浅谈淠河堤防存在问题及治理措施

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  摘要:本文结合淠河流域地理、气象等具体情况和对淠河堤防工程地质的现状和现有堤防工程存在的具体问题进行分析,总结出了一套有效的改善和提高堤防防洪能力的措施,从而达到更好的治理淠河堤防。
  关键词:淠河 堤防 工程 问题 措施
  中图分类号:K826.16 文献标识码:A 文章編号:
  1水文
  1.1流域概况
  淠河是淮河中游南岸的一条较大支流,发源于大别山北麓,由南向北流经岳西、霍山、金寨、裕安、金安、霍邱、寿县等县(区)后汇入淮河,全长253 km,流域面积6000 km2,位于北纬30°57′~32°28′、东经 115°53′~116°41′之间。
  淠河有东、西两条源流。东源又称东淠河,发源于鄂、皖交界的挂龙尖,全长103km,流域面积2697km2。西源又称西淠河,发源于鄂、皖交界的三省垴,长68km,流域面积1585km2。东、西淠河于两河口汇合后始称淠河,流经横排头、苏家埠、六安、马头集、迎河镇,在正阳关入淮河。
  淠河流域在两河口以上呈扇形,支流发达,河流汇流集中;两河口以下呈带状,无较大支流汇入,汇流分散。
  淠河上修建的大型水利工程主要有佛子岭、磨子潭、响洪甸三座大型水库及淠河灌区的渠首横排头引水枢纽工程。佛子岭水库位于东淠河上,1954年建成,控制面积1840km2,总库容4.96亿m3,坝址距两河口33km。磨子潭水库位于佛子岭水库上游25km处,1958年建成,控制面积570km2,总库容3.37亿m3。响洪甸水库位于西淠河上,1958年建成,控制面积1400km2,总库容26.32亿m3,坝址距两河口24km。三大水库都是以防洪为主的综合利用工程。横排头引水枢纽位于两河口下游 9km处,设计引水流量300m3/s,灌区设计灌溉面积660万亩。
  淠河流域面积中山区占72%,丘陵区占17%,沿河平原洼地占11%。流域地形呈南高北低和东西高中间低的狭长带状。按地形及汇水条件,大致将佛子岭、响洪甸水库以上划定为上游,两库坝下至横排头为中游,横排头至河口为下游。上游流域面积3240km2,为山区;中游区间面积1130km2,为山丘区;下游区间面积1630km2,为丘陵和平原洼地。上游河道及中游支流河道坡降一般较大,河床下切,存在不同程度的水土流失现象。中下游干流河道比降相对平缓,平均坡降为0.18~0.3%,主河槽宽度100~300m,河面相对较宽,因淤积而使河床有所抬高,河床皆为沙质,受两岸阶地的钳制,河流基本顺直。
  1.2气象
  淠河流域地处江淮之间北部,属亚热带北部边缘的东亚季风气候,四季分明,季风明显,气候温和,温差较大,雨量适中,但时空分布不均。市区多年平均年降雨量1100毫米。由于受季风影响,特别是夏季风势各年强弱不一,因而降水量很不稳定,年际变化较大,丰枯水年份降水量可相差数倍。流域年内降水较为集中,6~8月降水量一般要占全年的40%以上,7月份量多,暴雨多发生在此期间。据资料统计,5~8月暴雨日约占全年的80%,暴雨出现最多的是7月份,其次6月份,平均一年暴雨日,山区为3~5天,丘陵平源区为2~3天。气温最低的月份为一月,月平均气温1.8~2.3℃;最高的月份为七月,月平均气温28.0~28.5℃。大多数年份,年极端最高气温均在35~40℃。少数年份达40℃,1959年六安极端最高气温达41℃;历年极端最低气温均低于-5℃,一般多在-7~12℃;之间,少数年份可降至-15℃以下,如1956年1月23日,六安极端最低气温曾降到-18.9℃。据六安气象站资料统计,一年中最高气温>30℃的天数为73.8天,>35℃的日数为21.0天;最低气温<0℃的日数为52天,出现时间
   1.3淠河洪水成因和特性
  淠河流域地处江淮之间,属北亚势带大陆性季风气候区,降水量较充沛,但年际及年内分配极不均匀。根据观测资料,流域降水量最多的年份约为最少年份的3倍以上。如霍山县(城关)1954年降水量为2251.3mm,而1978年只717.9mm,二者相差3.1倍;六安1954年降水量为1807.1mm,1978年为609.2mm,二者差3.0倍。流域的降水一般较为集中,多在6~8月,以7月最多,一些大水年份更是如此。如佛子岭站,1969年6~8月降水量为1055.1mm,占全年的55.4%,7月份降水量为804.3mm,占全年42.2%;1991年年降水2030.7mm,6~8月降水量为1220.5mm,占全年的60%,7月份降水量为638.7mm,占全年的31.5%。灾害性洪水多发生在这期间,通常降水量随着地形的抬升而递增,由北向南降水量呈递增趋势。流域暴雨中心多发生在佛子岭、响洪甸水库上游。1969、1991年大洪水,流域暴雨中心位于佛子岭水库上游的黄尾河一带,中心区最大24小时降水量一般在300mm以上,比丘陵区大3倍左右。
  淠河流域是一个以山区为主的流域,上游山区(横排头以上)面积占整个流域的72%,丘陵平原洼地面积28%,流域洪水由暴雨形成,汇流集中,峰高量大,陡涨陡落,易于造成灾害。虽然在上游先后兴建了佛子岭、磨子潭及响洪甸等三座大型水库,大大削减山区洪水来量,但由于东淠河上的佛子岭水库库容较小,防洪标准低,调蓄能力较差,洪水期水库下泄流量仍然较大,再加上水库下游一千多平方公里的区间洪水,下游洪涝灾害时有发生。上游水库建成后横排头出现大于3000 m3/s流量的年份有5年,即 1969年、1983年、1991年、1999年及2003年等,这些年份横排头溢流坝下泄流量分别达6420 m3/s、3080 m3/s、5570 m3/s、3970 m3/s及3630 m3/s,相应六安下龙爪水文站的洪水位分别为39.58m、39.30m、39.98m、39.38m及39.31 m,其中2003年据水文部门在六安窑岗嘴大桥实地观测洪峰流量为4040 m3/s,均超过河道安全限量。
  2工程现状及存在问题
  2.1地质概况及存在问题
  2.1.1地质概况
  淠河堤防沿线地貌形态为老淠河冲积平原地貌单元或河漫滩地貌单元,其沉积物多为河流冲积物或井水淤积物。
  流域地层大部分处于合肥~六安凹陷地层,除少数地方有震旦纪变质岩裸露外,余皆为侏罗纪陆相地层,广泛分布着红砂岩、砾岩及大别上杂岩。沿淠河的平原及洼地,主要为第四季沉积物,山丘区多为红砂岩、砂砾岩等残积物及坡积物。沿河的滩地为无石灰性冲积土,表层多为轻粉质壤土,下层为砂土或砂壤土,透水性强。
  大堤堤身素填土皆为就地取材,与堤脚下土质一致,所含杂质较少。由于堤脚河漫滩表层土在河道纵向上的变化,堤身素填土的物质组成亦有所变化,主要为轻壤土、重壤土、重砂壤土;堤基土主要有轻粉质壤土、重砂壤土、轻砂壤土、淤泥及淤泥质土、砂层等几种土层。
  2.1.2主要工程地质问题
  淠河堤防存在的主要工程地质问题是砂层的渗透稳定和崩岸,其次为浅层堤基砂壤土层的渗透稳定,局部堤段堤基软弱,影响堤坡稳定的范围较小。
  一、砂层渗透稳定
  淠河堤防坐落在淠河河漫滩上,堤基呈弱强透水层二元结构,弱透水层覆盖层土质变化较大,厚度较小,一般为2.0~4.0m,局部堤段砂层直接出露于地表基堤后水塘,汛期高水位时,这些堤段的堤后平台或堤脚附近均出现翻砂鼓水,甚至管涌等险情。
  二、崩岸
  受河道走向变化,淠河堤防部分堤段岸滩迎流顶冲,冲刷岸滩,部分堤段崩岸较严重。
  三、堤基表层渗透稳定
  部分堤段为砂壤土,汛期外河水位直接通过这些渗透性较大的土层渗入,在堤后堤脚附近普遍形成散浸渗漏,其严重堤段地表土体饱和下陷,伴随小孔径的管涌和流土。
  四、堤身渗透稳定
  由于人工筑堤,堤身夯实不力或未经夯实,筑堤时多为就近取土,砂壤土成分占大部分,加之堤身、堤基结合面清基未处理彻底,,导致汛期高水位时,在堤身以及堤身、堤基结合面产生散浸或漏水眼。
  2.2堤防及建筑物工程现状及存在问题
  2.2.1堤防及建筑物工程现状
  堤防现有堤顶宽3~8m,堤身高度大部分都在6m以上,内外边坡1:2~1:2.5。
  堤上现有穿堤建筑物大部分为圬工拱涵或盖板涵,管涵为砼预制涵,直径在0.3~1.2之间。
  堤上现有护坡、护岸材料大部分为砌石,部分砼和浆砌砖;砌石厚度在30~40cm之间。砼厚度在10~15cm之间。部分护坡、护岸由于河槽偏向此侧,造成崩塌现象。
  2.2.2堤防工程存在问题
  一、堤身土料砂含量较多,防渗能力差
  淠河堤防大多是人工填筑,并经多年加高,在填筑中由于取粘土较难,大多是取沿淠河冲积层表层土,该土质含砂量较高,无法满足堤防抗渗要求,当内外水位差较大时,堤后渗漏严重,险象环生。特别是上段顺新堤、隐贤堤,堤内土料均为砂质,只是堤外用粘土填筑,厚度在0.5~1.5之间,防渗能力很差。
  二、堤身断面不满足要求
  1991年大水后,沿堤不少堤防均进行不同程度的加高培厚,防洪能力有了不同程度的提高,但堤身断面仍不满足设计要求,有的堤段堤顶高程低,顶宽不足4m,内外坡较陡,每遇洪水滑坡崩塌,险工险段多,全段堤坡没有戗台。
  三、堤坡内外沟塘多
  堤防大部分堤段内外布满大大小小的沟塘,内脚坡由于当地群众筑堤就近取土,形成取土塘;外脚坡迎冲顶流的主流偏向堤防段,冲坑较深,有的冲坑深度8m之多,经常造成堤防外坡崩塌滑坡。堤内外沟塘的存在,增加了堤身高度,减少了渗径长度,减少了覆盖层厚度,使得浸润线升高,出逸坡降增大,造成了堤防渗水隐患,此外,堤后取土塘,使得汛期抢险无土可取,给防汛抢险增加了难度。
  四、堤坡堤脚散浸渗漏及翻砂鼓水严重,局部堤段还存在漏洞
  由于堤防土料含砂量较高,堤身断面达不到设计要求及堤防内外沟塘多,一遇洪水堤坡堤脚散浸渗漏及翻砂鼓水严重,经常发生管涌及流土。封闭堤是经过多次加高而成,而且都为人工填筑,密实度较差,有的堤段筑堤时没有很好清基,堤身与堤基之间、老土与新土之间存在薄弱环节,筑堤材料的土料中砂性较大,透水性较强,当内外水位差较大,持续时间较长时,浸润线升高,出逸点升高,渗流必然从堤坡渗出,另外,有的堤段外滩地较窄,主河道紧靠坡脚,堤基中透水砂层埋藏较浅,有多处地下水与外河水直接相通,由于砂层承压水向上渗透,汛期堤后多处出现翻砂鼓水现象。此外,局部堤段由于树根及杂物腐烂,形成漏洞,造成流土,形成堤顶坍陷,汛期险情严重。
  五、堤防上杂树、杂物较多
  封闭堤上杂树、杂草横生,一方面,汛期受风力影响树根松动,造成土壤松动,受风浪淘刷严重;另一方面,树根根系延伸至堤内,加剧了堤防的渗漏。堤上杂树、杂物不仅危及堤防安全,而且给防汛查险工作带来较大的困难。此外,迎河侧除风浪冲刷外,雨淋沟到处都有,现有滩地处也没有按要求设防浪林台。堤防背水坡,由于人畜活动频繁,对堤坡损害严重。
  2.2.3建筑物工程存在问题
  一、穿堤建筑物工程
  封闭堤现有穿堤建筑物大都建设年代久,且多数为圬工涵,涵身有抽箱现象。2003年7月11日,隐贤堤单王张祠段上刘宁柱排涝闸,由于拱涵顶为浆砌砖,始建于60年代,严重抽箱,拱顶坍塌,造成堤防坍陷漫堤决口,损失惨重。现有排涝涵闸有的进出口及消能设施长期受洪水侵袭,毁坏严重。因大部分排涝涵闸建于砂基,无截水墙,当内外水位差较大时,多出现穿基础透水现象。很多排涝涵、闸在高水位时,出现穿闸基透水,无法安全运行。有的排涝涵、闸岸墙与土堤发生绕渗现象,直接威胁堤防安全;有的排涝涵闸孔径过小,满足不了排洪要求。
  二、护坡、护岸建筑物工程
  整个堤防许多迎冲顶流及主流靠近堤脚段均没有设护坡、护岸工程。大部分护砌高程较低,由于施工质量等原因,毁坏比较严重。特别在河道弯曲处及主流靠近堤脚段护坡、护岸,由于洪水冲刷,造成崩塌,基本失去了固岸作用,直接影响堤防安全。
  三、沿堤坡道及踏步工程
  沿堤上坡道都是当地群众铲堤形成的上坡道,坡度较陡,雨天泥泞不堪,上堤困难。沿堤村庄、集镇靠近处没有下河踏步,给群众生活及管理人员带来困难。
  2.2.4堤防管理存在问题
  整个堤防目前管理设施严重滞后,沿线缺少水位及流量量测设备。现有的管理设施技术含量低,远远不适应堤防管理要求,另外,管理设施落后和管理经费不足,已严重影响对工程的维护和管理。
  3加固措施
  3.1堤身加高培后措施
  对堤顶高程、堤身断面未达到设计要求的堤段,均按设计标准断面加高培厚,加大堤身断面可以延长堤身的渗径,降低水力坡降,推迟渗流从坝坡出逸的时间,增加内坡坡脚的稳定性以及防汛抢险时的回旋余地和安全感。堤身加培时,为便于新老填土结合,原断面边坡需开挖成台阶形状,清基厚达0.2m,清基范围应超出设计边线0.5m,堤身加培土料的透水性应满足前堵后排的原则,外帮土料的透水性应不大于堤身土料的透水性,内培土料的透水性以比堤身土料的透水性大为宜。堤身加培时,注意控制施工速度,提高填土压实质量等措施,以达到设计要求。为保持加培后堤线于原堤线的平行和顺直,在拐弯段,根据实际情况,以尽量顺直堤线为原则。
  3.2 堤内外填塘
  淠河堤防内外沟塘密布,堤内塘大部分是历年筑堤取土塘,堤外沟塘由于主流偏向堤脚,冲坑较深,全堤段沿堤塘长度占80%左右。
  堤内坡脚填塘是加固堤防的一个十分有效的措施,其作用有三个:一是降低堤身的相对高度,增加稳定性;二是避免堤身两面临水,使防汛抢险时有土可取;三是降低堤基强透水层中的承压水向上渗透的出逸坡降,避免管涌或流土。顺新堤堤身虽然不高,但有的堤段堤内塘较深,有的堤段堤外主流偏向堤脚,深达8m之多,隐贤以下有的堤段内外均为深沟塘,堤内外地面低,容易内涝积水,堤基普遍存在强透水的承压中细砂层,因此堤内填塘的三种作用都十分显著。
  全堤段历年加高培厚时取土的地方,一般距堤脚数米至20m左右,普遍留下连片或连线取土塘,深达2~5m之多,削弱了堤后的抗渗能力,而且汛期堤后积水过深,对防汛查险极为不利。为了改善抗渗条件,本次初步设计把堤后坡脚填塘作为大堤加固的一个主要工程措施。
  3.3护坡工程
  土堤护坡是为了防止堤身免受风浪的淘刷及水流的冲击,特别在迎冲顶流及河面较宽段,护坡是有效的堤防加固措施。护坡型式常见的有草皮护坡、砌石护坡、砼护坡,其优、缺点简述如下:
  1)草皮护坡,造价最低,但易受人畜破坏和生物影响,抗冲刷能力差。
  2)砌石护坡,一般有三种形式:干砌石护坡、浆砌石护坡和浆砌石埂框格内嵌填干砌石。砌石表面不平滑,与水体之间摩阻大,能够起到一定的消浪作用,砌石护坡对堤坡变形的适应性也比较好。但施工技术要求高,不能机械化操作,工期长。当地没有合适的料场,要远距离运料,使造价偏高,三者中以浆砌石造价较高,但质量能保证,干砌石造价较低,但因局部松动脱落,会使大范围的破坏,浆砌石埂内嵌干砌石的型式基本上解决了两者的不足。
  3)砼护坡:其整体性好,强度高,能机械化施工,工期短,且能起到一定的防渗作用,但由于表面比较光滑,波浪爬高比块石护坡要高十几厘米。对堤坡變形的适应性比较差。
  3.4清除堤坡杂物
  淠河堤防上树木、竹园等分布较多,由于竹木树根延伸到堤身堤脚,易形成渗透通道,汛期常常在这些地方出现严重的翻砂鼓水,因此,必须砍伐堤防上所有竹木,挖除竹木树根,铲除其它杂物及占堤建筑物,清除隐患。
  3.5集中设置上坡道和踏步
  堤上现有的上坡道大部分为当地群众铲堤形成的土坡道,每到汛期,必须封堵,因此为避免沿堤的居民对堤坡上草皮护坡的不利影响,在人口密集的地方,集中设置上坡道和踏步,这样做既方便了群众,又保护了堤坡。
  3.6穿堤建筑物除险加固
  堤现有穿堤建筑物大多老化,应对现有排涝涵闸进行孔径验算,消能验算,对每年汛期出现险情和毁坏严重无法正常运行的排涝涵闸进行重建,对不能满足要求的排涝涵闸,虽未出险,但存在隐患的,进行维修加固。
  以上所谈治理措施是根据现状存在较大问题所总结的几种措施,要彻底治理淠河,还需要更深入更详细地进行研究。
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