要求按照九鄉河100 年一遇洪水位，其設計洪水位為11.48 m～10.91 m、1 級堤防標準建設堤防。本次應急工程的堤防采用斜坡式土堤，填筑土料選用粘性土，河道護砌根據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，河道護砌根據需要時選擇不同的形式。

5 堤防穩定設計計算

5.1 滲流及滲透穩定計算

計算采用北京理正軟件設計研究院編制的二維滲流分析計算程序《理正滲流分析計算軟件》。斷面的選擇是根據當地地形地質條件，堤坡高度選取幾個具有代表性的斷面，見表1。

表1 選取的地勘斷面與測量樁號的對應表

計算的工況和相應參數，我們根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）要求，并結合九鄉河河道兩岸均為高地，即使下游圩區，堤防高度也較低，最高處僅為3.5 m。因此，本次只計算迎水側抗滲穩定。選取工況考慮工程運行的實際情況，見表2。

表2 滲透穩定計算工況表

參數取滲透系數的平均值進行計算，堤防土層滲透系數見表3。

表3 滲流計算物理力學性質指標簡表

其計算結果見表4。

表4 穩定滲流穩定計算成果表

根據表4 所得出的計算成果可以看出，各斷面在施工期滲透比降已經超過了允許值。通過分析，得出本次計算時因地勘未提供堤后地下水位值，計算時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，要嚴格控制堤后地下水降落速度，做好坡面排水和基坑排水，防止滲流破壞的現象發生。

5.2 抗滑穩定計算

本工程中的計算采用北京理正軟件設計研究院編制的《理正邊坡穩定分析計算程序》5.10 版。參與計算的斷面與滲流穩定計算相同。其物理性質指標(γ，容重)采用平均值，力學強度指標(c，φ)采用標準值。土體的抗剪強度指標，對穩定滲流期和施工期，采用直剪試驗的快剪；對水位降落期，采用直剪試驗的固快指標。堤身土物理力學指標見表5。

表5 物理力學指標表

計算的工況也與滲流穩定計算相同，抗滑穩定工況見表6。其計算成果見表7。

表6 抗滑穩定計算工況表

從表7 的計算成果來看，計算斷面在各工況下抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

6 結論

通過對南京市九鄉河治理工程進行論述及設計，按改設計方案實施完成后，可以起到如下效果：

（1）可以提高九鄉河所在流域自身及副城區的防洪排澇能力。歷史上該地區多次出現洪澇災害明顯暴露出上述問題，城市化進程的加快以及極端災害天氣的頻繁出現，進一步加大了城市防洪壓力，也對防洪安全提出了更高的要求。因此，九鄉河治理應急工程的實施，能夠讓洪水暢通入江，確保當地人民生命財產以及重要設施的安全。

（2）可以有效的改善當地的水環境。該工程建成后河道兩岸城市開發建設力度將會加大，現有河道水環境容量將明顯增大，“無雨無水、水質惡化”的狀況將不復存在，兩岸城市建設將協調有序的發展，從而達到暢通水系、增加水量、加快水體流動，提升水體自凈能力和水環境容量的效果。