城市堤防设计

堤防高程设计

一、前 言 我国城市基本分散布置于沿海、沿湖、沿江及山区河谷盆地，洪涝水害较为严重。为治理城市洪涝灾害，保障人民生命财产安全和社会经济的可持续发展，应大力兴建城市防洪工程。 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，堤防必须高出设计洪水位一定的超高值，但由于堤防主要分布于城区，过高的防洪堤不仅影响工程投资，而且对城市的环境、交通和景观等影响很大。因此，对关系城市防洪堤高度的重要因子之一，堤顶超高问题进行研究很有必要。 二、规程规范关于堤顶超高的有关规定 近年来，国家和有关部门制定和颁布了各项规程规范，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，主要的规程规范有： 1、《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。《防洪标准》第2.0.1条对城市的等级和防洪标准作了明确规定，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1。 表1 城市的等级和防洪标准 等级 重要性 非农业人口（万人） Ⅰ 特别重要的城市 ≥150 Ⅱ 重要的城市 150～50 Ⅲ 中等城市 50～20 Ⅳ 一般城镇 ≤20 2、《堤防工程技术规范》（SL51--93） 防洪标准（重现期·年） ≥200 200～100 100～50 50～20 该规范由水利部于1993年4月10日发布。《堤防工程技术规范》（SL51--93）对城市的堤防级别、防洪标准及安全加高的规定见表2。 表2 城市堤防工程级别及安全加高 堤 防 级 别 1 2 3 4 城镇重要程度 特别重要城市 重要城市 中等城市 一般城镇 城市非农业人口（万人） 150～50 50～20 ≤20 ≥150 防洪标准（重现期·年） 100～50 50～30 30～20 ≥100 安全加高（m） 1.0 0.8 0.7 0.6 项 目 该规范的5.2.1和5.2.2条对堤顶高程作了如下规定： “5.2.1堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高确定： 堤顶超高按（5.2.1）确定 Y=R+e+A 5.2.1 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） ” “5.2.2当土堤临水面设有稳定、坚固的防浪墙顶，高程可视为设计堤顶高程。但堤身顶高程应高出设计水位0.5m以上。” 3、《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。《堤防工程设计规范》对堤防工程的安全加高值的规定见表3。 表3 堤防工程的级别及安全加高值 防洪标准 <100且≥5<50且≥30 <30且≥20 <20且≥10 ≥100 (重现期·年) 0 堤防工程的级别 1 2 3 4 5 不允许越浪的堤防1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 安 全 工程 加高值 允许越浪（m） 的堤防工0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 程 规范第6.3.1、6.3.3条对堤顶高程作了说明： “6.3.1堤顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定。堤顶超高应按下式计算确定。1、2级堤防的堤顶超高值不应小于2.0m。 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） ” “6.3.3当土堤临水侧堤肩设有稳定、坚固的防浪墙时，防浪墙顶高程计算应与第6.3.1条堤顶高程计算相同，但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上。” 4、《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。《城市防洪工程设计规范》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4。 表4 城市等别、防洪标准、堤防工程级别 防洪标准（重现期·年） 城市人口 堤 防 安全超高 重要程度 等别 （万人） 江洪、海潮 山洪 泥石流 级 别 (m) 特别重要100～5一 ≥150 ≥200 >100 1 1.0 城 市 0 二 主要城市 150～50 200～100 50～20 100～52 0.8 0 三 中等城市 50～20 100～50 20～10 50～20 四 小城市 50～20 10～5 ≤20 20 3 4 0.6 0.5 该规范的5.1.4、5.1.5条对堤顶和防浪墙顶高高程作出了如下规定： “5.1.4堤顶和防浪墙顶标高按下式确定 Z=ZP+he+Δ= ZP +ΔH 式中 Z——堤顶或防浪墙顶标高（m）； ZP——设计洪(潮)水位（m）； he——波浪爬高（m）； Δ——安全超高(m)； ΔH——设计洪（潮）水位以上超高（m）。” “5.1.5当堤顶设置防浪墙时，堤顶标高应不低于设计洪（潮）水位加0.5m。” 经比较上述各项规范，可以看出：《堤防工程设计规范》、《堤防工程技术规范》和《城市防洪工程设计规范》主要区别在于： （1）《堤防工程设计规范》分别规定了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）《堤防工程设计规范》特别规定了1、2级堤防堤顶超高不应小于2.0m。 以上规程规范中，由于《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。因此，城市防洪堤工程的规划设计建议按这两个规范的规定执行。各项规范分别有安全超高或安全加高的不同说法，建议统一采用“安全加高”。 三、**省部分城市堤防工程情况调查 **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。 表5 城市防洪堤工程规划、设计调查表 堤防洪标准 城市 防 (重限期名称 级年) 别 ** 50 2 ** 50 3 ** 50 4 ** 50 2 ** 50 3 ** 50 ** 50 3 ** ** 50 50 3 洪水位防浪堤顶 堤防高度 波浪 安全 高出地墙 宽度 (含防浪 爬高 加高 面高度高 度 (m) 墙)(m) (m) (m) (m) (m) 6 6 8 0.7 3-4 6 4-5 0.9 0.7 0.7 3.5 5 6 0.9 4-5 >5 5-6 0.9 0.2 0.8 3 8 4 0.8 2.5-5.5 3-6 0.5 4 1.0 3 4-5 7 7 4 5-6 堤防 超高 备注 (m) 2.0 规划 1.4 可研 1.4 初设 1.0 规划 0.8 初设 0.7 规划 0.5-可研 1.0 0.9 0.43 0.7 1.13 初设 1.1 规划 ** ** 100 50 3 3 0.3 0 0.5 1 1 0.2 可研 0.3 0.7 1 设计 从调查资料看,所调查的城市基本为中等城市，防洪标准除**市为100年一遇外，其它均为50年一遇。但堤防工程级别差别很大，如：**和**为2级堤防，**为4级堤防，其它城市为3级堤防；堤防超高的差别也较大，最高的达2.0m（**），最低的仅为0.2m（**）。存在同一种标准，不同级别；同一级别，不同安全加高，甚至高一级别堤防安全加高低于低一级别堤防安全加高的现象，没有统一的说法和合理的确定方法。这对规划、设计和审查带来了不必要的麻烦。表中出现的情况，据分析，其主要原因：一是各设计单位所选用的规范不一致；二是对规范中规定的上下限取法不一；三是对城市所处的地理位置因素考虑不一。因此，如何按照所确定的防洪标准，来确定城市防洪堤的级别和安全加高，以规范项目规划设计已显得十分必要。 从表5中可以看出： （1）堤防超高值与堤防高度及挡水的水头有一定的关系。堤防高度及洪水位高出堤后地面高度越大，堤防超高也越大，反之较小。如****市****江设计洪水位高出城市地面6m，堤防高度达8m，堤顶超高取2m；****市河道洪水位高出地面高程3～4m，堤高4～5m，堤防超高1.4m。而****市属平原河河网地区，河网设计洪水位仅高出城市地面高程0.3m，堤防高度仅0.5m，堤防超高0.2m；****市设计洪水位高出地面高程0～0.5m，堤防高度1.0m，堤防超高0.5～1.0m。 （2）堤防超高与堤防断面尺寸大小有关。堤防断面尺寸大的堤防安全超高相对较小，如****堤防高度达5～6m，洪水位高出地面高程4～5m，但其堤防采用路堤结合的断面型式，一般堤顶宽度都在7m以上，因此堤防超高为1.1m，比****等城市低。 （3）堤防超高与洪水位变幅有关。如****市因处平原河网地区，河网最高洪水位100年一遇为5.29m，50年一遇为5.16m，两者相差仅0.13m，变幅较小，因此其堤防超高较小。 （4）堤防超高与近远期工程结合程度有关。如****市城市防洪规划近期堤防工程达20年一遇防洪标准，远期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50年一遇防洪标准，其堤顶高程依据下列三种情况的大者选定： 1、规划近期20年一遇洪水位+1m超高； 2、规划远期50年一遇洪水位+0.7m安全超高； 3、规划百年一遇洪水位。 这样选取，既保障了该城市一定标准的防洪安全，又考虑了城市所处的特殊位置适当降低了堤防高度。 三、关于城市堤防堤顶超高的建议 （一）堤防工程级别 按国家有关规定、省政府意见并参考水利部规划总院、中国国际咨询公司在评估和审查****江干堤加固工程项目时的意见，建议省内的县级城市防洪标准一般采用50年一遇，地市级城市防洪标准一般采用100年一遇。建议****省的一般县城以上城市（除****、****外）防洪堤工程定为3级建筑物。 （二）堤顶超高

堤顶超高由风浪爬高、风壅水面高度及安全加高值三者组成（见图）。

城市堤防堤顶超高Y的计算应按《堤防工程设计规范》第6.3.1条执行，即堤顶超高应按下式计算 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） （三）安全加高

《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：

“2.2.1 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条对堤防安全超高说明如下： “2.3.1 防洪建筑物的安全超高是指防洪建筑物挡水部分的顶标高高出设计水位加上风浪爬高后的富余高度，安全超高是考虑由于洪水位计算中可能存在的误差；泥沙淤积造成水位的暂时抬高；以及其它因素可能出现的水位抬高。总之是为了避免各种不利因素对防洪安全的影响，而采取的一种措施……”

“防洪建筑物的安全超高应较不允许过水的土坝、堆石坝为小，因其事故后的危害也较水库大坝事故造成的危害小……”

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