江西新干县防洪工程防洪堤线设计与分析

刘庆安

（新干县水利局，江西 新干 331300）

新干县县城（老城区）防洪工程项目区段为从灌泉村附近山体处到湄湘河入赣江汇合口河道共长约7.41 km。以京九铁路路堤为界分两片，铁路桥下游已于上世纪90 年代建设了防洪堤。铁路桥上游无防洪设施处于无设防状态。已建防洪堤段河道断面较狭窄，在京九铁路桥以上县城城东新区规划区，该区地处赣江滨湖地区，地势低洼，汛期赣江水位上涨，湄湘河水位受赣江水流顶托倒灌，加上涝区本身的积水无法排出，造成严重内涝，严重影响县城防洪安全。根据防洪治涝规划和县城现状，为减少房屋拆迁，设计采用路堤结合的形式新建土堤防护；并对项目区段河道顺直开挖、疏浚清障，使堤线与洪水主流基本一致并配合城市建设布局需要。本文针对新干县防洪工程防洪堤线设计展开分析。

1 工程概况

新干县城位于新干县中部，地处湄湘河两岸，湄湘河在新干县穿城而过。湄湘是赣江的一级支流，湄湘河全长29.2 km，流域呈扇形状，流域面积201 km2，县城以上主河长29.2 km，流域面积为201 km2。

1.1 水文气象

新干县地处亚热带季风湿润气候区，春季温和，盛夏炎热，伏秋干旱，无霜期较长，雨量充沛。县城多年平均降水量1530.7 mm，历年降雨主要集中在4 月～6 月和7 月～9 月两个雨季，4 月～6 月份为锋面雨，强度大，面广，雨量多，历时长，降水量约占全年降水量45%。7 月～9 月份为台风雨或热雷雨，降雨集中，强度大，历时短，降水量约占全年降水量23%。根据新干县水文站资料，多年平均蒸发量为1044 mm。

1.2 地形、地貌及地质

工程区位于华南褶皱系赣中南褶隆、赣西南（赣州～吉安）拗陷武功山- 玉华山隆断束构造单元中。湄湘河在县城附近河流总体走势由东至西汇入赣江，地势平坦开阔，主要为冲积平原地貌，沿河发育漫滩和I 级阶地。沿途支流发育，渊塘发育。县城盆地的周边分布有紫红色砾岩、含砾砂岩、砂岩夹粉砂岩及第四系松散堆积层。

2 设计水面线推算

2.1 防洪标准

根据《防洪标准》（GB 50201-94）和《堤防工程设计规范》（GB 50286-98）及新干县城防洪标准，工程设计洪水标准采用20 a 一遇。

2.2 设计洪水

2.2.1 设计洪水位

采用能量方程通过试算的方法推求河道设计洪水水面线，以此作为圩堤设计洪水位。

水面线计算按明渠流恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。

式中：Z1、V1为上游断面的水位和平均流速；Z2、V2为下游断面的水位和平均流速；hw=hy+hj为上下游断面之间的能量损失；hy为上下游断面之间的沿程水头损失为上下游断面之间的局部水头损失；ξ 为局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，由于断面逐渐扩大的ξ 取值0.333；C 为谢才系数；R 为水力半径；a 为能动修正系数。

（1）基本资料

本次计算河段从湄湘水汇入赣江口处至上游灌泉村，共布测12 个横断面。

（2）起算水位

经分析，湄湘圩堤所处河段洪水水面线计算起算水位采用湄湘出口处赣江洪水位，既新干站洪水位。由于设计频率为20 a 一遇，属于较常遇洪水，经调查分析，与赣江大洪水遭遇频率高，故起算的赣江洪水位采用同频率洪水位，新干站20 a 一遇的设计洪水位为37.73 m，10 a 一遇的设计洪水位为37.0 m。

（3）设计洪水

20 a 一遇湄湘河洪水流量为591 m3/s，10 a 一遇洪水流量为454 m3/s。

（4）河道综合糙率

湄湘河下游河段糙率采用1994 年洪水水面线反推的河道综合糙率值。根据河段特征（河床质组成、平面形态、水流流态及岸壁特性等），参照有关资料并根据控制水位等边界条件对其作适当调整。糙率采用0.30～0.040。

（5）设计水面线

湄湘河设计洪水流量及下游控制断面新干水位站起始水位、河段综合糙率确定之后，即可采用本次实测横断面及设计整治后断面资料，采用能量方程通过试算的方法，推求湄湘河天然情况下水面线，建堤、整治后水面线采用设计整治的断面。经计算推荐堤线建堤、整治后最大壅水高度0.09 m。具体成果见表1。

表1 新干县城堤防整治后设计洪水水面线成果

3 堤线方案设计

3.1 堤线方案拟定

根据本河道的具体情况，项目区河段在天然河道桩号K0+900～4+680 间3780 m 内有6 个急弯，该段大致呈“ξ”型平面走向；在天然河道桩号K6+700～7+410 间710 m 内有2个90°急弯，该段大致呈“Z”型平面走向。限于工程投资，对河道进行整治并仅新建城东新区左岸防洪堤，右岸防洪堤由城建部门自行安排实施。本次设计对项目区段堤线布置方案拟定大范围顺直开挖和小范围顺直开挖两个方案进行比较。

3.1.1 大范围顺直开挖河道方案

工程对天然河道桩号K0+900～4+680、K6+700～7+410 段进行顺直开挖、清淤疏浚和河岸护砌及规整河槽。堤线沿景观湖外围布置，在该处有些拐弯和折点，下游至京九铁路路堤相接，全长4.16 km。

堤线布置方案：堤线起自灌泉村附近山体处，经灌泉村、顺直开挖河段、至坪上村左侧沿景观湖环湖路与铁路路堤相连，全长4.16 km。本工程仅续建自城中电排站起240 m 堤防与规划的赣江东堤相衔接。

现有两侧2260 m 的堤防堤顶均采用砼路面，堤面高程满足设计20 a 一遇洪水要求，迎水坡面边坡一般1∶1.65～1∶2.3，外设一平台，台面高程34.0 m，台面宽约4.0 m～5.0 m，背水坡面一般1∶1.6～1∶2.0 左右，部分缓为1∶2.8。此段加固处理措施为：对达到设计坡比1∶2.0 的边坡维持现状，达不到的进行陪坡处理。

新建堤防均为土堤段，土堤全长4400 m，堤顶宽结合交通要求设为4.0 m，堤顶设泥结石路面。土堤外坡坡比为1∶2.5，内坡坡比为1∶2.5。背水坡采用草皮护坡；迎水坡除左堤k1+000～1+500、右堤k1+350～1+590 段采用C15 砼预制块护坡外均采用草皮护坡[1]。河道顺直开挖后左堤桩号1+050～1+400 段、河道桩号2+300～2+550 段右岸岸线处迎流顶冲，本次对该段进行干砌块石护岸处理。并对现状工程区上游塌岸严重的险工段岸坡及湄湘河入赣江汇合口处裁弯取直两岸护岸长1460 m。

3.1.2 小范围顺直开挖河道方案

工程仅对天然河道桩号K3+000～4+650 段进行顺直开挖、清淤疏浚和河岸护砌及规整河槽。铁路桥上游左岸新建堤防全长4.00 km。

堤型布置方案：堤线起自灌泉村附近山体处，经灌泉村、崔家村、坪上村、从坪上村开始顺直开挖580 m 并沿现状河道与铁路路堤相连，全长4.00 km。本工程沿现状河道走向左岸续建自通远桥起1038 m 堤防、右岸续建自城中电排站起240 m 堤防与规划的赣江东堤相衔接。

现有两侧2260 m 的堤防处理方案同大范围顺直开挖河道方案。

3.2 堤线方案比较

（1）从行洪及河势控制方面考虑，大范围顺直开挖河道方案使河道更加顺直，水流平顺通畅，河堤堤线与大洪水的主流线基本平行，可防止弯道继续变形、崩岸，对防洪及河势控制极为有利。

（2）从占压耕地及房屋拆迁方面考虑，统筹县城区河段左、右两岸防洪工程建设需要分析，大范围顺直开挖河道方案工程需拆迁房屋822 m2，永久占地191 亩，其中占用水田面积180 亩。小范围顺直开挖河道方案工程需拆迁房屋1932 m2，永久占地239 亩，其中占用水田面积228 亩。大范围顺直开挖河道方案比小范围顺直开挖河道方案少拆迁房屋1110 m2，少占用水田48 亩。由于小范围顺直开挖河道方案需拆迁房屋段绝大部分处于县城老城区，位于湄湘河汇入赣江河口处左岸，且该处房屋基本上都为4～7 层以上的新开发小区，实施过程必拆迁工作量及难度太大延误工程实施；大范围顺直开挖河道方案拆迁量少得多，且位于农村区，拆迁工作量和难度更小有利于工程顺利实施。

（3）从投资方面考虑，大范围顺直开挖河道方案比小范围顺直开挖河道方案堤线短930 m，综合造价省490 万元。

（4）顺直开挖河道方案也有利于结合城东新区城市总体规划建设需要、节省投资和避免不必要的浪费、冲突并能保障项目顺利实施。

根据上述原因，本次设计推荐大范围顺直开挖河道方案。

4 结语

新干县防洪工程的实施，将极大改善新干县城居民的居住环境和招商引资投资环境，并能确保新干县城遭遇设计洪水时不受外洪内涝的侵害，为城市建设提供防洪安全保障，工程社会效益、经济效益，生态环境效益显著。通过方案比选，确定本工程采用大范围顺直开挖河道方案，不仅可以使河道更加顺直，水流平顺通畅，防止弯道继续变形、崩岸；而且实施过程拆迁工作量和难度小，有利于工程顺利实施。因此推荐采用大范围顺直开挖河道方案。