九江市柴桑區城市防洪綜合治理工程淺析

胡少文

(江西省九江市柴桑區水利局，江西 九江 332100)

1 概 述

工程布置九江縣(2017年更名為柴桑區)是鄱陽湖生態經濟區的重要組成部分，是鄱陽湖生態經濟區38個重點發展縣之一。九江縣位于江西省北部，長江中游南岸。東倚廬山，南鄰星子、德安，西接瑞昌，北與湖北黃梅、安徽宿松隔江相望，中插九江市區，使縣境分成東西兩部。2010年末全縣總人口為326237人，其中城鎮人口77038人，鄉村人口249199人。長期以來由于河道堵塞，缺乏有效的治理和維護，遇到不利的自然條件，反而造成市區洪水淹沒等災害。豐富的水資源沒有得到有效利用。

本次設計受九江縣項目辦委托，于2012年2月對九江縣城市防洪綜合治理項目進行了可性研究階段的設計，完善九江縣城區的防洪治澇體系。

2 水 文

2.1 流域概況

沙河是長江的一級支流，發源于九江市廬山仰天枰北風口頂。河源位于E115°57′，N29°32′，由東南向西北方向，經廬山林場黃龍庵、龍溪寺、紅花嶺、馬鞍山進入沙河街，然后到達九江縣青山嘴七里湖，進入八里湖，河口位于E115°55′，N29°39′。流域地形東南高西北低，河道較順直，水流甚急，幾乎成瀑布狀，中下游地勢漸趨平坦，為低丘崗地。上游河面寬小余40m，中下游河面寬40-80m，河床較穩定。

2.2 氣象

九江縣地處江西省北部，屬中亞熱帶向北亞熱帶的過渡區，氣候溫濕，四季分明，雨量豐沛，光照充足。年平均氣溫11.5℃，歷史最高氣溫是32.0℃，最低氣溫是-16.8℃；年平均蒸發量944.2mm，年平均相對濕度78%，其中7月份蒸發量最大，約占全年15%左右。多年平均風速為5.0m/s，多年平均最大風速為 25.9m/s，歷年最大風速29.3m/s，風向多為ENE。多年平均降水量為1947.9mm，年最大降雨量是3034.8mm，最小降雨量是1181.7mm。年降水量分布不均，降水量年際變化也較大。年日照時數1879h，年無霜期226-297d，多年平均262d。

3 工程任務與規模

工程建設的目標是：通過對沙河干、支流防洪堤的興建，使九江縣縣城城區防洪標準提高到20a一遇，興建防洪堤總長2.466km；根據“導排、抽排”相結合的治理原則，沙河干流上布置3座自排涵閘，沙河支流上拆除重建1座自排涵閘等治澇體系，構建完善的防洪治澇體系；提升生物多樣性保護水平；推進項目地社會經濟發展；建設沙河的堤頂交通公路，保障區域交通的有序通行[1]。

工程實施后，圩堤能防御沙河20a一遇洪水位。工程建設的主要任務是：

1)新建長5.0km防洪堤及堤頂交通公路。

2)對堤基薄弱段進行防滲處理。

3)對迎流頂沖堤段進行護坡、護岸，對塌岸險段進行加固。

4)新建(改建)4座自排控制閘。

5)完善必要的工程管理設施。

工程建設的規模為：新建土堤2.8km，混凝土防洪墻2.2km，預制混凝土塊護坡2.8km，草皮護坡2.8km，自排涵閘4座，堤頂混凝土交通公路(含防汛公路)5.0km。

4 防洪工程

4.1 防洪總體布置及防洪堤線路選擇

1)防洪總體布置：

本次設計根據《九江縣城市防洪綜合治理工程項目建議書》完善沙河流域九江縣城區防洪體系，興建(加固)水泥廠橋至楊家門橋段(沙河干流段樁號0+000-1+406)及新城村至沙河干、支流匯合口段(沙河支流段樁號0+000-1+006)兩岸防洪堤，以使項目區內河道兩側免受洪澇災害，兩段防洪堤總長2.466km。

2)堤防線路及堤距選擇：

本工程堤線是結合本段防洪堤的地形條件和現有堤防位置，并根據本段防洪堤的保護范圍和主要保護對象來布置，堅決按照不縮窄現有河道、不抬高河床的現狀水位來要求進行，盡量利用原有堤防，并結合上下游、左右岸、河道要素縱橫斷面及水力、河流特性等要素，使堤線盡可能順滑，房屋拆遷少。

水泥廠橋以下沙河沿岸基本上是城區開發建設需要自行堆積而成，基本上沒有其他防洪設施。堤頂(岸頂)高程與堤內地面高程基本一致，防洪標準偏低。本次設計堤線布置基本上沿現狀岸線布置，為盡量降低施工導流的難度，堤線離現狀岸線向后退10-20m；在確保河床水位不被抬高的情況下，平順布置堤線。綜合考慮以上因素，水泥廠橋至楊家門橋段沙河干流及新城村至沙河干、支流匯合口段沙河支流防洪堤線布置如下：

4.2 水面線計算

由于天然河道橫斷面極其不規則，底坡變化大，河道具有收縮、擴散、曲流等特點，是一條非棱柱形河道，對整個河段來說是非恒定流，但對較短的河段來說，水力要素變化不大，可以近似地認為是恒定流。根據上述原理，將天然河段劃分為若干個斷面，計算該河段的水面線，選取能代表河段的特征斷面，利用斷面間水流能量守恒原理計算河道水面線[2]。

九江縣(柴桑區)城區沙河干流段水面線推求：

1)起算斷面及相應水位的確定：

現狀水面線起始斷面為楊家門橋河段，起始斷面水位根據斷面過流能力反查水位流量關系曲線來斷定，確定20a一遇水位為18.87m，10a一遇水位為18.73m。計算時以楊家門橋為起算斷面向上游按能量守恒原理推求水面線。

河道整治后的水面線起算斷面仍以楊家門橋為起算斷面，起算斷面水位計算方法同現狀起算斷面水位計算方法，其水位為：20a一遇水位為18.65m，10a一遇水位為18.42m。

2)水面線推求的方法和基本公式：

一、論文字體要求：論文標題使用小二黑體字（加粗），作者姓名使用三號楷體字，內容提要使用小三號楷體字，正文使用四號宋體字，作者簡介使用四號楷體字。

水面計算的公式為：

(1)

3)水面線成果的合理性分析：

從現狀水面線成果來看，計算楊家門橋段二十年一遇斷面水深h=4.81m與《九江市八里湖蛟灘水利綜合治理工程》(九江市水利電力規劃設計院)中計算的同斷面水深相近(h=4.39m)，這說明現狀水面線成果是合理的。設計水面線根據堤線的布置并結合河道的清障，河道水面較有下降，說明整治后的水面線成果是合理的，也反映了堤線的布置是合理的，河道整治是有效的。

4.3 土堤

1)堤頂高程計算：

根據《防洪標準》GB50201-94、《堤防工程設計規范》GB50286-98的規定，按設計洪水加超高堤頂高程確定，其計算公式為：

Z=Zp5%+Y
Y=R+e+A

(2)

沙河干流堤堤頂超高及沙河支流防洪墻墻頂高程計算成果詳見表1。經計算，沙河干流堤超高為0.99m，沙河支流防洪墻超高為0.91m，參照相關工程經驗，堤頂超高取1.0m。

表1 堤頂高程計算成果表

2)堤身抗滑穩定計算分析：

結合工程實際情況，根據《堤防工程設計規范》(GB50286-98)要求，進行了正常情況下土堤的抗滑穩定計算。計算內容為：設計洪水位下穩定滲流期背水側穩定和設計洪水位下降至枯水位時臨水側岸坡穩定。

根據地質條件、堤身土質和堤防斷面，選取典型斷面，比如：提身高度大、地質條件差的壩段(堤基為泥質軟土層或粉質細砂)進行分析計算。計算斷面內各土層的物理力學參數，并根據地質報告提供的結果選取。

采用剛體極限平衡法作為計算方法，按均質土堤簡化計算，計算程序采用陜西省水電勘測設計院改編的《壩坡穩定分析程序(STAB)》。浸潤線采用北京理正研究院《平面穩定滲流計算程序》滲流計算成果。計算成果見下表2，通過計算結果可以說明，堤身抗滑穩定安全系數大于規范規定的允許安全系數，滿足抗滑穩定的要求。

表2 堤坡抗滑穩定計算成果表

4.4 護坡

1)護坡厚度計算

護坡厚度應根據混凝土塊在波浪壓力和浮力作用下的整體穩定性要求確定，按《水工設計手冊》式(18-10-21)計算：

(3)

式中：t為混凝土護坡厚度，m；k為安全系數，本圩為4級堤防，取k=1.15。2h為設計波高，m，取H1%。根據平均波高，按《堤防工程設計規范》(GB50286-98)表C.1.3-1計算。γc代表混凝土的容重，取2.4t/m3。γω為水的容重，取1.0t/m3。b為沿堤坡向板長，m，預制混凝土護坡為b=0.52m；α代表堤坡與水平線的夾角，m=2.0，α=26.57°。

護坡厚度計算結果見表3。根據計算結果，設計混凝土預制塊護坡厚度采用10cm。

表3 混凝土護坡厚度計算成果表

4.5 防洪墻設計

4.5.1 防洪墻布置

衡重式混凝土防洪墻主要布置在沙河支流樁號0+000-0+861，地面高程20.20-16.0，底板持力層為黏土，地質條件較好。防洪墻底寬1.36-1.68m，墻高4.19-5.43m，頂寬0.5m，墻后填土高程23.89-21.70m。

4.5.2 設計計算

1)結構布置：

防洪墻頂高程采用設計洪水位加超高1.0m。墻高3.2-6.76m，采用C20衡重式擋土墻，墻底設100mmC15混凝土墊層，墻體每10m設一沉降縫。根據道路規劃和抗滑穩定要求，墻后結合城市道路建設布置15.0m寬城市道路，兼作日常管理和防汛搶險等交通道路。

2)防洪墻穩定應力計算：

防洪墻的穩定應力分析考慮汛期設計洪水位及枯水期墻前無水兩種情況，根據墻體自重、水壓、波浪壓力、土壓力、土重和揚壓力等荷載的不同組合，分析了墻體抗滑和傾斜的穩定性，并計算了地基的承載力。防洪墻穩定應力成果滿足規范要求，見表4。

表4 防洪墻穩定應力計算成果表

5 結 論

本工程為防洪工程，為促進地區經濟發展發揮重要作用。通過收集基礎資料和本階段工程設計論證、技術經濟分析，基本查明了圩區工程地質條件，進行了主要堤防線路和堤防類型比較，基本查明了防洪排澇的主要技術問題，工程項目基本確定，技術上可行。經分析，在環境方面不存在制約工程實施的影響，有利于改善區域環境條件。具有較好的經濟效益，為公益性的水利工程，具有較好的社會效益。