關(guān)于堤防堤頂超高問題的探討

赫軍

(齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)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(yùn)等需求，人們選擇了靠水而居，絕大多數(shù)城市的發(fā)展都因河而起?，F(xiàn)在我國城市防洪事業(yè)有了很大發(fā)展，大江大河和大中城市已初步建成了防洪體系，在保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展上發(fā)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(dá)25萬km，每年新建、擴(kuò)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(guān)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(jì)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(jì)算斷面特性統(tǒng)計(jì)表

2 堤頂超高計(jì)算

我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，堤防超高由風(fēng)浪爬高、風(fēng)壅水面高度和安全加高3部分組成，計(jì)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(fēng)浪要素計(jì)算公式如下:

風(fēng)壅水面高度在有限風(fēng)區(qū)的情況下，按下式計(jì)算:

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

波浪爬高計(jì)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(shù);Kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);Kp為爬高累積頻率換算系數(shù);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(jì)算結(jié)果分析和探討

堤頂超高計(jì)算成果見表3。

表3 堤頂超高計(jì)算成果表

按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］表2.2.1的規(guī)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(biāo)準(zhǔn)一般比我國高，根據(jù)不同情況，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于風(fēng)浪爬高值，其中不包括安全加高值。日本堤防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)洪水流量直接按表選取超高值或計(jì)算出風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)洪水位以上加堤頂超高0.6～1.5 m。

從國內(nèi)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)較低，但由于安全加高值留的較大，相當(dāng)于提高了洪水標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)可達(dá)300 a。

堤防工程建設(shè)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(shè)帶來許多實(shí)際問題，正在修訂中的堤防設(shè)計(jì)規(guī)范報(bào)批稿中就增加了“山區(qū)河流洪水歷時較短，可適當(dāng)降低安全加高值”的規(guī)定。

［1］ 齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院.嫩江干流甘南縣堤防工程可行性研究報(bào)告［R］.齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，2011.

［2］ 水利部.GB 50286—98堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，1998.