防洪工程防洪堤堤軸線方案比選分析

徐慶云

（金溪縣水利局,江西 金溪 344800）

1 防洪堤現狀

某市城西防洪工程位于贛江左岸,現狀主要為百歲聯圩內的沙灘地,百歲圩堤上游起于勝利泵站,下游止于龍頭山西側,堤線長約10.95 km。該堤于1978 年興建,1982 年汛期從樁號1+625 m～2+506 m段破口行洪。目前,勝利泵站至繩灣村段存在一個長約881 m 無防洪堤的缺口,倉前村南側至龍頭山段長約1877 m也基本無堤防,致使圩內的曲江鎮7 個村1.5 萬余人、2.36 萬畝土地及某市工業園區受贛江洪水的威脅,得不到保護,嚴重制約了某市的經濟發展。工程防洪標準為20 年一遇洪水。工程等別為Ⅲ等,防洪堤工程建筑物級別為4 級。

2 防洪堤堤軸線方案布置

2.1 堤軸線方案布置

百歲堤現狀堤頂高程在29.8 m～27.4 m 間,存在行洪缺口,基本不具備防洪功能。根據該段河道情況及防洪堤工程布置原則,擬定5 個堤線方案,見圖1。通過物理模型試驗[1],進行各堤線方案防洪影響分析研究,并與百歲堤現狀情況進行比較,模型試驗觀測項目及觀測斷面見圖2。各堤線布置方案簡述如下：

圖1 防洪堤堤軸線布置方案示意圖

圖2 模型試驗觀測項目布置示意圖

方案1：沿百歲堤現狀堤線修建滿足20 年一遇洪水標準的新堤防,堤線長11.11 km。

方案2：百歲堤繩灣段長約1.4 km堤線外移,最大外移距離200 m,其它段采用百歲堤現狀堤線。該方案堤線長11.01 km。

方案3：在河道窄處蔡家至紅門段長約3.1 km堤線外移,最大外移距離400 m,其它段采用百歲堤現狀堤線。該方案堤線長10.84 km。

方案4：在河道左岸凸咀處蔡家繩灣段長約1.8 km堤線外移,最大外移距離350 m,吳村至蔡家段堤線平均后退約100 m,其他段采用百歲堤現狀堤線。該方案堤線長10.95 km。同時考慮河道行洪需要,在河道蔡家繩灣段實施開挖,根據對鄰近水位站的多年水位變化情況的分析,擬對河道灘地高程20 m 以上部位進行開挖,以增大河道行洪斷面。

方案5：吳村至蔡家段堤線后退約100 m,河道凸咀處蔡家繩灣段長約1.8 km 堤線最大后退約360 m,劍邑大橋上游長約300 m 堤段最大后退約30 m,其他段采用百歲堤現狀堤線,堤線長10.92 km。同時考慮河道行洪需要,在河道蔡家繩灣段實施疏浚,擬疏浚河道灘地控制高程為20 m,以增大河道行洪斷面。

2.2 堤軸線方案比選

根據模型試驗成果,與工程現狀比較,方案1 實施后對贛江水位壅高值及影響范圍最大；方案2 堤線雖在蔡家繩灣處有所后退,其壅水影響仍較大；方案3 在蔡家至紅門一段堤線調整較大,由于沒有采取疏浚措施,壅水影響仍較大；方案4 在堤線后退的同時,結合疏浚高灘的工程措施,工程后水位壅高值及水位壅高影響范圍相對較小,贛江不同頻率洪水流量條件下（P=1%、2%、5%、10%）贛江河道的最大水位壅高值分別為9 cm、7 cm、4 cm 和3 cm,壅水影響范圍為某市水位站上游約9 km 的范圍；方案5 較方案4 堤線又有所優化,工程后水位壅高值及水位壅高影響范圍均較小,贛江不同頻率洪水流量條件下（P=1%、2%、5%、10%）贛江水位最大壅高值分別為9 cm、6 cm、4 cm 和2 cm。

從工程對河道流速流態的影響來看,整治工程實施后,工程附近河段河道流速有所調整,工程上游河段流速減小,工程下游局部河段流速略有增加,方案4、方案5 實施后對河段的流場影響較小。

方案4、方案5 實施后,由于堤線后退及河灘疏浚,河道的水流動力軸線在工程局部河段調整較大,流量為22800 m3/s（P=2%）和24800 m3/s（P=1%）時,受整治方案影響,在蔡家、繩灣及某市老城區束窄段內,水流動力軸線左移幅度較大。但由于大洪水持續時間短,加之堤防的加固、加高及岸線的守護等,整治工程的實施雖使得局部河段的河勢有所改變,但對工程其余河段及相關河段的河勢不會產生明顯不利影響,對河道航運影響相對較小。方案4、方案5 實施后,某市束窄段河道右岸部分減緩了主流頂沖作用,減輕了該處的防洪壓力。

方案4、方案5 在河道蔡家繩灣段實施疏浚,據對某市水位站的多年水位變化情況的分析,疏浚河道灘地高程為20 m以上。河道高灘疏浚后,汛期主流近岸,流速相對較大,定性上分析,泥沙回淤可能性較小。

通過河工模型試驗研究分析,修建堤防對工程所在河段的洪水位、水流流速、水流動力軸線都有所影響,減少這些影響的主要措施為：堤線后退及河灘地疏浚。5 個堤線方案中,方案3 局部堤線后退最大,若輔以河灘地疏浚措施,其對河道防洪影響最小,但該方案涉及搬遷人口多、房屋拆遷量大；方案5 堤線后退適中,堤線較平順,涉及的人口搬遷、房屋拆遷量較小,對河道的防洪、河勢影響有限,綜合比較分析,選擇方案5 作為某市城西防洪綜合整治工程防洪堤建設推薦方案。

3 防洪堤建設工程影響分析

3.1 滿足城市防洪規劃要求

根據《某市城市防洪規劃報告》（2010 年修訂）,百歲圩內的沙灘地將規劃為某市新城區,百歲堤目前堤身低矮單薄,存在缺口,基本不具備防洪能力,規劃對其進行整修,使之形成滿足城區防洪標準的防洪堤,設計洪水標準為20 年一遇。因此,本工程滿足防洪總體規劃要求。

3.2 防洪安全影響分析

根據模型試驗成果,推薦的堤防建設方案（方案5）實施后,50 年一遇洪水贛江局部河段最大水位壅高值為6 cm；百年一遇洪水局部河段最大水位壅高值9 cm,對所在河段水面線影響不大；而且對河段流速影響較小,因此,基本不會影響該段河道防洪安全。

3.3 河勢穩定影響分析

1）河段近期演變情況

河道平面形態和河床組成是決定河床穩定性的重要因素。某市河段位于贛江下游,為彎曲型河道。本河段的河床構成上部為厚約4.8 m 的中粗細砂和亞砂土、下伏約6 m 厚的卵石土及1.4 m 厚的強風化粉砂巖。從1985 年～2009 年20 多年的河床演變分析,本河段河道斷面雖然有沖有淤,但斷面形態變化及河床自然變形均較小,河段岸線穩定。

河段上游投入使用萬安水利樞紐及正在規劃設計的峽江水利樞紐的興建,贛江下游輸沙量明顯減少,本河段將產生一定的沖淤變化及縱向變形,但因相距較遠,對本河段直接影響較小,隨著河道來沙條件的逐漸平穩,河道的縱向變形也將趨于平穩。

2）對流速及水流動力軸線的影響

工程實施后,河段流速略有調整,斷面流速總體變化不大。受堤線后退及灘地疏浚影響,蔡家、繩灣及某市老城區束窄段內,汛期大洪水條件下,贛江水流動力軸線左移幅度較大,由于大洪水持續時間短,加之堤防的加固、加高及岸線的守護等,整治工程的實施雖使得某市河段局部河勢有所調整,但對工程其余河段及相關河段的河勢不會產生明顯影響。

3.4 對已建涉河工程的影響分析

1）對已建堤防工程的影響

洪工程所在的河段已建的堤防工程有贛江右岸的贛東大堤、左岸的萬石聯圩和羅湖堤。

贛東大堤位于贛江下游右岸,是江西省重點圩堤之一,根據模型試驗成果,整治工程（推薦方案5）實施后,50 年一遇洪水,贛江某市河段水位最大壅高值6 cm,對贛東大堤某市段堤防的安全基本不會產生明顯不利影響；防洪工程實施后右岸近岸流速變化較小,雖然局部河段水流動力軸線有所調整,某市老城區頂沖段位置有所改變,但有贛東大堤的保護,不會產生明顯不利影響。

萬石聯圩位于工程上游,受工程壅水影響,兩岸近岸流速略有減小；防洪工程實施后產生的壅水值較小,因此,對萬石聯圩沒有明顯不利影響。

羅湖堤位于工程下游,工程實施后該河段流速略有調整,水位變化較小,因此防洪工程不會對羅湖堤帶來明顯不利影響。

2）對橋梁安全的影響

防洪工程河段共有三座橫跨贛江橋梁,自上游至下游依次為贛江鐵路大橋、贛江大橋和劍邑大橋。

贛江鐵路大橋位于防洪堤起點（勝利泵站）上游約2.8 km,贛江大橋位于防洪堤起點（勝利泵站）上游約960 m。處于整治工程的壅水影響范圍內,工程實施后,河道流速略有減小,不會加大橋墩的局部沖刷,對贛江鐵路大橋及贛江大橋不會產生不利影響。

劍邑大橋位于某市水位站下游約1.3 km。根據模型試驗流速觀測資料,工程實施后斷面平均流速有所增加,50 年一遇洪水時,斷面平均流速較工程前最大增加0.03 m/s,主流區最大表面流速較工程前增加0.02 m/s,劍邑大橋橋墩附近的流速增加幅度較小,對橋墩的局部沖刷影響不大,對大橋的安全不會產生明顯不利影響。

3）對某市電廠取水排水設施的影響

電廠位于某市贛江左岸的石上鎮,裝機容量2400 MW,電廠從贛江取水。根據各級流量的水位觀測成果,工程實施后某市電廠取水口附近水位有所壅高,左岸近岸流速較工程前有所減小,這些都對電廠取水有利,對電廠排水基本無不利影響。

4）對碼頭的影響

輪渡碼頭位于劍邑大橋上游約1.1 km 處,根據各級流量的觀測成果,工程實施前后水位無明顯變化,流速變化不大,工程對輪渡碼頭不會產生明顯不利影響。

曲江碼頭位于某市龍頭山渡口下游約150 m 的贛江左岸,為鋼筋混泥土重力式碼頭。根據各級流量的水位觀測成果,工程實施前后水位無明顯變化；在通航設計流量（22800 m3/s）條件下,工程前后碼頭所在斷面平均流速變化不大,因此,工程對船舶出港和停靠碼頭基本沒有不利影響。

5）對某市水位站的影響

水位站位于工程河段某市老城區右岸,是贛江某市段的一個重要水位觀測站,已有長系列的水位觀測資料。根據各級流量的水位觀測成果,工程實施前后該水位站處水位無明顯變化,流速變化不大,說明工程對某市水位站基本不產生影響。

6）對防洪排澇閘的影響

某市萬石聯圩內現有涵閘6座,電排站2 座；羅湖堤圩內現有涵閘6 座；龍頭山下游4.5 km處設有防洪排澇閘一座,名為小港閘；泉港分洪閘位于贛東大堤樁號45+000 處,位于贛江某市河段上游；市汊防洪閘位于贛東大堤樁號97+810 處,位于贛江某市河段下游游。整治工程修建后,根據各級流量的水位觀測成果,因各涵閘處于工程的上下游,受工程壅水影響較小[2],因此,工程的實施對其附近上下游的排澇閘及其它建筑物不會產生明顯不利影響。

7）對自來水廠取水的影響

贛江某市區附近建有自來水公司下屬三個水廠,取水點的位置分別位于東岸碼頭上游100 m（屬岸邊取水泵房）、中洲右汊出口位置（屬潛水式取水泵房）和豐源二路路口。防洪工程實施后,基本對水廠取水沒有明顯不利影響。

綜上所述,某市城西防洪工程對其所在河段涉及的堤防、橋梁、碼頭、涵閘、取水等建筑物基本上沒有不利影響。

4 結語

某市城西防洪片區現狀百歲堤存在防洪缺口,給區內人民生命財產帶來嚴重的安全隱患,本文根據工程實際情況,擬定五個防洪堤堤軸線比選方案,通過物理模型試驗,選擇最佳方案,并經過防洪影響分析研究,確定所選堤軸線方案沒有任何不利影響。