九江市柴桑区城市防洪综合治理工程浅析

胡少文

(江西省九江市柴桑区水利局，江西 九江 332100)

1 概 述

工程布置九江县(2017年更名为柴桑区)是鄱阳湖生态经济区的重要组成部分，是鄱阳湖生态经济区38个重点发展县之一。九江县位于江西省北部，长江中游南岸。东倚庐山，南邻星子、德安，西接瑞昌，北与湖北黄梅、安徽宿松隔江相望，中插九江市区，使县境分成东西两部。2010年末全县总人口为326237人，其中城镇人口77038人，乡村人口249199人。长期以来由于河道堵塞，缺乏有效的治理和维护，遇到不利的自然条件，反而造成市区洪水淹没等灾害。丰富的水资源没有得到有效利用。

本次设计受九江县项目办委托，于2012年2月对九江县城市防洪综合治理项目进行了可性研究阶段的设计，完善九江县城区的防洪治涝体系。

2 水 文

2.1 流域概况

沙河是长江的一级支流，发源于九江市庐山仰天枰北风口顶。河源位于E115°57′，N29°32′，由东南向西北方向，经庐山林场黄龙庵、龙溪寺、红花岭、马鞍山进入沙河街，然后到达九江县青山嘴七里湖，进入八里湖，河口位于E115°55′，N29°39′。流域地形东南高西北低，河道较顺直，水流甚急，几乎成瀑布状，中下游地势渐趋平坦，为低丘岗地。上游河面宽小余40m，中下游河面宽40-80m，河床较稳定。

2.2 气象

九江县地处江西省北部，属中亚热带向北亚热带的过渡区，气候温湿，四季分明，雨量丰沛，光照充足。年平均气温11.5℃，历史最高气温是32.0℃，最低气温是-16.8℃；年平均蒸发量944.2mm，年平均相对湿度78%，其中7月份蒸发量最大，约占全年15%左右。多年平均风速为5.0m/s，多年平均最大风速为 25.9m/s，历年最大风速29.3m/s，风向多为ENE。多年平均降水量为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，降水量年际变化也较大。年日照时数1879h，年无霜期226-297d，多年平均262d。

3 工程任务与规模

工程建设的目标是：通过对沙河干、支流防洪堤的兴建，使九江县县城城区防洪标准提高到20a一遇，兴建防洪堤总长2.466km；根据“导排、抽排”相结合的治理原则，沙河干流上布置3座自排涵闸，沙河支流上拆除重建1座自排涵闸等治涝体系，构建完善的防洪治涝体系；提升生物多样性保护水平；推进项目地社会经济发展；建设沙河的堤顶交通公路，保障区域交通的有序通行[1]。

工程实施后，圩堤能防御沙河20a一遇洪水位。工程建设的主要任务是：

1)新建长5.0km防洪堤及堤顶交通公路。

2)对堤基薄弱段进行防渗处理。

3)对迎流顶冲堤段进行护坡、护岸，对塌岸险段进行加固。

4)新建(改建)4座自排控制闸。

5)完善必要的工程管理设施。

工程建设的规模为：新建土堤2.8km，混凝土防洪墙2.2km，预制混凝土块护坡2.8km，草皮护坡2.8km，自排涵闸4座，堤顶混凝土交通公路(含防汛公路)5.0km。

4 防洪工程

4.1 防洪总体布置及防洪堤线路选择

1)防洪总体布置：

本次设计根据《九江县城市防洪综合治理工程项目建议书》完善沙河流域九江县城区防洪体系，兴建(加固)水泥厂桥至杨家门桥段(沙河干流段桩号0+000-1+406)及新城村至沙河干、支流汇合口段(沙河支流段桩号0+000-1+006)两岸防洪堤，以使项目区内河道两侧免受洪涝灾害，两段防洪堤总长2.466km。

2)堤防线路及堤距选择：

本工程堤线是结合本段防洪堤的地形条件和现有堤防位置，并根据本段防洪堤的保护范围和主要保护对象来布置，坚决按照不缩窄现有河道、不抬高河床的现状水位来要求进行，尽量利用原有堤防，并结合上下游、左右岸、河道要素纵横断面及水力、河流特性等要素，使堤线尽可能顺滑，房屋拆迁少。

水泥厂桥以下沙河沿岸基本上是城区开发建设需要自行堆积而成，基本上没有其他防洪设施。堤顶(岸顶)高程与堤内地面高程基本一致，防洪标准偏低。本次设计堤线布置基本上沿现状岸线布置，为尽量降低施工导流的难度，堤线离现状岸线向后退10-20m；在确保河床水位不被抬高的情况下，平顺布置堤线。综合考虑以上因素，水泥厂桥至杨家门桥段沙河干流及新城村至沙河干、支流汇合口段沙河支流防洪堤线布置如下：

4.2 水面线计算

由于天然河道横断面极其不规则，底坡变化大，河道具有收缩、扩散、曲流等特点，是一条非棱柱形河道，对整个河段来说是非恒定流，但对较短的河段来说，水力要素变化不大，可以近似地认为是恒定流。根据上述原理，将天然河段划分为若干个断面，计算该河段的水面线，选取能代表河段的特征断面，利用断面间水流能量守恒原理计算河道水面线[2]。

九江县(柴桑区)城区沙河干流段水面线推求：

1)起算断面及相应水位的确定：

现状水面线起始断面为杨家门桥河段，起始断面水位根据断面过流能力反查水位流量关系曲线来断定，确定20a一遇水位为18.87m，10a一遇水位为18.73m。计算时以杨家门桥为起算断面向上游按能量守恒原理推求水面线。

河道整治后的水面线起算断面仍以杨家门桥为起算断面，起算断面水位计算方法同现状起算断面水位计算方法，其水位为：20a一遇水位为18.65m，10a一遇水位为18.42m。

2)水面线推求的方法和基本公式：

一、论文字体要求：论文标题使用小二黑体字（加粗），作者姓名使用三号楷体字，内容提要使用小三号楷体字，正文使用四号宋体字，作者简介使用四号楷体字。

水面计算的公式为：

(1)

3)水面线成果的合理性分析：

从现状水面线成果来看，计算杨家门桥段二十年一遇断面水深h=4.81m与《九江市八里湖蛟滩水利综合治理工程》(九江市水利电力规划设计院)中计算的同断面水深相近(h=4.39m)，这说明现状水面线成果是合理的。设计水面线根据堤线的布置并结合河道的清障，河道水面较有下降，说明整治后的水面线成果是合理的，也反映了堤线的布置是合理的，河道整治是有效的。

4.3 土堤

1)堤顶高程计算：

根据《防洪标准》GB50201-94、《堤防工程设计规范》GB50286-98的规定，按设计洪水加超高堤顶高程确定，其计算公式为：

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

(2)

沙河干流堤堤顶超高及沙河支流防洪墙墙顶高程计算成果详见表1。经计算，沙河干流堤超高为0.99m，沙河支流防洪墙超高为0.91m，参照相关工程经验，堤顶超高取1.0m。

表1 堤顶高程计算成果表

2)堤身抗滑稳定计算分析：

结合工程实际情况，根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)要求，进行了正常情况下土堤的抗滑稳定计算。计算内容为：设计洪水位下稳定渗流期背水侧稳定和设计洪水位下降至枯水位时临水侧岸坡稳定。

根据地质条件、堤身土质和堤防断面，选取典型断面，比如：提身高度大、地质条件差的坝段(堤基为泥质软土层或粉质细砂)进行分析计算。计算断面内各土层的物理力学参数，并根据地质报告提供的结果选取。

采用刚体极限平衡法作为计算方法，按均质土堤简化计算，计算程序采用陕西省水电勘测设计院改编的《坝坡稳定分析程序(STAB)》。浸润线采用北京理正研究院《平面稳定渗流计算程序》渗流计算成果。计算成果见下表2，通过计算结果可以说明，堤身抗滑稳定安全系数大于规范规定的允许安全系数，满足抗滑稳定的要求。

表2 堤坡抗滑稳定计算成果表

4.4 护坡

1)护坡厚度计算

护坡厚度应根据混凝土块在波浪压力和浮力作用下的整体稳定性要求确定，按《水工设计手册》式(18-10-21)计算：

(3)

式中：t为混凝土护坡厚度，m；k为安全系数，本圩为4级堤防，取k=1.15。2h为设计波高，m，取H1%。根据平均波高，按《堤防工程设计规范》(GB50286-98)表C.1.3-1计算。γc代表混凝土的容重，取2.4t/m3。γω为水的容重，取1.0t/m3。b为沿堤坡向板长，m，预制混凝土护坡为b=0.52m；α代表堤坡与水平线的夹角，m=2.0，α=26.57°。

护坡厚度计算结果见表3。根据计算结果，设计混凝土预制块护坡厚度采用10cm。

表3 混凝土护坡厚度计算成果表

4.5 防洪墙设计

4.5.1 防洪墙布置

衡重式混凝土防洪墙主要布置在沙河支流桩号0+000-0+861，地面高程20.20-16.0，底板持力层为黏土，地质条件较好。防洪墙底宽1.36-1.68m，墙高4.19-5.43m，顶宽0.5m，墙后填土高程23.89-21.70m。

4.5.2 设计计算

1)结构布置：

防洪墙顶高程采用设计洪水位加超高1.0m。墙高3.2-6.76m，采用C20衡重式挡土墙，墙底设100mmC15混凝土垫层，墙体每10m设一沉降缝。根据道路规划和抗滑稳定要求，墙后结合城市道路建设布置15.0m宽城市道路，兼作日常管理和防汛抢险等交通道路。

2)防洪墙稳定应力计算：

防洪墙的稳定应力分析考虑汛期设计洪水位及枯水期墙前无水两种情况，根据墙体自重、水压、波浪压力、土压力、土重和扬压力等荷载的不同组合，分析了墙体抗滑和倾斜的稳定性，并计算了地基的承载力。防洪墙稳定应力成果满足规范要求，见表4。

表4 防洪墙稳定应力计算成果表

5 结 论

本工程为防洪工程，为促进地区经济发展发挥重要作用。通过收集基础资料和本阶段工程设计论证、技术经济分析，基本查明了圩区工程地质条件，进行了主要堤防线路和堤防类型比较，基本查明了防洪排涝的主要技术问题，工程项目基本确定，技术上可行。经分析，在环境方面不存在制约工程实施的影响，有利于改善区域环境条件。具有较好的经济效益，为公益性的水利工程，具有较好的社会效益。