堤防加固工程防洪评价计算

堤防加固工程防洪评价计算

1.1防洪标准

洋湖垸保护面积12.52km2，保护人口约1.6万人，规划前属长沙市城市防洪工程非主城区河西片区，原防洪标准为30年一遇。根据国务院已经审批的《长沙市城市总体规划（2001-2020）》（国涵【2003】117号，2003年十一月十日）的内容，长沙市城市防洪工程设为一等，主城区、河西新城防洪标准为200年一遇洪水；捞霞组团、捞湖垸、东岸垸、朝正垸、团结垸、高沙垸、合丰垸、侯照垸、解放垸、南托垸、洋湖垸、联合垸等为100年一遇洪水，其余为50年一遇洪水。二00八年七月，洋湖垸划入长沙市先导区范围，30年一遇防洪标准已远远不能满足区域发展要求，因此根据《长沙市城市总体规划（2001-2020）》及其区域性质的改变，设计防洪标准为100年一遇，其工程等级为Ⅰ等，建筑物级别为Ⅰ级。

1.2设计洪水分析计算

1.2.1设计洪峰流量计算

《长沙市城市防洪工程初步设计报告》中提出了湘江长沙站的设计洪水成果，设计洪水成果直接采用长沙站的设计洪水成果，成果见表1.2.1-1。

湘江干流设计洪水成果表

表1.2.1-1

单位：m3/s

1.2.2工程断面设计洪水水面线计算

潇湘大道景观道南延线堤防工程堤防设计洪水位是根据《长沙市城市防洪工程初步设计报告》成果确定的。故本次防洪评价阶段就直接采用《长沙市城市防洪工程初步设计报

告》中湘江长沙段各种频率下设计洪水位的计算成果见表1.2.2-1，潇湘大道景观道南延线堤防工程段的设计洪水水面线和防洪大堤设计堤顶高程成果见表1.2.2-2。

湘江干流设计水面线成果表表1.2.2-1

工程河段设计水面线成果表

表1.2.2-1

1.3壅水分析计算

1.3.1过水断面面积变化情况

根据潇湘大道景观道南延线堤防工程可行性研究报告以及该工程河段实测大断面资料进行计算，计算得出本堤岸工程实施前后河段内在设计防洪标准频率（100年一遇）下河

道行洪断面面积变化情况见表1.3.1-1，工程位置设计典型断面图见典型断面设计图。

从表1.3.1-1的面积变化情况计算表可以看出，潇湘大道景观道南延线堤防工程实施后，部分地段增大了河道行洪面积，部分地段缩小了河道行洪面积。工程增加河道最大面积为1.88m2（CS05的T0+800断面），占河道面积的0.012％，占用河道行洪的最大面积为33.08m2（CS22的T4+200断面），占河道面积的0.21％。

工程实施前后过水面积变化情况表表1.3.1-1

备注：过水面积变化值为负值表示增大河道行洪面积。

1.3.2水位壅高计算

潇湘大道景观道南延线堤防工程水位壅高计算采用水面曲线法(HEC-RAS)。

根据水面曲线法计算方法和原理，在堤岸工程河段共选择了23个水文分析和防洪评价分析计算断面。

采用水面线计算方法及程序进行100年一遇设计频率洪水下潇湘大道景观道南延线堤防工程前后的水面线计算，从而求得堤岸工程实施后在设计频率的综合水面线及壅高值，计算成果见表1.3.2-1。

从工程前后设计水面线及壅高值计算成果表可以看出：在1%设计频率洪水下，潇湘大道景观道南延线堤防工程实施后最大壅高值为0.0086，壅高最大值在CS22断面处。工程的建设，对上游河段水位有不同程度的壅高。利用水面曲线法计算阻水壅水高时，以0.001作为“尖灭”条件求得壅水长度，壅高影响位置在工程终点断面上游约500m处。

工程建设后湘江工程段设计水面线及壅高成果表表1.3.2-1

1.3.3工程河段冲刷分析计算

本次评价主要进行边坡冲刷计算，边坡冲刷计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中堤岸冲刷深度计算公式进行冲刷深度计算。

1n cp

B p V h h V ⎡⎤

⎛⎫⎢⎥=⨯- ⎪ ⎪⎢⎥

⎝⎭⎣⎦

允 （1.3-1）

式中：h B ——局部冲刷深度（m ），从水面起算；

h p ——冲刷处的水深（m ），以近似设计水位最大深度代替；

cp V ——平均流速（m/s ）；

V 允——河床面上允许不冲流速（m/s ）；

n ——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=0.25。

根据潇湘大道景观道南延线堤防工程设计洪水下的有关水文特征值和湘江河道资料，考虑在湘江出现中等洪水水位而洞庭湖水位较低的情况下（按10年一遇洪水计算，Q=18400m 3/S ）出现造床流量时冲刷比较急剧，根据湘江长沙段水位～流量关系，用上述计算公式求得工程段最大边坡

冲刷深度为0.42m。

1.3.4堤身渗流及堤坡稳定计算

长沙市水利水电勘测设计院在设计阶段对潇湘大道景观道南延线堤防工程河段堤防进行了渗流及堤坡稳定计算。

1）计算断面选取

根据地质勘探和现场调查情况，按堤身与堤基条件，结合地形差异，出险情况等因素，选取桩号T0+440、T2+200、T4+200共三个断面进行渗流和堤坡稳定计算。

2）浸润线计算

根据GB50286-98规范要求，结合潇湘大道景观道南延线堤防工程实际情况，选取下列水位组合：临水侧为设计洪水位，背水侧为垸内地面高程。

洪水降落对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

因堤身与堤基上的渗透系数不超过100倍，故按透水地基进行计算。透水地基土堤渗流量计算，须先计算相同条件下的不透水地基土堤渗流量。计算公式如下：

不透水地基均质土堤渗流计算公式

220

101200022

22202221

1

12()10.52(0.5)21

q H h k

L m h q h H H m H k m h H m L L L m L H m -=

-⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=

++⎢⎥-+

⎢⎥+⎣

⎦

=+∆∆=

+ 式中：0q ——单位宽度渗流量（m 3/s·m ）； K ——堤身渗透系数（m/s ）；

H 1——上游水位（m ）； H 2——下游水位（m ）； h 0——下游出逸点高度（m ）； m 1——上游坡坡率； m 2——下游坡坡率；

堤身浸润线计算成果见表1.3.4-1。

背水坡渗流出口比降计算，因堤基表层土均匀渗透系数较小的粘土，粉质粘土或粉土，故采用不透水地基公式进行计算，具体公式如下：

渗出点公式采用：

J =

堤内坡与地面交点公式采用：

2

1

J m =

沿地基段公式采用：