小流域綜合加固防洪提升治理研究

付新巍

(江西省贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 336000)

1 工程概況

1.1 項目背景

建山鎮位于高安市西南部，建山鎮(新橋～英嶺)肖江治理工程地處高安市建山鎮境內，位于肖江支流三城河兩岸。工程防護面積為6.42 km2，保護耕地377.33 hm2，保護人口0.3萬人，保護建山鎮的新橋村、英嶺村、竹山村、北劉村、穎江村等村莊的防洪安全。工程起點為新橋村泉福閘上游約200 m處，終點為英嶺村謝家閘處，綜合整治河道長7.62 km。

高安市建山鎮(新橋～英嶺)肖江治理工程現有堤身斷面單薄，堤身多年出現決口險情，部分堤段迎水面迎流頂沖嚴重，穿堤箱涵年久失修。近年來，防護區內由于受洪水影響的原因，災害頻繁發生，不僅嚴重影響著當地工農業生產，人民生活民不聊生，也使得當地生態環境持續惡化，可持續發展戰略遭受阻礙。

1.2 工程現狀及存在的主要問題

本工程范圍內共有4條圩堤，分別為北劉堤、泉富堤、穎江堤及前港堤。堤身長3.0～4.0 km。堤頂高程范圍為32.0～37.5 m，堤高1.0～4.0 m，堤頂寬度一般為2.0～4.0 m。現狀4條圩堤內、外坡均無護坡；防洪堤堤外基本存在10～40 m 寬的灘地，部分臨水，堤內主要為村莊及農田。

4條圩堤全堤段堤身斷面單薄，填土土質較均勻，結構較松散，土質抗沖能力差，高水位下，堤背水坡腳水塘、低洼地內多出現過泡泉等險情。圩堤現有穿堤涵由于當時建設標準低，大部分穿堤涵均已老化嚴重，部分穿堤涵存在破裂，無法滿足排澇要求。部分穿堤建筑物跨河建筑物老化嚴重，取水困難，無法滿足當地灌溉要求。高安市對4條圩堤進行了應急整治，對背水面堤背水坡腳水塘、低洼地等進行了壓浸處理，堤腳內的險情基本得到解決，但未對堤防進行加固處理。

2 水文與地質條件

2.1 水 文

本工程及其保護對象所處區域屬亞熱帶季風濕潤氣候區，流域地形以低丘平原為主，流域內水系發達。流域面積142 km2，主河道長24.4 km，河道比降1.37%。

肖江流域洪水頻發，建山鎮地處肖江中上游地區，地勢較平坦，一經發生洪水，常泛濫成災。據統計新中國成立以來肖江共發生過5次大洪水，尤其是2020年洪水，建山鎮鎮前港村等地受淹嚴重，村莊進水達1以上，農田遭受洪澇災害，給人民群眾的財產安全帶來較大損失。

2.2 地 質

工程區位于高安市南部，區內主要地貌類型為河流沖積階地及構造剝蝕低山地貌。其中構造、剝蝕低山地勢低矮，山坡較平緩，山坡呈波狀起伏，剝蝕嚴重。其中沖積階地主要分布于肖江兩岸，地面標高大多為28～36 m，整體地勢較平坦，地形較開闊，由全新統沖洪積層組成。區內肖江總體走向為北西-南東，區內河道總體較順直，河寬10.00～43.00 m，河底高程為26.24～33.65 m。

本區不良物理地質現象主要表現為第四系地層組成的堤岸崩塌，區內未見其他明顯不良物理地質現象發育。

3 防洪標準與設計水位

3.1 防洪標準

依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)、《防洪標準》(GB 50201—2014)及《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)，本次堤岸坡工程等別為Ⅴ等，防洪(治理)標準為10 a一遇(P=10%)。

施工洪水位計算了10月—次年2月P=20%(5 a一遇)的設計洪水位以及11月—次年1月P=20%(5 a一遇)的設計洪水位。

枯水期水位定為12月—次年2月的平均水位。

3.2 河道洪水水面線推求

3.2.1 設計洪水位

對該防洪工程所處河流進行設計洪水位分析計算，從而為防洪工程設計提供依據。本次設計通過試算使用能量方程推算河道設計水面線，作為防洪工程設計洪水位。

采用天然河道非均勻流推算時，利用布置的河道橫斷面，依據分析確定的糙率、比降、水力要素、設計流量，從下游向上游推求河道設計水面線[1-5]。

河道水面線推算利用一維恒定流運動方程并考慮河道局部水頭損失后，沿河道方向進行差分離散如式(1)：

(1)

式中：Zu、Zd為上、下游斷面水位，m；ξ為局部水頭損失，對漸變流，ξ=1或ξ=0；Δs為上、下游斷面間距，m；Au、Ad為上、下游斷面過水面積，m2；Ku、Kd為上、下游斷面流量模數，m3/s；g為重力加速度，取9.81 m/s2；Q為斷面流量，m3/s。

本次水面線計算采用水利部四川省水利水電勘測設計研究院開發的SWS軟件進行計算。

(1)基本資料。以設計洪水成果與實測三城河建山段縱橫斷面資料推求設計水面線。

(2)邊界條件。推求河道設計洪水水面線的邊界條件主要包括：各控制斷面的設計洪峰流量、下游控制斷面起算水位、河道綜合糙率等。現就以上邊界條件分述如下：

①設計洪水。 下游控制斷面10 a一遇水位，謝家陂32.12 m、前港閘壩32.53 m、穎江陂壩32.89 m、泉富閘36.21 m。以各控制斷面洪水位由下游向上游逐段推求河道水面線。

②河道綜合糙率。 本次設計我院對三城河建山段進行了洪水水面線調查，主要調查到2020年洪水洪痕。從而推算出各斷面的河道綜合糙率在0.03～0.04之間。

(3)設計水面線。確定工程河段設計洪峰流量、河道綜合糙率與下游控制斷面起算水位之后，可依據實測縱橫斷面確定該河段的現狀水面線[6]。按推求河道水面線方法推求河道設計水面線。現狀水面線成果見圖1。

對工程河段加固后的水面線推求，按河道整治后的斷面資料、糙率、下游控制斷面起算水位按同樣的方法計算求得，結果詳見圖1。

本次對設計河段調查到了2020年的洪痕水位。2020年洪水發生在7月9日，降雨集中，上午開始下雨，下午六點左右即形成洪峰。根據贛江下游水文水資源監測中心分析，該次洪水重現期約20 a。調查到的三城河洪痕點如圖1所示。可以看出，P=10%設計洪水位與調查洪水的洪痕比較相應，表明本次設計洪水水面線成果基本合理。

3.2.2 施工期設計水位

本工程施工期為10月—次年2月，根據水位流量關系查算的各控制斷面施工洪水位為：謝家陂(累計間距0 m)28.82 m，前港閘壩(累計間距1205 m)29.50 m，穎江陂壩(累計間距2493 m)30.52 m，泉富閘壩(累計間距7264 m)34.35 m。依據控制斷面水位，逐段推算工程河段施工洪水位，成果見圖1。

3.2.3 設計枯水位

由于設計需要，需進行設計枯水位的分析計算。根據水位流量關系查算的各控制斷面枯水位為：謝家陂27.71 m，前港閘壩28.36 m，穎江陂壩29.86 m，泉富閘壩33.50 m。依據控制斷面水位，逐段推算工程河段枯水位，成果見圖1。

4 工程總體布置

4.1 工程等級與設計標準

工程區現有圩堤堤身不達標，局部河岸迎流頂沖、塌岸嚴重、建筑物老化、破損等。采取對部分堤防迎水面進行防護，保證堤防不受洪水沖刷，對建筑物進行加固處理的加固防洪措施。

根據《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》(SL 654—2014)，確定本工程合理使用年限為30 a；本工程主要建筑物為4條千畝圩堤，主要建筑物級別為5級，主要建筑物合理使用年限為20 a。

4.2 工程布置原則

根據我國和我省鄉鎮防洪工程建設實踐經驗，充分結合河流特點進行工程布置。

以局部護岸固腳為主，盡量不建或少建堤防。 結合河段的特點，根據現狀兼顧考慮居住、飲水、交通與環境、景觀工程等因素的影響，充分保護水生態。

因地制宜，根據河道現狀設計河道縱橫斷面，需盡量維持河道的天然形態，做到挖填平衡，減少工程占壓。

工程措施的布置需充分考慮環境、景觀要求及運行管理等因素[6-8]。

本次加固仍維持原河岸線不變，加固前后行洪能力基本一致。

4.3 肖江治理工程加固措施

高安市建山鎮肖江治理工程綜合整治河道長7.62 km，土堤培厚14.981 km，干砌石護岸長310 m，堤頂道路7.58 km，恢復現有溝渠1983 m。異址拆除重建前港閘壩，拆除重建北劉堤排水涵等10座排水涵管，接長北劉堤排水涵等18座排水涵管，拆除重建前港堤灌溉涵。新建前港堤灌溉涵、穎江堤灌溉涵。拆除重建北劉堤機耕橋，新建北劉堤機耕橋等7座機耕橋，泉富閘消力池加固等。

工程具體加固措施見表1。

4.4 堤防加固工程

本工程堤防加固范圍為：北劉堤(左樁號0+000.0～4+440.0)4.440 km、泉富堤(右樁號0+000.0～3+570.0)3.57 km、穎江堤(左樁號4+490.0～7+603)3.113 km、前港堤(右樁號3+750.0～7+608)3.858 km，總長14.981 km，堤防加固培厚處理，對現有坡進行削坡整坡處理，土堤采用黏土填筑，設計壓實度≥0.91，迎水面坡比為1∶2.5，背水坡坡比1∶2.0，堤頂寬4.0 m，堤頂設置3.0 m寬泥結石路面。

4.5 護岸設計

防洪工程迎水岸坡在支流入河口段迎流頂沖，因受水流長期沖刷的作用，逐步形成緊靠堤腳的深泓河槽，水流淘空堤腳產生崩岸塌坡現象，嚴重威脅大堤的安全；二是風浪沖擊河岸，汛期洪水來臨，水面寬廣水深增大，風急浪高，直接破壞大堤岸坡，故本次設計擬對迎流頂沖和嚴重風浪淘刷圩堤險段進行護坡、護岸處理。

為防止洪水沖刷堤坡，對左樁號1+360～1+430、右樁號2+880～3+028段長310 m堤防迎水面采用干砌塊石護坡，采用人工塊體或經過分選的塊石作為斜坡堤的護坡面層且斜坡坡率為1.5～5.0，波浪作用下單個塊體、護面層厚度及塊石的質量Q，如式(2)、式(3)[9-10]：

(2)

(3)

式中：t為塊體或塊石護面層厚度，m；Q為主要護面層的護面塊體、塊石個體質量，t；KD為穩定系數；γb為人工塊體或塊石的容重，kN/m3；γ為水的容重，kN/m3；H為計算波高，m；n為護面塊體或塊石的層數；c為系數，無量綱。

計算得面坡1∶2時，最小塊石重量Q=5.6 kg，厚度t=0.268 m，考慮到工程實際施工條件及其他堤防工程經驗，塊石重量≥15 kg，砌石厚度≥0.4 m。

干砌石護岸設置0.55 m×0.40 m(寬×深)干砌石壓頂，坡比為1∶2，干砌石護岸厚0.40 m，下設0.15 m厚砂卵石墊層，干砌石護岸頂為岸頂高程，護岸底為河床底高程并設置2.1 m×1.0 m(寬×深)干砌石固腳。

干砌石護岸應確保砌筑質量，塊石要求穩固，無松動、架空現象。所用石料必須質地堅硬、新鮮完整，無裂縫，且不易風化，不允許使用風化料，石塊形狀要大致整齊，鋒邊尖角應敲去，表面的泥垢、青苔、油質等應沖刷干凈；塊石平均粒徑不宜<30 cm，塊石密度≥2.5 g/cm3，抗壓強度R≥40 MPa，軟化系數≥0.75。

5 總 結

高安市建山鎮(新橋～英嶺)肖江治理工程防護區內受洪水影響，洪澇災害頻繁發生，給當地工農業生產帶來較大損失，也使得當地生態環境持續惡化，可持續發展戰略遭受阻礙。

設計采取了有效、經濟、安全的治理措施，能達到除險加固、提高工程防洪能力的目的。該項目實施后，可改善河道水體環境，提高區內人民群眾的生活品質，達到“河暢、水清、岸綠、景美”和人水和諧的目標，同時產生巨大的社會效益和經濟效益。