摘　要:根据近年来国家颁布的城市防洪有关规范,对浙江省各地的城市防洪工程规划和设计作了调查,并对部分城市防洪堤的设计超高调查进行了分析,并提出了堤防安全加高值选用、波浪爬高和风壅高度计算的有关建议。

关键词:城市防洪;堤防加固;安全超高;波浪爬高

中图分类号:ＴＶ87　　　文献标识码:Ｂ

城市防洪堤是城市防洪工程的重要组成部分。为保证堤防安全,堤防顶高程必须在设计洪水位以上一定的高度,这就是设计规范要求的超高值。但城市防洪堤主要分布于城区,防洪堤的高度不仅影响工程的投资,而且与城市的环境、交通和景观有很大关系。因此,进一步深刻理解有关规范的基本要求,结合全省各城市所处的地理位置和防洪特点,对关系城市防洪堤高度的重要因子———堤顶超高等有关问题进行研究是很有必要的。现根据本人对规范的理解,并结合本省城市防洪工程实际情况的调查,提出城市防洪堤安全超高选取等有关问题的几点初浅认识。

1　规程规范关于堤顶超高的有关规定

近年来,国家和有关部门对堤防的规划设计制订、颁布了多项规程规范,对堤防的工程等别、堤顶超高、安全加高等有关技术参数作了规定,现按规范颁布的时间先后,

将其主要内容摘录如下:

1.1　《城市防洪工程设计规范》(ＣＪＪ50-92)

该规范由建设部和水利部于1993年2月8日联合发布。其对城市等别、防洪标准、堤防工程级别及安全超高的规定见表1。

1.2　《堤防工程技术规范》(ＳＬ51-93)

该规范由水利部于1993年4月10日发布。对城市的堤防级别、标准及超高的规定见表2。

1.3　《防洪标准》(ＧＢ50201-94)

该规范由国家技术监督局和建设部于1994年6月2日发布。根据城市的重要性或非农业人口的数量将城市分为四个等级。具体规定见表3。

1.4　《堤防工程设计规范》(ＧＢ50286-98)

该规范由国家技术监督局和建设部于1998年10月8日联合发布,对堤防工程的安全加高值的规定见表4。

上述规范中,《防洪标准》规定了堤防工程的等别和防洪标准。而其他3项规范也有等别、防洪标准的规定,但主要是在防洪标准规定基础上,规定了堤防有关规划设计参数值的选取和计算。从这3项规范比较可以看出:堤顶高程的计算方法和对土堤堤身高程的要求基本一致;而《堤防工程设计规范》说明中进一步规定了:(1)不允许越浪和允许越浪堤防的安全加高值。允许越浪堤防的安全加高值可适当降低;(2)规定1、2级堤防堤顶超高不应小于20ｍ。

根据《堤防工程设计规范》第6.3.1条规定其值按下

式计算:

Ｙ=Ｒ+ｅ+Ａ

式中　Ｙ———堤顶超高(ｍ)

Ｒ———设计波浪爬高(ｍ)

ｅ———设计风壅水面高(ｍ)

Ａ———安全加高(ｍ)

3　安全加高

安全加高值是影响堤顶超高的主要因素(图1),《堤防工程设计规范》条文说明第2.2.1条对安全加高值有如下说明:在堤防工程设计中,由于水文观测资料系列的局限性、河流冲淤变化、主流位置改变、堤顶磨损和风雨侵蚀等,设计堤顶高程需有一定的安全加高值。……考虑到堤防高度较土坝低,加上堤防加高一般比水利枢纽或土坝容易,本规范采用比土坝低一级的数值(安全加高)……”

《城市防洪工程设计规范》条文说明的第2.3.1条对堤防安全超高也有如此相同意见的说明。

《防洪标准》和《堤防工程设计规范》属国家标准,发布时间又相对较晚,城市防洪堤工程的规划设计原则上应按这两个规范的规定执行。

2　浙江省部分城市堤防工程情况调查

浙江省各地的城市防洪工程建设已全面展开,防洪规划已基本完成,部分城市已做好防洪工程的设计工作。经对部分城市防洪工程规划和设计的调查,列出调查情况见表5。

从这两个规范的条文说明可知,堤防安全加高主要是由于一些不能考虑的因素引起水位抬高或计算误差引起水位的抬高所留的安全余度,总之是由水位不能精确计算所致。而且安全加高的规定参考了土坝设计规范的土坝安全超高值,认为堤防高度比土坝低,失事后造成的危害比土坝小,因此取比土坝低的安全加高值。

根据以上分析及浙江省部分城市防洪堤设计的堤防超高调查分析可得出以下意见:

(1)堤防安全加高值与堤防失事后的危害程度有关。堤防越高,失事后的危害越大,堤防的安全加高宜取大值;堤防越低、失事后的危害较小,堤防的安全加高可适当降低。如平原河网堤防,设计洪水位高出地面有限,堤防安全加高可取小一些。

(2)堤防安全加高与堤防断面结构的安全度有关。若堤防高度较高,而堤身较单薄的土堤,洪水位一旦超过堤顶高程、堤防即会因漫顶溃决,则堤防的安全加高值应取大值;若堤防堤顶宽度较大(如堤路结合堤防),或堤后地面(路面)高程较高或堤防背水坡较缓,即使洪水位超过堤顶也不会造成堤防溃决,则堤防安全加高值可适当减小。

(3)堤防的安全加高值与设计洪水位的精度有关,一般相邻两个级别防洪标准所计算的洪水位差值大,洪水位的绝对计算误差一般较大,堤防的安全加高应取大值;而一些平原城市堤防的设计洪水位与高一级标准洪水位相差不多,则洪水位的计算绝对误差一般不会很大,因此安全加高值可适当降低。

(4)堤防超高与近远期工程结合程度有关。部分城市防洪,需通过上游兴建流域性防洪控制工程(水库),下游河道疏浚等工程措施达到规划标准,其堤顶高程可依据规划标准及下一级标准洪水位加不同安全超高与上一级洪水位不加超高比较选定;既保障城市一定标准的防洪安全,又考虑城市所处的特殊位置适当降低近期工程的堤防高度。

根据以上分析意见,建议本省城市堤防安全加高值,可在有关的堤防设计规范的基础上,按照各城市所处的地理位置和特点进行分析选取。现提出以下参考值堤防的规划设计参考,其中:2级堤防按表6选用,3级堤防按表7选用。

4　堤防安全加高值选用的几点说明

(1)对于一些特别宽的堤防、堤路结合防洪堤,其路面宽不小于10ｍ的,或堤防背水坡缓于1∶5的防洪堤,由于堤防断面较大,不易溃决失事,其堤防安全加高值可取低一些,建议取用低一档Δｈ的安全加高值。

(2)表6、表7适用于堤防设计水位由洪水控制的城市堤防,对于设计水位由潮位控制的海塘,仍按《浙江省海塘工程技术规范》取用。

(3)对于平原围圩地区(如嘉兴等),建议城市防洪堤的堤顶安全加高值应比农村圩堤高0.3ｍ以上。

(4)表6、表7的安全加高值Ａ为允许越浪的堤防工程的安全加高值。《堤防工程设计规范》规定允许越浪的2、3级堤防工程安全加高值比不允许越浪堤防安全加高值分别低0.4、0.3ｍ。为此,建议对允许越浪的城市防洪堤安全加高Ａ按表6、表7选用时分别减去0.4～0.1ｍ和0.3～0.1ｍ。

5　关于波浪爬高和风壅高度计算的建议

波浪爬高和风壅高度值的大小直接关系到堤防超高值的大小,在城市防洪堤设计中对这两项值的选取也应引起重视。由于城市所处的特殊位置,波浪爬高和风壅高度值的计算有一定的不确定性。在按《堤防工程设计规范》附录Ｃ“波浪计算”规定的堤防波浪计算方法和公式计算时,应注意以下情况:

(1)应考虑洪水流速对波浪爬高值的影响。对于河道流速较大的河段,同样的风力使水面产生横向波浪爬高比静止水面要小;计算中难以考虑此因素,使计算值偏大。建议对于洪水流速大于2.0ｍ/ｓ的河段,风浪爬高的取用值适当减小。

(2)我省部分城市所处的非感潮河道,一般风壅增水高度很小,为简化堤防设计,可以忽略不计。感潮河道堤防,当设计高潮位中包括风壅增水高度时,不另计。

(3)处于河道弯道凹岸的堤防,由于存在离心力的作用,洪水时凹岸的水位会高于河道中心线处水平水位,其设计洪水位尚应计入该项壅高值。

作者简介:钱银芳(1964-),男,工程师,大学本科,主要从事水利规划设计工作。

作者单位：浙江省水利水电技术咨询中心