基于设计水面线的海堤工程洪潮遭遇分析.pdf

SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利基于设计水面线的海堤工程洪潮遭遇分析叶远乐（廉江市水利水电勘测设计室，广东廉江524400）摘要 文章根据海堤潮汐、气象和洪峰情况，对海堤设计洪水、潮汐、设计年最高潮（水）位、海堤施工期水面线等进行了推理计算，并在计算南河、良河 20 年一遇洪峰流量和出海口 5 年一遇潮位相碰的水面线和计算南河、良河 5 年一遇洪峰流量和出海口 20 年一遇潮位相碰的水面线基础上，将两种水面线计算后叠加，取外包线作为海堤设计水面线数值，进行了工程设计推理。关键词 海堤；最高潮（水）位；洪峰流量；水面线；外包线中图分类号 U656.31+4文献标识码 C文章编号 1004-7042（2023）05-0044-041工程概况本海堤工程属郁等工程，其主要建筑物为四级，洪水设计频率标准为 20 年一遇，设计潮位频率标准为20 年一遇。围内属滨海堆积平原地区，面临北部湾，受季节性台风气候影响，每年 49 月台风季节都有 3耀5 次台风在该区域登陆，由于台风往往伴随暴潮及暴雨，良河、南河区域是常见暴雨中心位置，流域实测最大一天降雨 405 mm，三天降雨 826 mm。洪峰由暴雨产生，洪水时空分布不均匀，每年台风季节带来暴雨并产生洪峰，在洪水期间，可能同时遭遇暴潮，影响抗灾能力。2洪水计算2.1设计洪水计算成果采用广东省综合单位线程序（SUHM1A 微机版）、推理公式法用程序（TL1A 微机版）电算，并比较分析其结果均符合图集小于 20%的要求，根据有关要求，选用推理公式方法计算成果。南河的集雨面积 F=181 km2，河流长度 L=32 km，河流比降 i=0.000 8，按综合单位线和推理公式两种方法计算，采用综合单位线成果 Q=610 m3/s。良河集水面积 F=111 km2，干流长 L=30 km，干流坡降 J=0.000 8，按综合单位线和推理公式两种方法计算，采用综合单位线成果 Q=380 m3/s。2.2潮汐本区根据邻近的湛江港水文站实测潮位资料，海面潮汐属不规则半日潮，日潮不等现象显著，即在一个太阴日内有两次高潮和两次低潮，而且两个相邻的高潮或低潮的潮位和潮流历时均不相等，月内有朔、望大潮和上、下弦小潮，约十五天为一周期，一年中夏潮高于冬潮，由于受径流量和热带气旋潮的影响，所以最高潮位一般出现于汛期，年最低潮位则多出现在枯季。本海堤沿海为半日潮，即每 25 h 之内有 2 次潮峰，2 次潮谷。2 次潮峰中，有一次大，一次小，日潮称为潮，夜潮称为汐。农历每月初三与十八日，中午潮水位最高，称为大潮，每月初十、十一、二十五、二十六日潮位最低，称为小潮。按照 广东省年最高潮位频率计算成果（黄海基面），湛江港站资料多年日平均潮位 0.54 m；多年平均高潮位 3.156 m；5 年一遇高潮位 3.526 m；10 年一遇高潮位 3.896 m；20 年一遇高潮位 4.276 m；50 年一遇高潮位 4.756 m；100 年一遇高潮位 5.126 m。5 年一遇低潮位-1.774 m；10 年一遇低潮位-1.844 m；20 年一遇低潮位-1.894 m；50 年一遇低潮位-1.964 m；100 年一遇低潮位-1.994 m；湛江港站 19902002 年实测资料统计，施工期（11 月次年 4 月）多年平均潮位 0.59 m，多年平均高潮位 3.06 m，多年平均低潮位-1.63 m，5 年一遇高潮位3.22 m；10 年一遇高潮位 3.24 m。2.3设计年最高潮（水）位根据 广东省海堤工程设计导则（试行）（DB 44/T182-2004）第 5.2.2 条，要求对 1 级、2 级的重要海堤的设计潮水位，除按附录 B 查算外，还应进行专题频率计算复核。海堤为郁级海堤，仅对海堤进行加固达标，采用湛江港水文站设计潮水位成果更为合理。延防灾减灾44山 西 水 利2023 年 5 月 2023 年第 5 期长系列分析成果作为对比，在海堤加固达标设计时可以采用。依据1995年5月广东省最高潮位频率计算成果（以下简称 成果），湛江港水文站各频率设计潮位计算成果见表 1。表 1湛江港水文站各频率设计年潮水位（黄海基面）成果表设计频率（P=5%）湛江港水文站本次系列设计最高潮位成果，比 广东省海堤工程设计导则 相应成果高0.3m。因本海堤段为 4 级海堤，本次仍采用 成果 中的成果，即设计最高潮水位为 4.276 m（P=5%）比较合理。依据 成果，湛江港潮位站多年平均高潮位为3.156 m，实测历史最高潮位为 1965 年 4.430 m（黄基）。2.4海堤施工期水面线计算2.4.1起调水位确定根据计算原则，由于海堤围内是洪潮遭遇段，以出海断面为控制断面，根据 成果 控制断面起推水位选用湛江港水文站 P=20%潮位为 3.526 m（黄海基面）。2.4.2计算要素的确定根据实地测量的平面图和横剖面图，选取有代表性的横断面（间距在 100耀500 m 之间）计算不同水位时的水力要素，如面积，水位，水面宽度等。2.4.3糙率的确定根据设计水面线的选用原则，施工期水面线计算选用糙率为 0.027。2.4.4计算方法及成果采用广东省水利厅颁布的 HD原5P 程序，利用计算机计算南河、良河水面线，选两条河 5 年一遇洪峰流量和出海口 5 年一遇潮位相碰的水面线，并据此计算施工期围堰水面线，经过桩号整理，得出海堤加固达标工程的施工期水面线如下表 2。表 2海堤加固达标工程施工期水面线表续表3洪潮遭遇分析水面线计算方法：（1）根据南河、良河河段地形状况和断面实测水位、流量资料，选定糙率；（2）根据南河、良河已有的水文资料和水能资料，确定水面曲线计算所需的上下游边界条件；（3）计算南河、良河 20年一遇洪峰流量和出海口 5 年一遇潮位相碰的水面线；（4）计算南河、良河 5 年一遇洪峰流量和出海口 20 年一遇潮位相碰的水面线；（5）两种水面线计算后叠加，取外包线作为海堤设计水面线值。3.1海堤部分设计水面线计算成果洪潮遭遇海堤，其水面线根据 成果 控制断面起推水位选用湛江港水文站 P=5%潮位为 4.276 m（黄海基面），即桩号 9+000桩号 9+800 段海堤水面线高程均为 4.276 m。3.2南河天然水面线计算成果南河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据成果 控制断面起推水位选用湛江港站 P=5%潮位为 4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序 HD-5 电算。据此和实测南河河床断面资料，从出海口断面起推求得南河 P=5%天然河道洪水水面线，成果见表 3。频率%0.51251020多年平均实测最高潮位/m 5.4865.1264.7564.2763.8963.5263.1564.43水位段海堤桩号施工水面线/m洪潮遭遇段0+0006.2300+5005.9481+0005.6541+5005.2932+0005.1322+5005.0323+0004.9193+5004.620水位段海堤桩号施工水面线/m洪潮遭遇段4+0004.4354+5004.1155+0003.9325+5003.8076+0003.7316+5003.6777+0003.6217+5003.5758+0003.541潮水段8+5003.5269+0003.5269+8003.526洪潮遭遇段10+2003.53810+5703.55411+2003.58611+6703.64512+1403.74012+7003.89213+1504.11313+6504.55414+1505.28814+6705.38015+1405.53515+6505.63916+1505.728防灾减灾45SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利表 3南河河道天然洪水水面线表3.3良河天然水面线计算成果良河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据成果 控制断面起推水位，选用湛江港站 P=5%潮位为 4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序 HD-5 电算。据此和实测良河河床断面资料，从出海口断面起推求得良河 P=5%天然河道洪水水面线，成果见表 4。表 4良河河道天然洪水水面线表3.4南河设计水面线计算成果南河水面线计算是以出海断面为控制断面，根据成果 控制断面起推水位选用湛江港站 P=5%潮位为 4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序 HD-5 电算。据此和实测南河河床断面资料，从出海口断面起推求得南河 P=5%设计洪水水面线，成果见表 5。表 5南河河道设计洪水水面线表3.5良河设计水面线计算成果良河水面线计算是根据以出海断面为控制断面，根据 成果 控制断面起推水位，选用湛江港站 P=5%潮位为 4.276 m（黄海基面），采用广东省天然河道水面线计算程序 HD-5 电算。据此和实测良河河床断面资料，从出海口断面起推求得良河 P=5%设计洪水水面线，成果见表 6。河道桩号地点P越20%潮水位+P越5%洪水水面线高程/mP越5%潮水位+P越20%洪水水面线高程/m水面线外包线高程/m0+000出海口3.5264.2764.2760+5003.5484.2814.2811+0003.5914.2904.2901+5003.6444.3024.3022+0003.7604.3264.3262+5003.9804.3804.3803+0004.2934.4654.4653+5004.5414.5444.5444+0005.1134.7865.1134+5006.0855.2236.0855+0006.2865.3626.2865+5006.5315.5436.5316+0006.8755.7726.8756+326.707.0015.8747.001河道桩号地点P越20%潮水位+P越5%洪水水面线高程/mP越5%潮水位+P越20%洪水水面线高程/m水面线外包线高程/m0+000出海口3.5264.2764.2760+5003.5694.2904.2901+0003.6584.3074.3071+5003.7744.3324.3322+0003.9184.3714.3712+5004.0544.4074.4073+0004.2104.4514.4513+5004.4654.5314.5314+0004.7584.6394.7584+5005.3584.8665.3585+0005.6105.0005.6105+5006.0255.2336.0256+0006.1475.3186.1476+5006.2145.3886.2147+0006.3905.5186.3907+5006.8445.8276.8448+0007.0736.0827.0738+5007.3426.3267.342河道桩号地点P越20%潮水位+P越5%洪水水面线高程/mP越5%潮水位+P越20%洪水水面线高程/m水面线外包线高程/m0+000出海口3.5264.2764.2760+5003.5604.2874.2871+0003.6164.3064.3061+5003.6984.3224.3222+0003.8404.3574.3572+5004.0714.4174.4173+0004.4004.5044.5043+5004.7194.6174.7194+0005.2924.8985.2924+5006.5325.4806.5325+0006.6275.5586.6275+5006.7815.6946.7816+0006.8435.7766.8436+326.706.9225.8556.922河道桩号地点P越20%潮水位+P越5%洪水水面线高程/mP越5%潮水位+P越20%洪水水面线高程/m水面线外包线高程/m0+000出海口3.5264.2764.2760+5003.5714.2844.2841+0003.6424.3004.3001+5003.7514.3254.3252+0003.8724.3564.3562+5004.0084.3914.3913+0004.1664.4304.4303+5004.374.4874.4874+0004.7094.6114.7094+5005.2974.8305.2975+0005.5764.9825.5765+5006.1055.2536.1056+0006.2565.3436.2566+5006.4645.4716.4647+0006.6695.6156.6697+5007.0195.8777.0198+0007.4496.1847.4498+5007.6616.3477.661表 6良河河道设计洪水水面线表防灾减灾46山 西 水 利2023 年 5 月 2023 年第 5 期3.6海堤加固达标工程天然水面线、设计水面线成果采用广东省水利厅颁布的 HD原5P 程序，结合计算机计算良河、南河天然和设计水面线，按桩号得出海堤水面线成果见表 7。表 7海堤水面线表续表从表 7 中可以看出，设计水面线和天然水面线差距比较小，主要是河道底部未进行疏浚，筑堤的影响相对较小；设计水面线的水位增高是由于有些堤不够高，导致在规划堤段外形成滩涂，设计水面线降低是由于规划的堤防进行护坡护脚，河道糙率减少。4结论根据实测断面，海堤现状堤顶高程 0.50耀6.32 m，原堤顶高程均不满足要求，本次根据实测地形和水文资料及堤前波浪要素、波浪爬高计算，确定堤顶高程，堤顶中心高程为 7.050耀9.771 m，不设防浪墙。根据 海堤工程设计规范（SL435-2008）规定，4 级堤防堤顶宽度应逸3.0 m，结合防汛交通要求，设计堤顶宽为 5.0 m。本次设计按规范要求，在原堤顶宽度基础上拓宽。作者简介 叶远乐（1991-），男，2015 年毕业于湖南农业大学水利水电工程专业，工程师。收稿日期 2023-03-05；修回日期 2023-04-27海堤桩号天然水面线/m设计水面线/m水面线差/m0+0007.3427.6610.3190+5007.0737.4490.3761+0006.8447.0190.1751+4806.3906.6690.2792+0006.2146.4640.2502+4906.1476.2560.1093+0006.0256.1050.0803+5005.6105.576-0.0343+9705.3585.297-0.0614+4704.7584.709-0.0494+9804.5314.487-0.0445+5404.4514.430-0.0215+9604.4074.391-0.0166+5204.3714.356-0.0157+3704.3324.325-0.0077+9404.3074.300-0.0078+4704.2904.284-0.0069+0004.2764.2760.0009+8004.2764.2760.00010+2004.2874.281-0.00610+5704.3064.290-0.01611+2004.3224.302-0.02011+6704.3574.326-0.031海堤桩号天然水面线/m设计水面线/m水面线差/m12+1404.4174.380-0.03712+7004.5044.465-0.03913+1504.7194.544-0.17513+6505.2925.113-0.17914+1506.5326.085-0.44714+6706.6276.286-0.34115+1406.7816.531-0.25015+6506.8436.8750.03216+1506.9227.0010.079程中可能存在的问题及时进行防范，就施工中碰到的突发状况，能够对现场情况进行全面分析，冷静、迅速地确定处置措施，从而保证该工程建设的顺利推进。4结语总之，自来水厂工程建设的质量与安全关系到广大群众的生活质量与饮水安全。为此，在自来水厂施工建设过程中必须围绕工程建设实际与建设质量标准构建起一套科学合理的质量监管机制，加强对施工建设质量的监管，确保能高质量完成工程建设。参考文献1 谢铁强.市政自来水厂工程施工管理要点分析 J.低碳世界，2018（1）：232-233.2 叶松年.城市水厂建设施工中常见问题及组织管理探讨 J.科技创新与应用，2016（22）：180.作者简介 王春晨（1988-），男，2018 年毕业于中国农业大学水利水电工程专业，助理工程师。收稿日期 2023-02-17；修回日期 2023-04-29（上接第 35 页）防灾减灾47