基于设计水面线的海堤工程洪潮遭遇分析

叶远乐

（廉江市水利水电勘测设计室，广东 廉江 524400）

1 工程概况

本海堤工程属Ⅳ等工程，其主要建筑物为四级，洪水设计频率标准为20 年一遇，设计潮位频率标准为20 年一遇。围内属滨海堆积平原地区，面临北部湾，受季节性台风气候影响，每年4—9 月台风季节都有3～5 次台风在该区域登陆，由于台风往往伴随暴潮及暴雨，良河、南河区域是常见暴雨中心位置，流域实测最大一天降雨405 mm，三天降雨826 mm。洪峰由暴雨产生，洪水时空分布不均匀，每年台风季节带来暴雨并产生洪峰，在洪水期间，可能同时遭遇暴潮，影响抗灾能力。

2 洪水计算

2.1 设计洪水计算成果

采用广东省综合单位线程序（SUHM—1A 微机版）、推理公式法用程序（TL—1A 微机版）电算，并比较分析其结果均符合图集小于20%的要求，根据有关要求，选用推理公式方法计算成果。

南河的集雨面积F=181 km2，河流长度L=32 km，河流比降i=0.000 8，按综合单位线和推理公式两种方法计算，采用综合单位线成果Q=610 m3/s。

良河集水面积F=111 km2，干流长L=30 km，干流坡降J=0.000 8，按综合单位线和推理公式两种方法计算，采用综合单位线成果Q=380 m3/s。

2.2 潮汐

本区根据邻近的湛江港水文站实测潮位资料，海面潮汐属不规则半日潮，日潮不等现象显著，即在一个太阴日内有两次高潮和两次低潮，而且两个相邻的高潮或低潮的潮位和潮流历时均不相等，月内有朔、望大潮和上、下弦小潮，约十五天为一周期，一年中夏潮高于冬潮，由于受径流量和热带气旋潮的影响，所以最高潮位一般出现于汛期，年最低潮位则多出现在枯季。

本海堤沿海为半日潮，即每25 h 之内有2 次潮峰，2 次潮谷。2 次潮峰中，有一次大，一次小，日潮称为潮，夜潮称为汐。农历每月初三与十八日，中午潮水位最高，称为大潮，每月初十、十一、二十五、二十六日潮位最低，称为小潮。

按照《广东省年最高潮位频率计算成果》（黄海基面），湛江港站资料多年日平均潮位0.54 m；多年平均高潮位3.156 m；5 年一遇高潮位3.526 m；10 年一遇高潮位3.896 m；20 年一遇高潮位4.276 m；50 年一遇高潮位4.756 m；100 年一遇高潮位5.126 m。5 年一遇低潮位-1.774 m；10 年一遇低潮位-1.844 m；20 年一遇低潮位-1.894 m；50 年一遇低潮位-1.964 m；100 年一遇低潮位-1.994 m；

湛江港站1990—2002 年实测资料统计，施工期（11 月—次年4 月）多年平均潮位0.59 m，多年平均高潮位3.06 m，多年平均低潮位-1.63 m，5 年一遇高潮位3.22 m；10 年一遇高潮位3.24 m。

2.3 设计年最高潮（水）位

根据《广东省海堤工程设计导则（试行）》（DB 44/T182-2004）第5.2.2 条，要求对1 级、2 级的重要海堤的设计潮水位，除按附录B 查算外，还应进行专题频率计算复核。海堤为Ⅳ级海堤，仅对海堤进行加固达标，采用湛江港水文站设计潮水位成果更为合理。延长系列分析成果作为对比，在海堤加固达标设计时可以采用。

依据1995 年5 月《广东省最高潮位频率计算成果》（以下简称《成果》），湛江港水文站各频率设计潮位计算成果见表1。

表1 湛江港水文站各频率设计年潮水位（黄海基面）成果表

设计频率（P=5%）湛江港水文站本次系列设计最高潮位成果，比《广东省海堤工程设计导则》相应成果高0.3 m。因本海堤段为4 级海堤，本次仍采用《成果》中的成果，即设计最高潮水位为4.276 m（P=5%）比较合理。

依据《成果》，湛江港潮位站多年平均高潮位为3.156 m，实测历史最高潮位为1965 年4.430 m（黄基）。

2.4 海堤施工期水面线计算

2.4.1 起调水位确定

根据计算原则，由于海堤围内是洪潮遭遇段，以出海断面为控制断面，根据《成果》控制断面起推水位选用湛江港水文站P=20%潮位为3.526 m（黄海基面）。

2.4.2 计算要素的确定

根据实地测量的平面图和横剖面图，选取有代表性的横断面（间距在100～500 m 之间）计算不同水位时的水力要素，如面积，水位，水面宽度等。

2.4.3 糙率的确定

根据设计水面线的选用原则，施工期水面线计算选用糙率为0.027。

2.4.4 计算方法及成果

采用广东省水利厅颁布的HD－5P 程序，利用计算机计算南河、良河水面线，选两条河5 年一遇洪峰流量和出海口5 年一遇潮位相碰的水面线，并据此计算施工期围堰水面线，经过桩号整理，得出海堤加固达标工程的施工期水面线如下表2。

表2 海堤加固达标工程施工期水面线表

3 洪潮遭遇分析

水面线计算方法：（1）根据南河、良河河段地形状况和断面实测水位、流量资料，选定糙率；（2）根据南河、良河已有的水文资料和水能资料，确定水面曲线计算所需的上下游边界条件；（3）计算南河、良河20年一遇洪峰流量和出海口5 年一遇潮位相碰的水面线；（4）计算南河、良河5 年一遇洪峰流量和出海口20 年一遇潮位相碰的水面线；（5）两种水面线计算后叠加，取外包线作为海堤设计水面线值。

3.1 海堤部分设计水面线计算成果

洪潮遭遇海堤，其水面线根据《成果》控制断面起推水位选用湛江港水文站P=5%潮位为4.276 m（黄海基面），即桩号9+000—桩号9+800 段海堤水面线高程均为4.276 m。

3.2 南河天然水面线计算成果

南河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据《成果》控制断面起推水位选用湛江港站P=5%潮位为4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序HD-5 电算。

据此和实测南河河床断面资料，从出海口断面起推求得南河P=5%天然河道洪水水面线，成果见表3。

表3 南河河道天然洪水水面线表

3.3 良河天然水面线计算成果

良河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据《成果》控制断面起推水位，选用湛江港站P=5%潮位为4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序HD-5 电算。

据此和实测良河河床断面资料，从出海口断面起推求得良河P=5%天然河道洪水水面线，成果见表4。

表4 良河河道天然洪水水面线表

3.4 南河设计水面线计算成果

南河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据《成果》控制断面起推水位选用湛江港站P=5%潮位为4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序HD-5 电算。据此和实测南河河床断面资料，从出海口断面起推求得南河P=5%设计洪水水面线，成果见表5。

表5 南河河道设计洪水水面线表

3.5 良河设计水面线计算成果

良河水面线计算是根据以出海断面为控制断面，根据《成果》控制断面起推水位，选用湛江港站P=5%潮位为4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序HD-5 电算。

据此和实测良河河床断面资料，从出海口断面起推求得良河P=5%设计洪水水面线，成果见表6。

表6 良河河道设计洪水水面线表

3.6 海堤加固达标工程天然水面线、设计水面线成果

采用广东省水利厅颁布的HD－5P 程序，结合计算机计算良河、南河天然和设计水面线，按桩号得出海堤水面线成果见表7。

表7 海堤水面线表

从表7 中可以看出，设计水面线和天然水面线差距比较小，主要是河道底部未进行疏浚，筑堤的影响相对较小；设计水面线的水位增高是由于有些堤不够高，导致在规划堤段外形成滩涂，设计水面线降低是由于规划的堤防进行护坡护脚，河道糙率减少。

4 结论

根据实测断面，海堤现状堤顶高程0.50～6.32 m，原堤顶高程均不满足要求，本次根据实测地形和水文资料及堤前波浪要素、波浪爬高计算，确定堤顶高程，堤顶中心高程为7.050～9.771 m，不设防浪墙。根据《海堤工程设计规范》（SL435-2008）规定，4 级堤防堤顶宽度应≥3.0 m，结合防汛交通要求，设计堤顶宽为5.0 m。本次设计按规范要求，在原堤顶宽度基础上拓宽。