防护堤建设对典型洪水及防洪的影响

防护堤建设对典型洪水及防洪的影响

代柏林

巴林左旗三山乡人民政府 内蒙古 赤峰 025450

摘要：近年来，随着全面建成小康社会进入决胜阶段，滩区脱贫致富及经济社会发展需求不断提高，以及近期来水来沙显著减少和水沙调控能力增强，滩区治理方向问题引起了社会各界的广泛关注和讨论，很多学者提出了不同的治河方略。堤防由于原城市防洪标准偏低, 或因枢纽建设后的水位壅高等原因, 现状标准往往不能满足规范要求, 需要加高 1-3 m。 但由于城区配套的滨江路、 市政、 景观设计均已打造完成, 堤防的加高需要综合考虑城市景观需求和防洪需要, 摈弃传统钢筋混凝土堤防设计, 采用新型防洪墙与城市景观有机结合, 尽量不破坏已实施的景观效果, 实现以景代堤。

关键词：堤防；防洪；河流 

一、堤防面临的问题

该防护区左侧为岷江干流, 右侧为洪壕, 距离下游约19 km。 防护区内耕地分布高程在320. 80-326. 20 m, 建筑物分布高程在 320.90-326.30 m,防护面积 2.91 km2。

1、堤防标准不够, 需要进行加高。根据《堤防工程设计规范》, 防护区应按照防洪标准 20a 一遇进行设计, 堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定堤顶超高为堤顶加高、波浪壅高及风浪爬高之和, 现状堤顶高程须加高 1.0-3.8 m 方能满足要求。加高部分长期处于水上, 亲水效果差。山区河流特点为洪水暴涨暴落、水位落差大、洪水持续时间短。堤防库区常水位回水高程仅 317. 60~318. 40 m, 按20a一遇防洪标准加高堤防, 则堤顶高于常水位 10 m以上, 如采用传统的堤防形式进行全方位的包裹防护将毫无亲水效果。

2、堤防沿线已打造完成, 加高形式的选择须兼顾景观效果，防护区沿线已建道路配套的景观设计均已打造完成, 在现有基础上进行堤防的加高加固存在较大的困难和挑战, 结构形式的选择须摈弃传统钢筋混凝土堤防设计, 采用新型防洪墙设计。首先, 堤防设计必须满足规范要求堤防防洪标准 20 a 一遇不能降低,但可以结合堤后情况, 从允许越浪的角度降低超高值, 即研究堤顶加高、 波浪壅高及风浪爬高值,做到 “降安全超高, 不降防洪标准”； 其次, 兼顾城市景观需求和防洪需要, 尽量不破坏现已实施的景观设计, 摈弃传统钢筋混凝土堤防设计, 采用新型防洪墙实现以景代堤。

3、河段水沙的影响。施工期受围堰等的影响，尤其是围堰等临时施工设施在拆、建等过程中造成的河道变窄( 围堰约占河道的1 /3以上) ，壅水影响，使上游比降变小，水势变缓，水位抬高，从而改变河道的原有水力特性，导致水文情势和断面控制发生重大变化，水文测验河段流势变急，河床淤积与冲刷，断面流速脉动强烈，出现多元水流及流速不规则的紊流等，导致测验河段原有的水沙关系失衡。水位 － 流量关系是经过对水文站水沙特性充分掌握和多年实测资料的分析之后建立的十分重要的规律性成果，是指导洪水测验和进行水情拍报、预报、水文计算的主要依据。由于防洪堤与排污管道工程建设，围堰影响造成的河道变窄，水位抬高，形成的壅水和河床冲淤，改变了测验河段的流畅结构，尤其是壅水造成的水位抬高，引起同级水位下流量的变化，从而导致水位－流量关系发生改变，形成另一系列。

二、防洪墙的形式及应用

1、景观堆坡塑型。采用景观堆坡塑形方式进行加高, 营造蜿蜒曲折、 起伏不定的景观微地形, 前后坡度要求缓于 1：3~ 1：5, 在有下河通行需求处设置梯步衔接,对于空间相对较狭窄但具备堆土条件的, 可适当设置阶梯花坛式堡坎衬砌后进行堆坡。 坡体可设置简单的三维网, 后期利用三维网＋植被防冲。适用范围为现有堤防后方空间足够且具备堆土条件的区域。

2、装配式闸板组合防汛墙。在地面以下设置混凝土基础及预埋件, 平常地表可设置盖板与周边外观协调, 汛前通过螺栓连接安装所需高度的闸板和立柱, 汛后拆除储存；单个闸板一般长约 3 m、 高约 25 cm, 每个部件之间用橡胶密封防渗。以 120 m 长、 4 m 高防洪墙为例, 15 名工人 3 h 可安装成功, 安装较简单。适用范围为沿江台阶需留人行通道不适宜堆土的区域, 加高高度可达 3 m。

3、通透式玻璃防洪墙。通透式玻璃防洪墙由底板基础和玻璃墙面组成, 玻璃墙面包括铝合金中心立柱, 铝合金边柱、钢化夹胶玻璃、 密封件、包边封盖等。玻璃防洪墙一般设计挡水高度不超过 1. 5 m, 玻璃元件尺寸为: 长 1. 75~2. 5 m、 高 0. 8 ~ 1. 2 m, 采用高强度双层、 3 层钢化夹胶玻璃，适用范围为后方空间狭窄、 不具备堆土条件处, 加高高度在 1. 5 m 以内。

4、活动式闸门防汛墙。活动钢闸门防汛墙由底座、钢架、挡水闸板、支撑件、橡胶止水条等组成。挡水闸板固定在钢架上,可绕销轴翻转成垂直或水平状态。汛期可迅速将防汛墙开启, 即把挡水闸板垂直竖起挡水；非汛期把挡水闸板放平可充当走道板, 并体现防汛墙的景观价值。适用于重要部位或沿江台阶需留人行通道但后方为广场不适宜堆土的区域, 加高高度可达3 m 以上。

三、防洪堤在城市堤防中的应用

根据《堤防工程设计规范》, 不允许越浪和允许越浪的堤防安全超高值存在一定的差别。采取允许越浪堤防可以有效降低堤防高度, 满足城市景观要求, 营造休憩、 宜人的亲水环境。

我国大多数堤防堤顶和背水侧没有采取有效的工程保护措施, 一旦越浪有可能使堤顶和背水侧边坡材料冲蚀破坏, 造成洪水漫顶而失事。因此, 一般堤防都采用不允许越浪堤防, 在城市堤防的城区段, 结合城市整体规划、 景观和交通等需要, 在堤顶和背水侧边坡都采用了工程护砌, 部分堤段还采取了加宽堤顶宽度的超级堤防, 大大加强了城市堤防对越浪产生破坏的防御能力, 为建筑允许越浪堤防提供了条件。根据《堤防工程设计规范》《(平均波高、平均周期)、 波浪要素(H1/3 、TP )计算越浪量 Q, 分洪壕侧的单位时间单宽流量 Q ＝ 0. 9 cm3/(m•s), 岷江侧的单位时间单宽流量 Q ＝ 2680 cm3/(m•s)。堤防分洪壕侧河宽小则越浪量小, 但均在可控范围内。且河流洪水持续时间短, 完全可通过内部排涝泵站临时抽排处理，坝后方较平缓、高差小, 且有硬化道路, 因越浪造成较大破坏的可能性小,因此可考虑按允许越浪的堤防设计, 减小加高高度, 降低实施难度。《堤防工程设计规范》规定: 允许越浪堤防安全加高值取 0. 3 m、 土堤顶面高程应高出设计水位 0. 5 m 以上。 防护区可按允许越浪堤防设计, 堤顶高程按 20 a 一遇洪水位＋0. 5 m确定, 以实现 “降安全超高, 不降防洪标准” 的防洪要求, 则防护区堤防加高值由原来的 1. 0 ~3. 8 m 降低至 0~2. 6 m。堤防加高 0-2. 6 m, 主要加高形式采用景观堆坡塑型和阶梯式景观堆坡, 在加高高度小于 1. 5 m 堤段采用通透式玻璃防洪墙, 下河通道及广场段采用装配式闸板组合防汛墙采用活动闸门防汛墙。

结论

1、防洪工程处于人口集中区域, 防洪要求相对更高沿线是城市提供亲水休闲的最佳场所之一, 应追求人性化、 舒适性、 亲水性,要求在防洪与视觉效果上能够尽量二者兼顾。

2、提出景观堆坡、 组装式防洪墙、玻璃式防洪墙、活动闸门防洪墙等新型防洪堤结构形式,为城市堤防提供了新的思路, 可在城市堤防工程加高时参考。

参考文献:

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[2] 李福金, 范今朝, 杨名玖.活动钢闸板防洪墙在哈市道里堤段中的应用[J] .黑龙江水利科技, 2019, 31( 3) : 124.