小流域综合加固防洪提升治理研究

付新巍

(江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000)

1 工程概况

1.1 项目背景

建山镇位于高安市西南部，建山镇(新桥～英岭)肖江治理工程地处高安市建山镇境内，位于肖江支流三城河两岸。工程防护面积为6.42 km2，保护耕地377.33 hm2，保护人口0.3万人，保护建山镇的新桥村、英岭村、竹山村、北刘村、颖江村等村庄的防洪安全。工程起点为新桥村泉福闸上游约200 m处，终点为英岭村谢家闸处，综合整治河道长7.62 km。

高安市建山镇(新桥～英岭)肖江治理工程现有堤身断面单薄，堤身多年出现决口险情，部分堤段迎水面迎流顶冲严重，穿堤箱涵年久失修。近年来，防护区内由于受洪水影响的原因，灾害频繁发生，不仅严重影响着当地工农业生产，人民生活民不聊生，也使得当地生态环境持续恶化，可持续发展战略遭受阻碍。

1.2 工程现状及存在的主要问题

本工程范围内共有4条圩堤，分别为北刘堤、泉富堤、颖江堤及前港堤。堤身长3.0～4.0 km。堤顶高程范围为32.0～37.5 m，堤高1.0～4.0 m，堤顶宽度一般为2.0～4.0 m。现状4条圩堤内、外坡均无护坡；防洪堤堤外基本存在10～40 m 宽的滩地，部分临水，堤内主要为村庄及农田。

4条圩堤全堤段堤身断面单薄，填土土质较均匀，结构较松散，土质抗冲能力差，高水位下，堤背水坡脚水塘、低洼地内多出现过泡泉等险情。圩堤现有穿堤涵由于当时建设标准低，大部分穿堤涵均已老化严重，部分穿堤涵存在破裂，无法满足排涝要求。部分穿堤建筑物跨河建筑物老化严重，取水困难，无法满足当地灌溉要求。高安市对4条圩堤进行了应急整治，对背水面堤背水坡脚水塘、低洼地等进行了压浸处理，堤脚内的险情基本得到解决，但未对堤防进行加固处理。

2 水文与地质条件

2.1 水 文

本工程及其保护对象所处区域属亚热带季风湿润气候区，流域地形以低丘平原为主，流域内水系发达。流域面积142 km2，主河道长24.4 km，河道比降1.37%。

肖江流域洪水频发，建山镇地处肖江中上游地区，地势较平坦，一经发生洪水，常泛滥成灾。据统计新中国成立以来肖江共发生过5次大洪水，尤其是2020年洪水，建山镇镇前港村等地受淹严重，村庄进水达1以上，农田遭受洪涝灾害，给人民群众的财产安全带来较大损失。

2.2 地 质

工程区位于高安市南部，区内主要地貌类型为河流冲积阶地及构造剥蚀低山地貌。其中构造、剥蚀低山地势低矮，山坡较平缓，山坡呈波状起伏，剥蚀严重。其中冲积阶地主要分布于肖江两岸，地面标高大多为28～36 m，整体地势较平坦，地形较开阔，由全新统冲洪积层组成。区内肖江总体走向为北西-南东，区内河道总体较顺直，河宽10.00～43.00 m，河底高程为26.24～33.65 m。

本区不良物理地质现象主要表现为第四系地层组成的堤岸崩塌，区内未见其他明显不良物理地质现象发育。

3 防洪标准与设计水位

3.1 防洪标准

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)、《防洪标准》(GB 50201—2014)及《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，本次堤岸坡工程等别为Ⅴ等，防洪(治理)标准为10 a一遇(P=10%)。

施工洪水位计算了10月—次年2月P=20%(5 a一遇)的设计洪水位以及11月—次年1月P=20%(5 a一遇)的设计洪水位。

枯水期水位定为12月—次年2月的平均水位。

3.2 河道洪水水面线推求

3.2.1 设计洪水位

对该防洪工程所处河流进行设计洪水位分析计算，从而为防洪工程设计提供依据。本次设计通过试算使用能量方程推算河道设计水面线，作为防洪工程设计洪水位。

采用天然河道非均匀流推算时，利用布置的河道横断面，依据分析确定的糙率、比降、水力要素、设计流量，从下游向上游推求河道设计水面线[1-5]。

河道水面线推算利用一维恒定流运动方程并考虑河道局部水头损失后，沿河道方向进行差分离散如式(1)：

(1)

式中：Zu、Zd为上、下游断面水位，m；ξ为局部水头损失，对渐变流，ξ=1或ξ=0；Δs为上、下游断面间距，m；Au、Ad为上、下游断面过水面积，m2；Ku、Kd为上、下游断面流量模数，m3/s；g为重力加速度，取9.81 m/s2；Q为断面流量，m3/s。

本次水面线计算采用水利部四川省水利水电勘测设计研究院开发的SWS软件进行计算。

(1)基本资料。以设计洪水成果与实测三城河建山段纵横断面资料推求设计水面线。

(2)边界条件。推求河道设计洪水水面线的边界条件主要包括：各控制断面的设计洪峰流量、下游控制断面起算水位、河道综合糙率等。现就以上边界条件分述如下：

①设计洪水。 下游控制断面10 a一遇水位，谢家陂32.12 m、前港闸坝32.53 m、颖江陂坝32.89 m、泉富闸36.21 m。以各控制断面洪水位由下游向上游逐段推求河道水面线。

②河道综合糙率。 本次设计我院对三城河建山段进行了洪水水面线调查，主要调查到2020年洪水洪痕。从而推算出各断面的河道综合糙率在0.03～0.04之间。

(3)设计水面线。确定工程河段设计洪峰流量、河道综合糙率与下游控制断面起算水位之后，可依据实测纵横断面确定该河段的现状水面线[6]。按推求河道水面线方法推求河道设计水面线。现状水面线成果见图1。

对工程河段加固后的水面线推求，按河道整治后的断面资料、糙率、下游控制断面起算水位按同样的方法计算求得，结果详见图1。

本次对设计河段调查到了2020年的洪痕水位。2020年洪水发生在7月9日，降雨集中，上午开始下雨，下午六点左右即形成洪峰。根据赣江下游水文水资源监测中心分析，该次洪水重现期约20 a。调查到的三城河洪痕点如图1所示。可以看出，P=10%设计洪水位与调查洪水的洪痕比较相应，表明本次设计洪水水面线成果基本合理。

3.2.2 施工期设计水位

本工程施工期为10月—次年2月，根据水位流量关系查算的各控制断面施工洪水位为：谢家陂(累计间距0 m)28.82 m，前港闸坝(累计间距1205 m)29.50 m，颖江陂坝(累计间距2493 m)30.52 m，泉富闸坝(累计间距7264 m)34.35 m。依据控制断面水位，逐段推算工程河段施工洪水位，成果见图1。

3.2.3 设计枯水位

由于设计需要，需进行设计枯水位的分析计算。根据水位流量关系查算的各控制断面枯水位为：谢家陂27.71 m，前港闸坝28.36 m，颖江陂坝29.86 m，泉富闸坝33.50 m。依据控制断面水位，逐段推算工程河段枯水位，成果见图1。

4 工程总体布置

4.1 工程等级与设计标准

工程区现有圩堤堤身不达标，局部河岸迎流顶冲、塌岸严重、建筑物老化、破损等。采取对部分堤防迎水面进行防护，保证堤防不受洪水冲刷，对建筑物进行加固处理的加固防洪措施。

根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》(SL 654—2014)，确定本工程合理使用年限为30 a；本工程主要建筑物为4条千亩圩堤，主要建筑物级别为5级，主要建筑物合理使用年限为20 a。

4.2 工程布置原则

根据我国和我省乡镇防洪工程建设实践经验，充分结合河流特点进行工程布置。

以局部护岸固脚为主，尽量不建或少建堤防。 结合河段的特点，根据现状兼顾考虑居住、饮水、交通与环境、景观工程等因素的影响，充分保护水生态。

因地制宜，根据河道现状设计河道纵横断面，需尽量维持河道的天然形态，做到挖填平衡，减少工程占压。

工程措施的布置需充分考虑环境、景观要求及运行管理等因素[6-8]。

本次加固仍维持原河岸线不变，加固前后行洪能力基本一致。

4.3 肖江治理工程加固措施

高安市建山镇肖江治理工程综合整治河道长7.62 km，土堤培厚14.981 km，干砌石护岸长310 m，堤顶道路7.58 km，恢复现有沟渠1983 m。异址拆除重建前港闸坝，拆除重建北刘堤排水涵等10座排水涵管，接长北刘堤排水涵等18座排水涵管，拆除重建前港堤灌溉涵。新建前港堤灌溉涵、颖江堤灌溉涵。拆除重建北刘堤机耕桥，新建北刘堤机耕桥等7座机耕桥，泉富闸消力池加固等。

工程具体加固措施见表1。

4.4 堤防加固工程

本工程堤防加固范围为：北刘堤(左桩号0+000.0～4+440.0)4.440 km、泉富堤(右桩号0+000.0～3+570.0)3.57 km、颖江堤(左桩号4+490.0～7+603)3.113 km、前港堤(右桩号3+750.0～7+608)3.858 km，总长14.981 km，堤防加固培厚处理，对现有坡进行削坡整坡处理，土堤采用黏土填筑，设计压实度≥0.91，迎水面坡比为1∶2.5，背水坡坡比1∶2.0，堤顶宽4.0 m，堤顶设置3.0 m宽泥结石路面。

4.5 护岸设计

防洪工程迎水岸坡在支流入河口段迎流顶冲，因受水流长期冲刷的作用，逐步形成紧靠堤脚的深泓河槽，水流淘空堤脚产生崩岸塌坡现象，严重威胁大堤的安全；二是风浪冲击河岸，汛期洪水来临，水面宽广水深增大，风急浪高，直接破坏大堤岸坡，故本次设计拟对迎流顶冲和严重风浪淘刷圩堤险段进行护坡、护岸处理。

为防止洪水冲刷堤坡，对左桩号1+360～1+430、右桩号2+880～3+028段长310 m堤防迎水面采用干砌块石护坡，采用人工块体或经过分选的块石作为斜坡堤的护坡面层且斜坡坡率为1.5～5.0，波浪作用下单个块体、护面层厚度及块石的质量Q，如式(2)、式(3)[9-10]：

(2)

(3)

式中：t为块体或块石护面层厚度，m；Q为主要护面层的护面块体、块石个体质量，t；KD为稳定系数；γb为人工块体或块石的容重，kN/m3；γ为水的容重，kN/m3；H为计算波高，m；n为护面块体或块石的层数；c为系数，无量纲。

计算得面坡1∶2时，最小块石重量Q=5.6 kg，厚度t=0.268 m，考虑到工程实际施工条件及其他堤防工程经验，块石重量≥15 kg，砌石厚度≥0.4 m。

干砌石护岸设置0.55 m×0.40 m(宽×深)干砌石压顶，坡比为1∶2，干砌石护岸厚0.40 m，下设0.15 m厚砂卵石垫层，干砌石护岸顶为岸顶高程，护岸底为河床底高程并设置2.1 m×1.0 m(宽×深)干砌石固脚。

干砌石护岸应确保砌筑质量，块石要求稳固，无松动、架空现象。所用石料必须质地坚硬、新鲜完整，无裂缝，且不易风化，不允许使用风化料，石块形状要大致整齐，锋边尖角应敲去，表面的泥垢、青苔、油质等应冲刷干净；块石平均粒径不宜<30 cm，块石密度≥2.5 g/cm3，抗压强度R≥40 MPa，软化系数≥0.75。

5 总 结

高安市建山镇(新桥～英岭)肖江治理工程防护区内受洪水影响，洪涝灾害频繁发生，给当地工农业生产带来较大损失，也使得当地生态环境持续恶化，可持续发展战略遭受阻碍。

设计采取了有效、经济、安全的治理措施，能达到除险加固、提高工程防洪能力的目的。该项目实施后，可改善河道水体环境，提高区内人民群众的生活品质，达到“河畅、水清、岸绿、景美”和人水和谐的目标，同时产生巨大的社会效益和经济效益。