河段沖淤量、造床流量計算、險段危險性評價指標體系、九江沙口險段治理典型案例

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（規(guī)范性）

險段危險性評價指標體系險段危險性評價指標評分體系詳見表C.1。評分體系對照表指標評分0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0工程特性堤防類型混凝土堤石堤土堤砂堤防滲形式灌漿防滲墻混凝土防滲墻高噴防滲墻其他防滲墻灌漿反濾無迎水坡坡比1:51:41:31:21:0.5迎水護坡類型混凝土混凝土、植被漿砌石植被無河道特性河段河勢順直河段分汊河段彎道河段分汊及彎道的復(fù)合型河段河槽形態(tài)U型河槽W型河槽V型河槽深槽迫岸沖淤特性淤積沖淤交替沖刷水動力特性近岸水深（m）123456789≥10近岸流速（m/s）0.30.60.91.21.51.82.12.53≥3流向（°）0510203045607590≥90地質(zhì)特性堤身材質(zhì)巖石巖石、粘土巖石、砂質(zhì)土粘土粘土、砂質(zhì)土砂質(zhì)土堤基地質(zhì)混凝土混凝土、沙質(zhì)土、粘土巖石巖石、砂質(zhì)土、粘土粘土粘土、砂質(zhì)土砂質(zhì)土軟土地震烈度6度區(qū)7度區(qū)強7度區(qū)8度區(qū)運行管理最近加固距現(xiàn)在時間（年）51015≥20險段危險性評價指標權(quán)重詳見表C.2。評價指標權(quán)重序號指標符號權(quán)重1工程特性堤防類型F110.032防滲形式F120.083迎水坡坡比F130.044迎水護坡類型F140.025河道特性河段河勢F210.056河槽形態(tài)F220.037沖淤特性F230.018水動力特性近岸水深F310.149近岸流速F320.0810流向F330.0511地質(zhì)特性堤身材質(zhì)F410.2312堤基地質(zhì)F420.2013地震烈度F430.0114運行管理最近加固距現(xiàn)在時間F510.03險段危險性評價等級詳見表C.3。險段評價等級劃分評價等級險段危險性綜合評價系數(shù)涵義Ⅰ非常危險0.85-1.0險段存在嚴重缺陷，必須采取除險措施Ⅱ較危險0.75-0.85險段運行中容易出險，需通過安全性調(diào)查，采取相應(yīng)的除險措施Ⅲ警戒0.60-0.75險段汛期或人類活動影響較大時容易出險，需引起重視，加強汛期查搶險條件Ⅳ安全≤0.60險段處于比較穩(wěn)定狀態(tài)，按照常規(guī)的運行方式和查險搶險條件可以正常運行

（資料性）

九江沙口險段治理典型案例險段概況險段位于西江干流左岸樵桑聯(lián)圍（大堤樁號25+800～27+000），水量大、流速急，加之深槽地形有將水流導(dǎo)向險段岸線的趨勢，險段堤圍受沖刷較為嚴重。一條深槽貫穿整個險段范圍，在斷面26+000處，2016年汛前測得此深槽最深處約-48.18m。河床演變分析沙口險段本次演變分析河段長約14km，沿程選取9個河床演變斷面（見圖D.1）。分析基礎(chǔ)資料采用本河段1999年、2010年和2016年實測的河道地形圖。河床沖淤變化情況根據(jù)1999年、2010年和2016年共3個年份的沙口河段各典型橫斷面形態(tài)對比圖（河演斷面8～9因2010年地形數(shù)據(jù)缺失，未做該年度變化比較），統(tǒng)計了各河演斷面的深泓點高程變化情況（表D.1）。沙口河段河演斷面深泓點高程統(tǒng)計斷面深泓點（m）1999年2010年2016年2010年－1999年2016年－2010年河演1-21.2-24.2-23.9-3.00.30河演2-12.2-14.4-14.2-2.20.20河演3-16.0-14.4-15.01.6-0.60河演4-23.2-24.4-25.2-1.2-0.80河演5-28.8-33.4-35.5-4.6-2.10河演6-35.9-46.0-46.8-10.1-0.80河演7-25.5-34.8-38.0-9.3-3.20河演8-19.5/-23.6//河演9-31.7/-45.0//注：從各橫斷面斷面形態(tài)變化來看，1999年～2016年間，各斷面堤岸位置及岸坡形態(tài)相對穩(wěn)定，其中1999年～2010年河床主槽出現(xiàn)較明顯下切和偏移，2010年～2016年河床主槽形態(tài)較為穩(wěn)定。河道深泓線的平面變化趨勢套繪的1999年～2016年河段深泓線平面變化見圖D.1。整體來看，1999年～2010年河道深泓線沿程出現(xiàn)較明顯擺動，其中河演斷面2～4之間分汊河段深泓整體偏左岸下行，特別是1999年時河演斷面3上游1.1km至下游0.5km河段深泓線緊貼左岸堤腳分布，至2010年本河段深泓線向河道中間平均右偏約400m，不再緊貼左岸分布；另外九江大橋以下河段2010年深泓線較1999年整體向左平均偏移約160m，距左岸灘邊最近點僅有80m左右，深槽迫岸、威脅堤圍安全態(tài)勢進一步加劇。2010年～2016年的河道深泓線沿程平面基本穩(wěn)定。河道深泓線的縱向變化趨勢1999年～2010年間整個河段深泓呈下切態(tài)勢，但沿程深泓下切幅度差異明顯，河演斷面1～3之間河段深泓下切幅度較小，平均下切約3～5m；而河演斷面3以后河段下切幅度最大達20m，沿程平均下切達10m左右。2010年～2016年間分析河段深泓沿程略有下切，整體相對穩(wěn)定。綜合以上深泓線沿程平面及縱向變化分析，可以看出1999年～2010年沙口河段深泓變化明顯，2010年以后趨于穩(wěn)定。沙口河段河演斷面分布圖堤岸現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析計算計算工況及邊界條件根據(jù)《樵桑聯(lián)圍九江沙口水閘堤段外坦塌岸修復(fù)工程初步設(shè)計報告》(佛山市水利水電建筑設(shè)計有限公司，2007.03)，選取樵桑聯(lián)圍九江沙口水閘堤段外坦0+480和0+700斷面作為典型斷面進行計算。根據(jù)GB?50286-2013第9.2.2條的要求，選取的計算工況分別為：工況一：外江枯水期正常水位（珠基1.5m）；工況二：水位降落期（水位從5.5m降至4.5m）。計算參數(shù)根據(jù)《樵桑聯(lián)圍南海區(qū)九江鎮(zhèn)沙口段外坦塌岸修復(fù)工程巖土工程勘察報告》(廣東佛山地質(zhì)工程勘察院，2005.22)提供的地質(zhì)資料，計算所涉及的各土層物理力學(xué)指標見表D.2所示。各土層物理力學(xué)指標序號土層天然重度γ(KN/m3)凝聚力C(Kpa)內(nèi)摩擦角φ(°)1筑填土18.41013表D.2各土層物理力學(xué)指標（續(xù)）序號土層天然重度γ(KN/m3)凝聚力C(Kpa)內(nèi)摩擦角φ(°)2粉砂粉土18.14163淤泥質(zhì)土16.6444粉砂夾淤泥質(zhì)土18.2435粉砂18.2420計算結(jié)果分析根據(jù)《樵桑聯(lián)圍達標加固工程可行性研究報告》和《樵桑聯(lián)圍九江沙口水閘堤段外坦塌岸修復(fù)工程初步設(shè)計報告》(佛山市水利水電建筑設(shè)計有限公司，2007.03)，樵桑聯(lián)圍堤防級別為2級，樵桑聯(lián)圍九江沙口水閘堤段外坦塌岸修復(fù)工程為其岸灘，距主堤尚有不小于100m距離，灘頂高程5.5m，其防洪標準約相當(dāng)于10年一遇，工程級別按比主堤低一級考慮，確定其級別為3級。參照GB?50286-2013表3.2.3，堤防在正常運用條件下的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20。0+480和0+700斷面各工況下抗滑穩(wěn)定計算成果見表D.3。斷面最危險滑裂面位置圖見圖D.2～圖D.9。抗滑穩(wěn)定計算成果表斷面號計算工況最危險滑裂面位置抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值規(guī)范允許值DK0+480枯水期正常水位臨水坡0.815正常運用：1.20水位降落期臨水坡0.785DK0+700枯水期正常水位臨水坡0.400水位降落期臨水坡0.385計算結(jié)果顯示：0+480和0+700斷面處的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)變化均小于規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù)，不滿足GB?50286-2013要求。DK0+480斷面土層分布圖DK0+480斷面計算網(wǎng)格圖DK0+480斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（枯水期正常水位）DK0+480斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（水位降落期）DK0+700斷面土層分布圖DK0+700斷面計算網(wǎng)格圖DK0+700斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（枯水期正常水位）DK0+700斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（水位降落期）水沙數(shù)學(xué)模型計算域的確定、網(wǎng)格剖分計算范圍及網(wǎng)格的剖分二維數(shù)學(xué)模型計算范圍采用貼體正交曲線網(wǎng)格剖分。研究共布網(wǎng)格151×76個，網(wǎng)格尺寸1-10m不等。地形資料研究河段地形資料均采用2015年9月實測的1:1000水下地形圖。模型率定水流、泥沙驗證的水沙系列模型采用2015年6月21日6時～6月22日22時同步水文測驗資料進行模型水流、含沙量率定。河床質(zhì)、懸移質(zhì)泥沙級配如表D.4所示。2016年6月九江沙口河段河床質(zhì)顆粒級配表中數(shù)粒徑(mm)平均粒徑(mm)占比（%）粘粒粉砂砂粒礫石0.3370.3550.00.699.40.3610.3591.65.293.20.3800.4080.00.01000.4400.6441.76.189.62.60.3660.3960.00.01000.8501.1551.75.584.28.60.0280.92914.743.429.112.80.8601.1330.83.489.16.70.4751.0120.53.884.211.50.6751.1800.00.095.54.50.0070.01328.268.92.90.3370.3560.00.699.4水流、泥沙率定、驗證以2015年9月22日10時～9月23日12時同步水文測驗資料對模型進行率定，沿程水位、流速、流向以及含沙量過程率定、驗證成果見圖D.10（流速為兩個小時測量一次，水位為每個小時測量一次，僅列出了各斷面中點的流速、含沙量率定過程線圖），由模型計算結(jié)果與原型實測水位值比較分析可知，模型所模擬的各驗證測點水位過程與天然情況比較吻合；計算的各條垂線的流速大小和流向變化與實測結(jié)果趨于一致（流速值相對誤差基本在10%以內(nèi)，個別流速值誤差略大，但流速差值在0.10m/s以內(nèi)），模型再現(xiàn)各垂線懸沙濃度變化過程與觀測資料基本相似，率定、驗證結(jié)果表明，模型能夠較好的模擬研究水域的水流運動情況，其精度滿足驗證要求，說明模型概化和計算參數(shù)選擇合理，可以為研究河段水流、泥沙運動提供可靠的技術(shù)手段。a)1#水位率定過程圖b)2#水位率定過程圖c)3#水位率定過程圖d)5#水位率定過程圖e)2#流量率定過程圖f)3#流量率定過程圖g)1#流速率定過程圖h)1#流向率定過程圖i)2#流速率定過程圖j)2#流向率定過程圖k)3#流速率定過程圖l)3#流向率定過程圖m)4#流速率定過程圖n)4#流向率定過程圖o)1#含沙量率定過程圖p)3#含沙量率定過程圖率定過程圖河道沖淤驗證1）初始地形選擇初始地形采用2014年11月實測地形，復(fù)演至2015年9月期間的河床沖淤變化。2）計算水文條件上游進口流量、含沙量采用三水站資料；下游水位根據(jù)西南水閘閘前水位資料，根據(jù)河道比降推求。工程附近年沖淤與原型實測統(tǒng)計結(jié)果對比見表D.5。工程附近河床驗證誤差統(tǒng)計統(tǒng)計項年均沖淤量（萬m3）誤差（萬m3）誤差（%）實測92.1613.6814.8計算78.48分析可知，河道主槽整體以微淤為主，計算的沖淤量與實測接近，說明模型計算參數(shù)選取基本合理。河工物理模型試驗研究模型范圍依據(jù)有關(guān)模型試驗規(guī)程要求，模型上邊界選取至沙口險段上游約12km處河道斷面，模型下邊界取至險段下游約5.5km處河道斷面，進、出口段河道長度均在5倍河寬以上，可保證模型試驗段河道流態(tài)與原型河道基本相似。模型兩側(cè)堤防取至堤頂并考慮一定超高。模型比尺綜合考慮試驗河段水流和泥沙特性、試驗場地、橋墩大小等條件，并結(jié)合以往試驗的研究經(jīng)驗，確定模型比尺為：平面比尺：垂直比尺：九江沙口險段河工模型范圍及布置圖典型險段危險性評估和預(yù)警險段主要特征參數(shù)根據(jù)調(diào)查情況，九江沙口險段主要特征參數(shù)見表D.6和表D.7。參數(shù)無量綱化后見表D.8和表D.9。險段主要特征參數(shù)險段名稱工程特性河道特性堤防類型防滲形式迎水坡坡比迎水坡護坡類型河段河勢河槽形態(tài)沖刷特性九江沙口險段土堤灌漿0.3漿砌石分汊河段深槽迫岸沖刷險段主要特征參數(shù)險段名稱水動力特性地質(zhì)特性運行管理近岸水深（m）流速（m/s）流向（°）堤身材質(zhì)堤基地質(zhì)地震烈度最近加固距現(xiàn)在時間九江沙口險段7.4320粘土粘土、砂質(zhì)土七度區(qū)10險段參數(shù)無量綱化險段名稱工程特性河道特性堤防類型防滲形式迎水坡坡比迎水坡護坡類型河段河勢河槽形態(tài)沖刷特性九江沙口險段0.70.60.60.50.411險段參數(shù)無量綱化險段名稱水動力特性地質(zhì)特性運行管理近岸水深流速流向堤身材質(zhì)堤基地質(zhì)地震烈度最近加固距現(xiàn)在時間九江沙口險段0.740.90.40.60.80.40.4險段評價及預(yù)警計算得出九江沙口險段的評價結(jié)果見表D.10。九江沙口險段在大洪水、高水位條件下，險段岸坡遭受長時間的河水浸泡，地基土處于泡和狀態(tài)，在洪水退潮以后，岸坡穩(wěn)定性降低，同時在河道洪水沖刷的雙重作用下，最終可能引發(fā)重力崩塌。本次評價中九江沙口險段為塌岸式險段，評價為警戒狀態(tài)，結(jié)論基本吻合。險段評價結(jié)果險段綜合評價系數(shù)評價等級九江沙口險段0.67Ⅲ警戒典型險段整治對策研究調(diào)整型整治工程根據(jù)沙口險段河勢、水沙運動規(guī)律及特征，采用如下調(diào)整型整治措施：在九江大橋上游約300m范圍，順堤布置3條潛壩；擔(dān)擔(dān)沙洲削灘導(dǎo)流，改善險段局部流態(tài)。工程布置圖見圖D.12。守護型整治工程崩岸的整治，整治措施一般以設(shè)計枯水位為界以水下護腳為主，水上護坡為輔，本次采用的守護型整治措施：水下采用承臺堆石護腳；水位變動區(qū)采用預(yù)制混凝土六角塊；水上二級護坡采用三維植被網(wǎng)；九江沙口險段整治工程布置圖整治效果分析流速、流態(tài)變化沿河道選取了部分采樣點，對各頻率洪水條件下的流速變化進行分析。九江沙口險段流速采樣點統(tǒng)計表取樣點號工程前工程后變化值流速變率（%）大小（m/s）流向（°）大?。╩/s）流向（°）流速差（m/s）流向差（°）12.12753.402.1268143.40-0.000290.00-0.0121.63354.201.6328144.20-0.000290.00-0.0131.76958.7841.7688148.78-0.000290.00-0.0141.94259.2331.9418149.233-0.000290.00-0.0151.67853.661.6777143.66-0.000390.00-0.02表D.11九江沙口險段流速采樣點統(tǒng)計表（續(xù)）取樣點號工程前工程后變化值流速變率（%）61.14147.921.1411137.920.000190.000.0171.49873.071.497163.07-0.00189.99-0.0581.69065.641.6897155.63-0.000389.99-0.0290.84142.170.842132.150.00189.980.08100.62129.130.622119.140.00190.020.16111.56371.821.562161.82-0.00190.00-0.05120.97580.490.974170.50-0.00190.00-0.09131.30834.461.307124.47-0.00190.00-0.06141.54850.511.547140.51-0.00190.01-0.07151.11675.231.117165.230.00190.000.10161.21875.601.218165.600.00190.000.07171.70381.971.697171.28-0.00689.31-0.36181.56293.721.574183.600.01189.890.73191.39795.941.401185.910.00489.970.29201.52197.111.527187.190.00690.080.41211.715102.951.713193.05-0.00290.10-0.11221.884118.231.897207.830.01289.590.65231.29693.9281.214185.00-0.08391.07-6.37242.256110.102.245200.13-0.01190.03-0.51252.025