關于堤防堤頂超高問題的探討

赫軍

(齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，黑龍江齊齊哈爾161006)

我國河流與城市眾多，基于供排水、灌溉和航運等需求，人們選擇了靠水而居，絕大多數城市的發展都因河而起。現在我國城市防洪事業有了很大發展，大江大河和大中城市已初步建成了防洪體系，在保護人民生命財產安全和城市經濟發展上發揮了不可替代的重要作用。堤防工程是防洪體系中主要組成部分之一，目前我國堤防總長度已達25萬km，每年新建、擴建、加固、維修的工程也很大。在首先滿足堤防防洪安全前提下，堤頂高程的確定就直接關系到工程投資、占地和城市沿岸景觀。

1 基本資料

齊齊哈爾市甘南縣堤防工程級別為2級，計算斷面的選取有代表性的4個斷面，分別為東陽堤樁號12+000和32+ 400，巨寶堤樁號1+000和10+000［1］，具體特性見表1。

表1 計算斷面特性統計表

2 堤頂超高計算

我國現行規范規定，堤防超高由風浪爬高、風壅水面高度和安全加高3部分組成，計算公式為:Y=R+e+A，各斷面波浪要素值見表2。

表2 各斷面波浪要素值

風浪要素計算公式如下:

風壅水面高度在有限風區的情況下，按下式計算:

式中:e為計算點的風壅水面高度，m;K為綜合摩阻系數，可取K=3.6×10－6;V為設計風速，按計算的波浪的風速確定; F為由計算點逆風向量到對岸的距離，m;d為水域的平均水深，m;β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角(度)。

波浪爬高計算公式如下:

式中:Rp為累積頻率為p的波浪爬高，m;K△為斜坡的糙率及滲透性系數;Kv為經驗系數;Kp為爬高累積頻率換算系數;m為斜坡坡率;H為堤前波浪的平均波高，m;L為堤前波浪的波長，m。

3 計算結果分析和探討

堤頂超高計算成果見表3。

表3 堤頂超高計算成果表

按《堤防工程設計規范》［2］表2.2.1的規定，堤防為2級堤防，不允許越浪的堤防工程安全加高值取0.8 m，堤頂超高確定為2.0 m。美國堤防工程的防洪標準一般比我國高，根據不同情況，設計洪水標準分別為50 a一遇、100 a一遇和200 a一遇，要求一級堤防堤頂超高0.9 m，重要堤段最高1.5 m，筆者理解，上述超高值一般相當于風浪爬高值，其中不包括安全加高值。日本堤防工程的防洪標準與我國相近，一級河流重要堤段為100～200 a一遇或＞200 a一遇;一級河流的次要堤段和二級河流的城市堤段為50～100 a一遇;一級河流的其他堤段和二級河流的一般堤段為10～50 a一遇，堤頂超高按河流的設計洪水流量直接按表選取超高值或計算出風浪爬高值作為堤頂超高值，取兩者中的最大值，兩種方法均不考慮安全加高值。加拿大堤防工程的標準為設計洪水位以上加堤頂超高0.6～1.5 m。

從國內外堤頂超高的確定方法上看我國各大江河堤防的堤頂超高除長江與其他國家堤防超高相近外，其他江河按規范要求確定的堤防堤頂超高均較世界其他國家高。雖然我國堤防洪水標準較低，但由于安全加高值留的較大，相當于提高了洪水標準，如嫩江上游齊齊哈爾市按100 a一遇洪水堤頂超高確定為2.5 m，按超標準洪水300 a和500 a一遇堤頂超高還有1.53 m和1.30 m，如按美國和加拿大的堤防超高要求，防洪標準可達300 a。

堤防工程建設在首先滿足堤防防洪安全的前提下，堤頂超高中的安全加高值過大，會給堤防工程的建設帶來許多實際問題，正在修訂中的堤防設計規范報批稿中就增加了“山區河流洪水歷時較短，可適當降低安全加高值”的規定。

［1］ 齊齊哈爾市水利勘測設計研究院.嫩江干流甘南縣堤防工程可行性研究報告［R］.齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，2011.

［2］ 水利部.GB 50286—98堤防工程設計規范［S］.北京:水利電力出版社，1998.