工程建設(shè)引起河道改線段防洪影響研究

王雪紅，趙揚(yáng)搏，張龍玲，賀云鵬

(1.南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇 南京 210098；2. 揚(yáng)州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007；3.南京市浦口區(qū)水務(wù)局，江蘇 南京 211800)

高速鐵路是城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，是促進(jìn)區(qū)域均衡發(fā)展的有力通道。隨著我國(guó)區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，地區(qū)高速鐵路的建設(shè)加快了進(jìn)程，然而由于規(guī)劃等原因一些鐵路站點(diǎn)建設(shè)在行洪河道附近，可能影響河道行洪安全，甚至造成洪澇損失。為減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生，近來(lái)年國(guó)家和地方先后出臺(tái)了一系列相關(guān)的法規(guī)、條例等[1- 3]加強(qiáng)對(duì)涉河項(xiàng)目的防洪評(píng)價(jià)與管理，促進(jìn)了我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)體系的完善。根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》的要求，在洪泛區(qū)、蓄滯洪區(qū)內(nèi)建設(shè)非防洪建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)就洪水對(duì)建設(shè)項(xiàng)目可能產(chǎn)生的影響和建設(shè)項(xiàng)目對(duì)防洪可能產(chǎn)生的影響作出評(píng)價(jià)。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于橋梁[4- 7]、渡槽[8]、碼頭[9]、穿堤管道[10]等項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)的研究頗多，對(duì)于工程建設(shè)引起的河道改線方面的評(píng)價(jià)較少，本文以連淮揚(yáng)鎮(zhèn)鐵路寶應(yīng)站站前綜合客運(yùn)樞紐建設(shè)引起河道改線為例，全面分析了各方面影響，并針對(duì)性地提出相關(guān)建議，對(duì)類(lèi)似工程防洪評(píng)價(jià)工作有切實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

連淮揚(yáng)鎮(zhèn)鐵路寶應(yīng)站站前綜合客運(yùn)樞紐鄰澗溝河而建，澗溝河以東區(qū)域包括長(zhǎng)途汽車(chē)客運(yùn)站、公交停靠站、社會(huì)車(chē)停車(chē)場(chǎng)、出租車(chē)相關(guān)設(shè)施及普通道路等，屬城南新區(qū)；以西區(qū)域?yàn)槿诵袕V場(chǎng)，屬望直南區(qū)，東西廣場(chǎng)通過(guò)2座車(chē)行橋和2座人行景觀橋連通[11]。城南新區(qū)和望直南區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)分別為50a一遇和20a一遇，規(guī)劃抽排標(biāo)準(zhǔn)均為20a一遇，澇水抽排入澗溝河、寶射河、新民大溝、斜溝河等。根據(jù)寶應(yīng)站站前綜合客運(yùn)樞紐的總體規(guī)劃布置，站前廣場(chǎng)及地下停車(chē)場(chǎng)覆蓋原有澗溝河，為保證澗溝河功能，寶應(yīng)站站前綜合客運(yùn)樞紐范圍內(nèi)涉及的寶應(yīng)縣境內(nèi)縣域骨干河道——澗溝河改道設(shè)計(jì)，澗溝河改道影響涉及的支河曹莊河按規(guī)劃要求和澗溝河節(jié)制涵閘溝通，馮橋支渠改線后重新貫通。由于高鐵站區(qū)所在區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)未達(dá)到50a一遇城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，站區(qū)東側(cè)利用高鐵路基、西側(cè)利用澗溝河?xùn)|側(cè)堤防、北側(cè)利用曹莊河南側(cè)堤防和南側(cè)地面增設(shè)的防洪堤共同構(gòu)成高鐵站區(qū)防洪圈，站區(qū)防洪圈使高鐵站主站區(qū)成為獨(dú)立排澇圩，防洪圈堤防等級(jí)均采用2級(jí)堤防設(shè)計(jì)，并設(shè)排澇閘站在具備自排條件時(shí)自排，不具備自排條件時(shí)開(kāi)泵抽排澇水至澗溝河[12]。

2 河道概況

澗溝河是穿越城區(qū)的一條重要的縣域河道，南起潼河，北入寶射河，具有排澇、灌溉的作用，省水系規(guī)劃確定的6級(jí)河道，全長(zhǎng)20.9km，流域面積達(dá)104km2。澗溝河歷史上向北排水是高低分隔河道，對(duì)范水、石橋、沿河、望直港鄉(xiāng)農(nóng)田起排、降、引作用，是寶射河以南沿運(yùn)地區(qū)的主要運(yùn)輸河道。1954—2007年經(jīng)過(guò)多次整治后，成為運(yùn)東片的骨干河道之一，澗溝河除在工程河段受人為活動(dòng)影響外，發(fā)生河勢(shì)較大變化的可能性較小。澗溝河為等外航道：通行30t農(nóng)用船，河上水利工程設(shè)施較多，常年均有維護(hù)措施，以確保防洪、排澇和灌溉功能的發(fā)揮；河道周邊地質(zhì)為黏土或壤土夾黏土，不易沖刷。

圖1 改線段新開(kāi)河道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

澗溝河規(guī)劃河道斷面：河底高程-1.0m，河底寬10m，河坡均為1∶2，堤頂高程4.5m或5.0m，堤頂寬度不小于5m，口寬32m。調(diào)整段的堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)河道兩側(cè)站區(qū)的重要性均為50a一遇，河道排澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇設(shè)計(jì)，相應(yīng)堤防等級(jí)2級(jí)，20a一遇排澇設(shè)計(jì)流量17m3/s，20a一遇防洪設(shè)計(jì)水位3.46m；防洪校核水位采用歷史最高水位3.52m。站區(qū)改線段河道現(xiàn)狀長(zhǎng)660m，現(xiàn)狀河線向西偏離約50～70m，兩側(cè)分別通過(guò)2段拐彎半徑150m的圓弧段與現(xiàn)狀河道銜接；河道底高程-1.0m，底寬23m，坡比1∶2，并設(shè)仿木樁及鋼筋混凝土懸臂墻護(hù)岸，具體設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。

3 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

本文僅就改線段新開(kāi)河道防洪評(píng)價(jià)計(jì)算，水文數(shù)據(jù)采用《寶應(yīng)縣城市防洪規(guī)劃報(bào)告》和《揚(yáng)州市區(qū)域骨干河道治理規(guī)劃》中的水文分析成果，其他計(jì)算主要包括河道過(guò)流能力計(jì)算、河道堤防設(shè)計(jì)復(fù)核等。河道上新建橋梁由于有成熟的橋梁評(píng)價(jià)機(jī)制[4- 7]，本次限于篇幅不作分析。

3.1 河道過(guò)流能力

防洪水位下河道現(xiàn)狀過(guò)水面積127.6m2。設(shè)計(jì)過(guò)水面積120.1m2比該段河道原規(guī)劃斷面85.5m2大40.5%，河線調(diào)整段斷面基本維持原過(guò)流斷面，較現(xiàn)狀面積變化率-6.2%。河道排澇時(shí)流速0.24m/s，小于不沖流速0.8m/s(粉質(zhì)黏土)，滿(mǎn)足要求。

3.2 堤防設(shè)計(jì)復(fù)核

3.2.1堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

高鐵站的站區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定，防洪標(biāo)準(zhǔn)<100a且≥50a一遇的堤防工程級(jí)別為2級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范相符。

3.2.2堤頂高程及寬度復(fù)核

調(diào)整段新建堤防堤頂高程5.0m，高于設(shè)計(jì)洪水位1.5m左右，滿(mǎn)足2級(jí)堤防安全超高要求。另堤頂寬度5m小于《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中建議值6m，建議后期有條件時(shí)可加寬至6m。

3.2.3防滲體復(fù)核

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》防滲體的頂部應(yīng)高出設(shè)計(jì)水位0.5m，本次設(shè)計(jì)套打防滲樁頂高程4.0m，設(shè)計(jì)防洪水位3.46m，滿(mǎn)足防滲體頂部超高的要求。河道堤防內(nèi)防滲體除防洪圈排澇管道穿堤處外，其余段均可形成一道連續(xù)的防滲墻。

3.2.4堤防穩(wěn)定復(fù)核

堤防穩(wěn)定根據(jù)現(xiàn)狀堤防的實(shí)測(cè)斷面及工程建成后堤防斷面進(jìn)行計(jì)算，其中滲流穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的計(jì)算方法，采用AUTOBANK 7.07軟件進(jìn)行滲流及抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

根據(jù)建成后堤防斷面及地質(zhì)資料，進(jìn)行滲流、抗滑穩(wěn)定計(jì)算，材料參數(shù)詳見(jiàn)表1，澗溝河段堤防計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，其余段采用相同計(jì)算方法，結(jié)果顯示滲流、抗滑均穩(wěn)定。

河線調(diào)整段擋墻穩(wěn)定計(jì)算采用偏心受壓公式，基礎(chǔ)底面與地基土的綜合摩擦系數(shù)fo=0.2。計(jì)算成果詳見(jiàn)表3。

表1 材料參數(shù)表

表2 改線后澗溝河堤防穩(wěn)定計(jì)算成果表

表3 澗溝河新建擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.2.5仿木樁穩(wěn)定分析

仿木樁護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用懸臂板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算方法計(jì)算，仿木樁以上土坡折算為超載。采用m法計(jì)算，最大彎矩 = 3.5kN·m，距離樁頂1.667m；最大剪力 = 4.5kN，距離樁頂 1m，樁頂位移5cm。仿木樁采用鋼筋混凝土混凝土結(jié)構(gòu)，樁身受彎承載力設(shè)計(jì)值16kN·m，樁身受剪載力設(shè)計(jì)值40kN，樁身抗彎滿(mǎn)足要求。

4 防洪綜合評(píng)價(jià)

4.1 工程與現(xiàn)有防洪規(guī)劃的關(guān)系與影響分析

澗溝河改線段河道工程設(shè)計(jì)符合相關(guān)規(guī)劃的要求，澗溝河河線調(diào)整涉及到的曹莊河已按規(guī)劃與澗溝河通過(guò)節(jié)制涵閘連通，站區(qū)在城南新區(qū)形成50a一遇的獨(dú)立防洪圈，對(duì)規(guī)劃其他區(qū)域?qū)嵤┑挠绊戄^小，不會(huì)增加其他河道整治的實(shí)施難度。

4.2 與現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)技術(shù)和管理要求的適應(yīng)性分析

4.2.1與現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性

工程所在區(qū)域的澗溝河?xùn)|岸望直南區(qū)規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，澗溝河西岸城南新區(qū)規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇；2個(gè)區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)均為20a一遇。本次建設(shè)根據(jù)高鐵站自身防洪要求，結(jié)合城南新區(qū)目前防洪標(biāo)準(zhǔn)還未達(dá)標(biāo)的現(xiàn)狀，在站區(qū)四周新建防洪標(biāo)準(zhǔn)均為50a一遇的防洪圈，既保證了站區(qū)的防洪安全又不影響以后區(qū)域防洪規(guī)劃的實(shí)施。望直南區(qū)側(cè)澗溝河堤防由于高鐵站的建設(shè)，防洪標(biāo)準(zhǔn)高于相關(guān)規(guī)劃20a一遇的要求。河道設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝鏉M(mǎn)足規(guī)劃河道斷面要求。即工程完成后本段河道已達(dá)到或高于防洪規(guī)劃的要求。

4.2.2與有關(guān)技術(shù)要求的適應(yīng)性

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀地面高程在2.2～3.2m之間，工程的建設(shè)并未降低本區(qū)區(qū)域地面高程。澗溝河河線轉(zhuǎn)彎半徑均為150m，大于5倍的水面寬度且河道兩側(cè)采用仿木樁及鋼筋混凝土懸臂墻護(hù)岸，滿(mǎn)足《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》中河槽中心線應(yīng)為光滑平順的曲線，彎曲段可采用復(fù)合圓弧曲線的要求。

4.2.3與管理要求的適應(yīng)性

根據(jù)《江蘇省水利工程管理?xiàng)l例》，河道的管理范圍：有堤防的河道、其管理范圍為2個(gè)堤防之間的水域、沙洲、灘地(包括可耕用地)、行洪區(qū)、兩岸堤防及護(hù)堤地。新建地下車(chē)庫(kù)在護(hù)堤地范圍以外，滿(mǎn)足堤防管理要求。

工程完成后，由于寶應(yīng)站的排澇要求高于周邊現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)區(qū)的排澇要求，在一定程度上將增加未來(lái)工程管理的工作量，建議城南新區(qū)和望直南區(qū)的水系規(guī)劃快實(shí)施?？偟膩?lái)說(shuō)，高鐵站區(qū)在防洪排澇上的重要性高于現(xiàn)狀農(nóng)田，除高鐵站自身的管理外，地方上的水行政管理部門(mén)亦需要加強(qiáng)管理力度，配合好站區(qū)的防洪排澇工作，因此本工程的建設(shè)，一定程度上增加了本區(qū)水利工程管理的難度和強(qiáng)度。

4.3 對(duì)河道泄洪安全的影響分析

澗溝河改線段構(gòu)物施工完成后再按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行澗溝河開(kāi)挖。施工期間利用澗溝河原有河道排水，能夠滿(mǎn)足河道正常的排水功能，待澗溝河新河道開(kāi)挖完成后，通過(guò)新河道導(dǎo)流，對(duì)原有河道進(jìn)行填筑，基本不影響河道行洪。工程完工后，澗溝河新開(kāi)段設(shè)計(jì)斷面利于河道行洪。

4.4 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定影響分析

澗溝河新開(kāi)段與現(xiàn)狀河道銜接處存在拐彎段。河道水流難免會(huì)對(duì)河道造成拐彎頂沖段沖刷，內(nèi)側(cè)淤積的現(xiàn)象。但拐彎段河坡均采用鋼筋混凝土防洪墻護(hù)岸及河坡綠化措施，河道不易沖刷變形，改道后河勢(shì)穩(wěn)定。由于河道流量較小，流速不大，再加上新開(kāi)澗溝河河道兩岸采用駁岸形式，降低了糙率，河床主要以淤積為主。

4.5 對(duì)現(xiàn)有防洪工程及其他水利工程影響

工程建設(shè)建設(shè)影響的澗溝河堤防按照規(guī)劃或高于規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)建設(shè)到位，與現(xiàn)狀堤防平順銜接，不影響現(xiàn)有河道堤防的防洪能力，其余工程的建設(shè)亦不影響現(xiàn)有防洪工程。

城南新區(qū)總面積24.83km2，規(guī)劃建成區(qū)17.38km2，占比70%，區(qū)域內(nèi)項(xiàng)目占地0.43km2，項(xiàng)目建成后建成區(qū)占比71.4%，增長(zhǎng)1.4%，變化較小。望直南區(qū)E1片總面積11.23km2，規(guī)劃建成區(qū)5.62km2，占比50%，區(qū)域內(nèi)項(xiàng)目占地0.075km2，項(xiàng)目建成后建成區(qū)占比50.5%，增長(zhǎng)0.5%，變化較小。故項(xiàng)目建設(shè)前后對(duì)城南新區(qū)和望直南區(qū)規(guī)劃的排澇模數(shù)影響微乎其微。澗溝河流域面積104 km2，項(xiàng)目區(qū)總占地占流域面積0.53%，項(xiàng)目建設(shè)前后排澇模數(shù)基本無(wú)變化，澗溝河內(nèi)排澇流量也基本無(wú)變化。

根據(jù)規(guī)劃開(kāi)挖曹莊河與新開(kāi)澗溝河相通，并在交匯點(diǎn)新建曹莊河涵閘，滿(mǎn)足了農(nóng)田灌溉需求。工程的施工，占?jí)毫瞬糠智?、河道等基礎(chǔ)設(shè)施，澗溝河改道影響馮橋支渠的溝通，馮橋支渠改線后按原斷面重新進(jìn)行了開(kāi)挖，并與原渠道溝通，對(duì)農(nóng)田灌溉的影響甚小。

4.6 對(duì)防汛搶險(xiǎn)的影響分析

若施工期存在防汛任務(wù)，防汛車(chē)輛、防汛物資通可利用現(xiàn)有老路運(yùn)送至各條河道，施工場(chǎng)地布置服從防汛搶險(xiǎn)要求。新建堤防與現(xiàn)狀堤防平順銜接，防汛道路貫通，將利于日后防汛搶險(xiǎn)工作。

4.7 對(duì)第三人合法水事權(quán)益的影響分析

4.7.1對(duì)水質(zhì)的影響分析

工程營(yíng)運(yùn)期對(duì)水質(zhì)基本無(wú)影響，影響主要在施工期，但由于施工區(qū)域相對(duì)于整個(gè)水域而言面積較小，影響時(shí)間相對(duì)短且澗溝河新開(kāi)河道待澗溝河橋梁基礎(chǔ)施工完畢后再進(jìn)行開(kāi)挖，不會(huì)影響到河道水質(zhì)。因此只要施工時(shí)采取必要的環(huán)保措施，加強(qiáng)建設(shè)點(diǎn)和施工營(yíng)地的管理，對(duì)河道水質(zhì)的影響不會(huì)很大。

本項(xiàng)目區(qū)實(shí)行雨污分流制，污水收集后排入附近污水處理廠；雨水根據(jù)地形就近排入景觀湖體或河流，道路雨水水質(zhì)直接影響河道水質(zhì)，建議雨水統(tǒng)一收集入池，經(jīng)沉淀處理后，表層雨水排入景觀湖體或河流，底層泥沙雜質(zhì)等定期清理后外運(yùn)。

4.7.2對(duì)通航的影響

本工程范圍內(nèi)影響的河道外排河道澗溝河為等外航道，一般情況下有農(nóng)船或河道管理小船通航，站區(qū)施工期間會(huì)影響其通航；工程結(jié)束后澗溝河連通，不影響船只通行。

4.7.3對(duì)環(huán)境空氣的影響

擬建項(xiàng)目位于新開(kāi)城區(qū)，施工期的大氣污染物主要是粉塵污染物動(dòng)力機(jī)械排出的尾氣污染物，其中粉塵污染物對(duì)周?chē)h(huán)境影響較突出。將對(duì)區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)生一定的不利影響，但只是短期影響且遠(yuǎn)離居民區(qū)。施工時(shí)臨時(shí)堆土場(chǎng)應(yīng)集中設(shè)置，堆土場(chǎng)四周設(shè)置圍擋防風(fēng)阻塵，堆垛配備篷布遮蓋并定期灑水保持濕潤(rùn)；堆土場(chǎng)四周開(kāi)挖排水溝，設(shè)置編織土袋圍擋，截留雨水徑流。固體廢物的運(yùn)輸以卡車(chē)運(yùn)輸為主，運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)配備頂棚或遮蓋物，運(yùn)輸過(guò)程中全程密閉。

5 結(jié)論及建議

本項(xiàng)目的建設(shè)符合相關(guān)水利規(guī)劃的總體要求與整治目標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)今后規(guī)劃實(shí)施河道治理、加固堤防等工程措施影響較小，基本不增加相關(guān)規(guī)劃實(shí)施的難度。因河道改線影響的其他支河或灌溉渠道已按規(guī)劃實(shí)施到位。施工期間對(duì)河道、堤防管理有一定的影響，工程實(shí)施后，對(duì)河道河勢(shì)穩(wěn)定的影響較小。新開(kāi)河道與現(xiàn)狀河道堤防銜接平順，對(duì)防汛搶險(xiǎn)基本無(wú)影響，工程運(yùn)行期對(duì)該段的正常取、排水等第三人事的合法水事權(quán)益影響較小。

澗溝河堤防防滲樁除排澇站出水管道穿堤處外其他段均可形成一道連續(xù)的防滲墻，為保證堤防的防滲安全需要采取有效的防治措施。管道位于②3粉質(zhì)黏土層上，其下臥層亦為粉質(zhì)黏土，滲透系數(shù)均較小為k×10-7cm/s，建議管道周?chē)谭捞钪r(shí)兩側(cè)各10m范圍內(nèi)，管道底高程至高程4.0m采用12%水泥土回填，分層壓實(shí)，壓實(shí)度≥0.95。堤防各工況下滲流、抗滑均穩(wěn)定，防洪墻分縫處要做好止水工作，保證防洪安全。工程所需建材若通過(guò)堤頂?shù)缆逢戇\(yùn)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，工程施工中應(yīng)做好相應(yīng)的對(duì)堤防的保護(hù)工作，工程施工中禁止在堤頂及堤防管理范圍內(nèi)進(jìn)行堆載以免影響堤防穩(wěn)定安全。

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則全面地分析河道改線帶來(lái)的影響，通過(guò)計(jì)算和分析發(fā)現(xiàn)局部改道后河道行洪通暢、堤防穩(wěn)定、建設(shè)項(xiàng)目防洪安全，同時(shí)因工程建設(shè)與河道產(chǎn)生的相互不利影響可以通過(guò)一定的防治補(bǔ)救措施來(lái)減免，能夠保障工程建設(shè)合法合規(guī)、安全地實(shí)施。對(duì)于規(guī)劃斷面比現(xiàn)狀河道小的斷面設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合實(shí)際盡量采用與現(xiàn)狀斷面過(guò)流能力相近的斷面，避免局部縮窄引起行洪不暢，可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)時(shí)提供經(jīng)驗(yàn)參考。河道過(guò)流能力計(jì)算本文僅采用常規(guī)流體力學(xué)方法，在有條件情況下亦可建立水流模型，更清晰的反映水流形態(tài)，從而更好地做出評(píng)價(jià)。