浅谈九乡河应急治理工程中河道堤防稳定计算

王明来

（江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 210000）

1 概况

九乡河，古称“江乘浦”，是长江下游的一条支流，位于江苏省南京市，为南京市跨区的市级重要河道，中下游位于南京市栖霞区，中上游位于南京市江宁区，九乡河南北走向，发源于南京市江宁区麒麟街道锁石社区青龙山与黄龙山之间，下游主要流经南京市栖霞区仙林大学城，在栖霞山脚下石埠桥村汇入长江，又称“锁石溪”，流域面积104.8 km2，河道总长21.65 km，其中在栖霞区境内的长度约7.89 km。（见图1）

图1 九乡河流域图

2 水文地质情况

2.1 水文

九乡河流域属梅雨和台风气候，该气候是造成本地区洪涝的主要因素，梅雨期一般为每年6 月～7 月，台风气候多出现在7 月～9 月。夏季受太平洋副热带高压控制时，若前期梅雨量小，往往发生旱情。当地多年平均降水量1050 mm，其中汛期5 月～9 月占全年的63%左右。该流域为暴雨多发区。受台风影响，平均每年可有 1 次～2 次，多在 6 月 ～10 月，其中 8 月最多，7 月次之。九乡河河道水位比降大，汛期下游水位与长江相当，一般在10 m 以下，通常在6 m～9 m，上游河道水位可达十几米。河道水量年内变化大，汛期河道流量在几十到上百立方米；非汛期河道流量较小，从几到几十立方米，靠河道内若干闸坝蓄水、保水。

2.2 水文地质

该地区的地表水主要是长江南京段干流水系（又称沿江水系）、秦淮河水系。地下水分布规律十分明显。河谷漫滩、一级阶地分布为松散岩类孔隙水，埋深较浅，距地表1 m～3 m；低山区分布为风化孔隙水，埋深较大；汤山附近为岩类裂隙岩溶水和构造裂隙水，埋深较大。其中基岩裂隙水可分为碳酸盐岩类裂隙溶洞水、碎屑岩类层状裂隙水二种类型。

3 九乡河水患的主要原因及河道治理的难点问题

3.1 九乡河水患的主要原因

（1）九乡河口无闸控制，枯水期中坝闸以下河道几近干涸，中坝闸以上河道水质较差，河道水生态、水环境恶劣，与地区的社会发展不相适应。

（2）九乡河也是秦淮东河的入江通道。秦淮东河是南京城市防洪规划中秦淮河流域的分洪工程，其主要功能是分泄秦淮河流域的洪水，提高流域和南京城区的防洪标准，同时兼顾水环境改善和水资源调度利用。秦淮河蜿蜒曲折，汛期洪水受长江高潮位顶托，下泄受阻，历史上洪涝灾害频发，损失严重，虽历经多次整治，流域防洪标准有了一定提高，但受古城原有建筑、经济发展及跨河交通市政基础设施建设的影响，始终未能达到规划的防洪标准。

3.2 河道治理的难点问题

（1）九乡河入江口现状无闸控制，汛期长江高水位时河道两岸堤防长时间受洪水浸泡。下游段堤顶高程不满足要求，堤防质量较低，抗渗性能差，堤防断面不足，局部有缺口，影响整体防洪能力；遭遇大洪水时，存在防洪风险。

（2）河道部分河段束窄、跨河建筑物（如拦水闸坝、跨河桥梁）阻水严重，影响洪水下泄，河道整体行洪能力不足。九乡河干流河道最初开挖疏浚是以10 年一遇的洪水标准进行的，后经部分疏浚和整治，局部河段达到20 年一遇标准。九乡河流域部分段河道区间汇水面积大，河道现状已难以适应流域内仙林新市区迅速发展对防洪的要求。九乡河下游两岸地势较低，涝水主要靠机排。由于河道行洪能力不足，部分河段水位壅高较大，遭遇较大暴雨洪水，受洪水顶托，排涝站效率降低，两岸非常容易发生内涝。

（3）在枯水期，下游段的河床裸露；中游段虽建拦河闸坝蓄水，由于上游来水不足、缺乏水源，水体流动不畅，水质极易恶化。

4 河道的治理

九乡河治理应急工程河道工程自羊山坝到312 国道，河道长度为2.62 km，两岸堤防共5.24 km。河道规模为：河底高程2.5 m；河口宽不小于66 m（对应高程11.0 m～13.0 m）；坡比1∶2.5；景观平台迎水坡8.5 m 高程设2.5 m 宽平台。

堤防工程等级及标准根据规范要求按照九乡河100 年一遇洪水位，其设计洪水位为11.48 m～10.91 m、1 级堤防标准建设堤防。本次应急工程的堤防采用斜坡式土堤，填筑土料选用粘性土，河道护砌根据需要选择不同的形式。

堤防采用斜坡式土堤，填筑土料选用粘性土，河道护砌根据需要时选择不同的形式。

5 堤防稳定设计计算

5.1 渗流及渗透稳定计算

计算采用北京理正软件设计研究院编制的二维渗流分析计算程序《理正渗流分析计算软件》。断面的选择是根据当地地形地质条件，堤坡高度选取几个具有代表性的断面，见表1。

表1 选取的地勘断面与测量桩号的对应表

计算的工况和相应参数，我们根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）要求，并结合九乡河河道两岸均为高地，即使下游圩区，堤防高度也较低，最高处仅为3.5 m。因此，本次只计算迎水侧抗渗稳定。选取工况考虑工程运行的实际情况，见表2。

表2 渗透稳定计算工况表

参数取渗透系数的平均值进行计算，堤防土层渗透系数见表3。

表3 渗流计算物理力学性质指标简表

其计算结果见表4。

表4 稳定渗流稳定计算成果表

根据表4 所得出的计算成果可以看出，各断面在施工期渗透比降已经超过了允许值。通过分析，得出本次计算时因地勘未提供堤后地下水位值，计算时出于安全考虑地下水位取较高值（施工期堤后地下水位刚开始降落时的水位），因此该工况下水头差偏大，算得渗透比降也偏大。所以在正式施工时，要严格控制堤后地下水降落速度，做好坡面排水和基坑排水，防止渗流破坏的现象发生。

5.2 抗滑稳定计算

本工程中的计算采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定分析计算程序》5.10 版。参与计算的断面与渗流稳定计算相同。其物理性质指标(γ，容重)采用平均值，力学强度指标(c，φ)采用标准值。土体的抗剪强度指标，对稳定渗流期和施工期，采用直剪试验的快剪；对水位降落期，采用直剪试验的固快指标。堤身土物理力学指标见表5。

表5 物理力学指标表

计算的工况也与渗流稳定计算相同，抗滑稳定工况见表6。其计算成果见表7。

表6 抗滑稳定计算工况表

从表7 的计算成果来看，计算断面在各工况下抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

6 结论

通过对南京市九乡河治理工程进行论述及设计，按改设计方案实施完成后，可以起到如下效果：

（1）可以提高九乡河所在流域自身及副城区的防洪排涝能力。历史上该地区多次出现洪涝灾害明显暴露出上述问题，城市化进程的加快以及极端灾害天气的频繁出现，进一步加大了城市防洪压力，也对防洪安全提出了更高的要求。因此，九乡河治理应急工程的实施，能够让洪水畅通入江，确保当地人民生命财产以及重要设施的安全。

（2）可以有效的改善当地的水环境。该工程建成后河道两岸城市开发建设力度将会加大，现有河道水环境容量将明显增大，“无雨无水、水质恶化”的状况将不复存在，两岸城市建设将协调有序的发展，从而达到畅通水系、增加水量、加快水体流动，提升水体自净能力和水环境容量的效果。