江西新干縣防洪工程防洪堤線設計與分析

劉慶安

（新干縣水利局，江西 新干 331300）

新干縣縣城（老城區）防洪工程項目區段為從灌泉村附近山體處到湄湘河入贛江匯合口河道共長約7.41 km。以京九鐵路路堤為界分兩片，鐵路橋下游已于上世紀90 年代建設了防洪堤。鐵路橋上游無防洪設施處于無設防狀態。已建防洪堤段河道斷面較狹窄，在京九鐵路橋以上縣城城東新區規劃區，該區地處贛江濱湖地區，地勢低洼，汛期贛江水位上漲，湄湘河水位受贛江水流頂托倒灌，加上澇區本身的積水無法排出，造成嚴重內澇，嚴重影響縣城防洪安全。根據防洪治澇規劃和縣城現狀，為減少房屋拆遷，設計采用路堤結合的形式新建土堤防護；并對項目區段河道順直開挖、疏浚清障，使堤線與洪水主流基本一致并配合城市建設布局需要。本文針對新干縣防洪工程防洪堤線設計展開分析。

1 工程概況

新干縣城位于新干縣中部，地處湄湘河兩岸，湄湘河在新干縣穿城而過。湄湘是贛江的一級支流，湄湘河全長29.2 km，流域呈扇形狀，流域面積201 km2，縣城以上主河長29.2 km，流域面積為201 km2。

1.1 水文氣象

新干縣地處亞熱帶季風濕潤氣候區，春季溫和，盛夏炎熱，伏秋干旱，無霜期較長，雨量充沛。縣城多年平均降水量1530.7 mm，歷年降雨主要集中在4 月～6 月和7 月～9 月兩個雨季，4 月～6 月份為鋒面雨，強度大，面廣，雨量多，歷時長，降水量約占全年降水量45%。7 月～9 月份為臺風雨或熱雷雨，降雨集中，強度大，歷時短，降水量約占全年降水量23%。根據新干縣水文站資料，多年平均蒸發量為1044 mm。

1.2 地形、地貌及地質

工程區位于華南褶皺系贛中南褶隆、贛西南（贛州～吉安）拗陷武功山- 玉華山隆斷束構造單元中。湄湘河在縣城附近河流總體走勢由東至西匯入贛江，地勢平坦開闊，主要為沖積平原地貌，沿河發育漫灘和I 級階地。沿途支流發育，淵塘發育。縣城盆地的周邊分布有紫紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖夾粉砂巖及第四系松散堆積層。

2 設計水面線推算

2.1 防洪標準

根據《防洪標準》（GB 50201-94）和《堤防工程設計規范》（GB 50286-98）及新干縣城防洪標準，工程設計洪水標準采用20 a 一遇。

2.2 設計洪水

2.2.1 設計洪水位

采用能量方程通過試算的方法推求河道設計洪水水面線，以此作為圩堤設計洪水位。

水面線計算按明渠流恒定非均勻漸變流能量方程，在相鄰斷面之間建立方程，采用逐段試算法從下游往上游進行推算。

式中：Z1、V1為上游斷面的水位和平均流速；Z2、V2為下游斷面的水位和平均流速；hw=hy+hj為上下游斷面之間的能量損失；hy為上下游斷面之間的沿程水頭損失為上下游斷面之間的局部水頭損失；ξ 為局部水頭損失系數，根據《水力計算手冊》，由于斷面逐漸擴大的ξ 取值0.333；C 為謝才系數；R 為水力半徑；a 為能動修正系數。

（1）基本資料

本次計算河段從湄湘水匯入贛江口處至上游灌泉村，共布測12 個橫斷面。

（2）起算水位

經分析，湄湘圩堤所處河段洪水水面線計算起算水位采用湄湘出口處贛江洪水位，既新干站洪水位。由于設計頻率為20 a 一遇，屬于較常遇洪水，經調查分析，與贛江大洪水遭遇頻率高，故起算的贛江洪水位采用同頻率洪水位，新干站20 a 一遇的設計洪水位為37.73 m，10 a 一遇的設計洪水位為37.0 m。

（3）設計洪水

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

（4）河道綜合糙率

湄湘河下游河段糙率采用1994 年洪水水面線反推的河道綜合糙率值。根據河段特征（河床質組成、平面形態、水流流態及岸壁特性等），參照有關資料并根據控制水位等邊界條件對其作適當調整。糙率采用0.30～0.040。

（5）設計水面線

湄湘河設計洪水流量及下游控制斷面新干水位站起始水位、河段綜合糙率確定之后，即可采用本次實測橫斷面及設計整治后斷面資料，采用能量方程通過試算的方法，推求湄湘河天然情況下水面線，建堤、整治后水面線采用設計整治的斷面。經計算推薦堤線建堤、整治后最大壅水高度0.09 m。具體成果見表1。

表1 新干縣城堤防整治后設計洪水水面線成果

3 堤線方案設計

3.1 堤線方案擬定

根據本河道的具體情況，項目區河段在天然河道樁號K0+900～4+680 間3780 m 內有6 個急彎，該段大致呈“ξ”型平面走向；在天然河道樁號K6+700～7+410 間710 m 內有2個90°急彎，該段大致呈“Z”型平面走向。限于工程投資，對河道進行整治并僅新建城東新區左岸防洪堤，右岸防洪堤由城建部門自行安排實施。本次設計對項目區段堤線布置方案擬定大范圍順直開挖和小范圍順直開挖兩個方案進行比較。

3.1.1 大范圍順直開挖河道方案

工程對天然河道樁號K0+900～4+680、K6+700～7+410 段進行順直開挖、清淤疏浚和河岸護砌及規整河槽。堤線沿景觀湖外圍布置，在該處有些拐彎和折點，下游至京九鐵路路堤相接，全長4.16 km。

堤線布置方案：堤線起自灌泉村附近山體處，經灌泉村、順直開挖河段、至坪上村左側沿景觀湖環湖路與鐵路路堤相連，全長4.16 km。本工程僅續建自城中電排站起240 m 堤防與規劃的贛江東堤相銜接。

現有兩側2260 m 的堤防堤頂均采用砼路面，堤面高程滿足設計20 a 一遇洪水要求，迎水坡面邊坡一般1∶1.65～1∶2.3，外設一平臺，臺面高程34.0 m，臺面寬約4.0 m～5.0 m，背水坡面一般1∶1.6～1∶2.0 左右，部分緩為1∶2.8。此段加固處理措施為：對達到設計坡比1∶2.0 的邊坡維持現狀，達不到的進行陪坡處理。

新建堤防均為土堤段，土堤全長4400 m，堤頂寬結合交通要求設為4.0 m，堤頂設泥結石路面。土堤外坡坡比為1∶2.5，內坡坡比為1∶2.5。背水坡采用草皮護坡；迎水坡除左堤k1+000～1+500、右堤k1+350～1+590 段采用C15 砼預制塊護坡外均采用草皮護坡[1]。河道順直開挖后左堤樁號1+050～1+400 段、河道樁號2+300～2+550 段右岸岸線處迎流頂沖，本次對該段進行干砌塊石護岸處理。并對現狀工程區上游塌岸嚴重的險工段岸坡及湄湘河入贛江匯合口處裁彎取直兩岸護岸長1460 m。

3.1.2 小范圍順直開挖河道方案

工程僅對天然河道樁號K3+000～4+650 段進行順直開挖、清淤疏浚和河岸護砌及規整河槽。鐵路橋上游左岸新建堤防全長4.00 km。

堤型布置方案：堤線起自灌泉村附近山體處，經灌泉村、崔家村、坪上村、從坪上村開始順直開挖580 m 并沿現狀河道與鐵路路堤相連，全長4.00 km。本工程沿現狀河道走向左岸續建自通遠橋起1038 m 堤防、右岸續建自城中電排站起240 m 堤防與規劃的贛江東堤相銜接。

現有兩側2260 m 的堤防處理方案同大范圍順直開挖河道方案。

3.2 堤線方案比較

（1）從行洪及河勢控制方面考慮，大范圍順直開挖河道方案使河道更加順直，水流平順通暢，河堤堤線與大洪水的主流線基本平行，可防止彎道繼續變形、崩岸，對防洪及河勢控制極為有利。

（2）從占壓耕地及房屋拆遷方面考慮，統籌縣城區河段左、右兩岸防洪工程建設需要分析，大范圍順直開挖河道方案工程需拆遷房屋822 m2，永久占地191 畝，其中占用水田面積180 畝。小范圍順直開挖河道方案工程需拆遷房屋1932 m2，永久占地239 畝，其中占用水田面積228 畝。大范圍順直開挖河道方案比小范圍順直開挖河道方案少拆遷房屋1110 m2，少占用水田48 畝。由于小范圍順直開挖河道方案需拆遷房屋段絕大部分處于縣城老城區，位于湄湘河匯入贛江河口處左岸，且該處房屋基本上都為4～7 層以上的新開發小區，實施過程必拆遷工作量及難度太大延誤工程實施；大范圍順直開挖河道方案拆遷量少得多，且位于農村區，拆遷工作量和難度更小有利于工程順利實施。

（3）從投資方面考慮，大范圍順直開挖河道方案比小范圍順直開挖河道方案堤線短930 m，綜合造價省490 萬元。

（4）順直開挖河道方案也有利于結合城東新區城市總體規劃建設需要、節省投資和避免不必要的浪費、沖突并能保障項目順利實施。

根據上述原因，本次設計推薦大范圍順直開挖河道方案。

4 結語

新干縣防洪工程的實施，將極大改善新干縣城居民的居住環境和招商引資投資環境，并能確保新干縣城遭遇設計洪水時不受外洪內澇的侵害，為城市建設提供防洪安全保障，工程社會效益、經濟效益，生態環境效益顯著。通過方案比選，確定本工程采用大范圍順直開挖河道方案，不僅可以使河道更加順直，水流平順通暢，防止彎道繼續變形、崩岸；而且實施過程拆遷工作量和難度小，有利于工程順利實施。因此推薦采用大范圍順直開挖河道方案。