河道綜合治理工程水工設計的若干問題

程靜文 程旭強

近年來，隨著社會經濟的發(fā)展，各項水利建設突飛猛進，城市河道治理、中小河流治理、黑臭水治理、水生態(tài)治理、河道景觀提升、河道綜合治理等河道水工程比比皆是，在對北京、河北、吉林、遼寧、安徽、四川、福建、江蘇、廣東等地一些河道水工程設計報告的審查、咨詢和評估工作中，經常會遇到各種各樣的設計問題，撰文將設計報告中容易出現(xiàn)的水工設計問題進行列舉和闡述，希望對于進一步做好河道綜合治理工程的設計工作有些許裨益。

以下為河道水工程設計報告中較多出現(xiàn)的關于水工設計的若干問題，問題來源既有北方河流，又有南方河流，大部分為城市未建成區(qū)的河道，由于問題條目比較多，各個條目之間本身不一定存在關聯(lián)性和邏輯性，在主要滿足防洪目標的前提下，各條河道的其它目標也各不相同，為不顯得繁雜，將問題歸納分類，以平面布置、水面線、縱剖面、橫斷面、子槽、壅水建筑物、堤防等為章節(jié)，其下再進行相應問題的列舉和闡述。

1 平面布置

（1）關于河道綜合治理設計中應注意避免的“四化”問題：河道治理設計中的“渠道化”、“直線化”、“硬化”和“白化”，是河道治理的弊端，既破壞了自然河道本身，也與周圍自然環(huán)境不協(xié)調，應盡量避免。

（2）關于治理河段與上下游河段的銜接問題：河道平面圖不能只僅僅繪制治理河段，要適當向上下游延長一定距離，以便治理段河道水流、河岸、綠化及景觀設計與上下游段平順合理銜接。

（3）關于河道轉彎半徑：應盡量沿原河道進行平面布置，在盡量避免上述直線化、渠道化和橫斷面規(guī)則化的同時，也要避免彎道處轉彎過急，治理導線轉彎半徑以大于設計水面寬的5倍為宜。

（4）關于河道管理范圍線：平面圖中除繪制各條應有的幾何輪廓線外，還應繪制河道管理范圍線，在進行河道綜合治理工程設計的同時，完成河湖定界設計的內容，順帶做好河湖定界工作，避免專門進行該項設計。

（5）關于設計洪水水域線：在河道平面圖中宜繪制設計洪水水域線，以便給其它專業(yè)的設計標定出所有建筑物不應占用設計洪水位線以下的河道行洪斷面的明確界線，以防阻礙河道行洪，確保河道防洪安全，同時也給項目審查提供便利。

（6）關于水系連通：如果河岸附近綠化或景觀設計范圍內有水塘，但與河道不連通的，可考慮與河道進行水系連通設計的可能性，并適當考慮水景觀設計。

（7）關于既有植物：有些城市未建成區(qū)河道生態(tài)環(huán)境很好，天然生長的樹木郁郁蔥蔥，水清岸綠，涵養(yǎng)水源作用明顯，只是河道防洪能力需要提升，因此，對于河道中既有的樹木，只要在河道水力計算中考慮其因素，在不影響河道行洪的前提下，應盡量留存。

（8）關于河心島：河心島的保留和島上既有植物的留存，給鳥類、兩棲類和魚類等動物的生息繁衍留出了一定的不被打擾或少被打擾的空間。在平面設計中應順應自然，不要過于人為幾何圖形化，使設計更加貼近自然，才會有更好的水景觀、美好的水環(huán)境和更好的水生態(tài)效果。

（9）關于河漫灘：有的河道，設計的疏浚位置為河漫灘，經現(xiàn)場查勘，發(fā)現(xiàn)為借疏浚之名，行開采砂石料之實，疏浚的必要性不大。如果河道確需疏浚開挖，或河道治理確需開采一些河道砂石料，應在圖紙上標明開挖范圍坐標點及設計底部高程，嚴格控制開挖范圍，謹防施工時超挖對河勢穩(wěn)定和河道生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。

（10）關于支流：有支流匯入的河道，應有河道與支流的銜接設計，不能僅僅設計本河道。

（11）關于穿堤建筑物：河道綜合治理很可能會擴寬和疏挖河道，需要對原穿堤建筑物進行改擴建，在設計報告中經常會看到兩個穿堤建筑物擠在一起，軸線位置相距僅幾米，有的直接存在空間沖突。問其原因，答曰原來有幾個就恢復幾個。這種距離很近的相似建筑物，且不說布置空間上有矛盾，即使無矛盾，能布置得下，建成后景觀效果也很差。對于可能存在設計的空間沖突問題和水景觀問題，應研究合并兩座相似建筑物或拉開其相互間距離的可能性。

2 水面線

（1）關于計算工況：水面線計算應根據(jù)水文專業(yè)設計成果和干支流防洪規(guī)劃成果，明確是否存在設計河道和下游不遠處干流河道同時出現(xiàn)設計洪水的工況，如果存在這種情況，那么，此時的設計水面線才是最高的。

（2）關于計算斷面間距：水面線計算間距不能太大，取值不能太隨意，根據(jù)相關規(guī)范，宜在1～4倍的河槽寬度范圍內選取，且水力要素無大的變化，并考慮壅水建筑物處的水面計算，如既有橋梁、既有水工建筑物、新設計的水工建筑物，還有規(guī)劃建設的橋梁，同時，還應考慮未來跨河交通的發(fā)展，適當留有余地。

3 縱斷面

（1）關于河道縱斷面圖中的線條：河道縱斷面圖中線條較多，基本有現(xiàn)狀河底線、設計河底線、設計水面線、現(xiàn)狀左岸（堤）線、現(xiàn)狀右岸（堤）線、設計左堤頂線、設計右堤頂線、常水位線、設計子槽底線等等，一定要清晰繪制縱斷面圖中各線，通過線型清晰區(qū)分各線，明確表達設計意圖。含糊不清，線條丟失、缺線等是常見問題。

（2）關于河道縱斷面圖中建筑物的標示：河道縱斷面圖中需要明確標示的建筑物一般包括既有跨河橋梁、規(guī)劃跨河橋梁、跨河管道、跨河線纜、攔河堰壩、跌水、陡槽、兩岸雨水口、兩岸穿堤建筑物以及河心島、支流匯入等等，均要清晰繪制在圖中，并標注其起止樁號和特征高程，不能有信息損失。對于現(xiàn)狀岸高不能滿足超高要求的，要考慮筑堤。

（3）關于河道縱斷面圖中建筑物基礎問題：河道疏浚下挖和擴寬設計，要考慮既有橋梁和水工建筑物的基礎問題，以防下挖和沖刷對其基礎的破壞。對于長度、基礎埋深、水面線至橋梁底高度等條件滿足河道設計洪水過流能力的建筑物，可予以保留，對于不滿足要求的，應進行改建或拆除重建，以滿足縱斷面設計要求。

4 橫斷面

（1）關于橫斷面形式：河道由經常通過水流的河槽、洪水時淹沒的河漫灘和岸坡等組成。自然形成的天然河道原本為自然的梯形斷面或復式梯形斷面。由于該斷面形式比較貼近自然，也更有利于防洪和水景觀。因此，一般在對河道進行防洪治理規(guī)劃時，大都確定河道治理的斷面形式為復式梯形斷面或梯形斷面。在進行后續(xù)設計時，均應遵照批復的治理工程規(guī)劃方案，遵循該斷面形式。

（2）關于橫斷面坡比：自然形成的天然河道的橫斷面坡比，根據(jù)地質條件的不同，土質岸坡一般在1:3~1:10之間。

根據(jù)工程實踐，對于土質岸坡，1∶3是一個比較陡的邊坡值，雖然一般能夠滿足邊坡穩(wěn)定問題，但景觀的美觀度較差。

由于坡比與征地拆遷和土地利用等方面容易存在矛盾，所以，在城市未建成區(qū)河道規(guī)劃中，多見坡比為緩于1∶3，即對于現(xiàn)狀緩于1∶3的邊坡盡量予以保留；對于陡于1∶3的邊坡，設計開挖為1∶3。實際上，在河道綜合治理工程設計中，由于防洪過水斷面的要求，一般均需向兩岸或單岸擴挖河道，基本上很少有可保存的緩于1∶3的現(xiàn)狀邊坡，所以河道兩岸便基本都為1∶3的單一邊坡，天然河道變成了人工渠道，自然美便無從談起了。

在與相關設計單位和地方水行政主管部門的接觸中了解到，1∶3的土質邊坡確實是陡了，建議在考慮各方要求后，在條件許可的情況下，采用1∶5~1∶10的變化邊坡較好，越緩越貼近自然，越有利于河勢穩(wěn)定，越有利于行洪和景觀。

（3）關于護坡形式：有的河道，兩岸多為青竹覆蓋，植被良好，自然環(huán)境優(yōu)美，設計鏟除岸坡青竹，在設計的親水步道（2年一遇洪水位）以下采用1∶1.8的剛性混凝土護坡，與自然環(huán)境不甚協(xié)調；使水生動物和兩棲類動物失去棲息地和繁衍地；同時，如遇人員不慎落水，也將難以自救。

有的河道，設計在常水位以下采用鉛絲石籠防護加復合土工膜防滲，其不利于涵養(yǎng)水源和水生動植物的生長和存活。

鑒于上述問題，在滿足防沖要求的前提下，為涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境，與周圍自然環(huán)境相協(xié)調，既能保護生物棲息地，又可解決落水自救的問題，滿足水和能量的縱向、橫向和垂向溝通，出于多角度考慮，應盡量減少硬質護岸，采用生態(tài)護岸和柔性護岸?？煽紤]在枯水位或常水位以下采用比較自然的柔性護坡，并做好柔性護腳，在枯水位或常水位以上，采用植物護坡。既滿足工程要求，又與自然相協(xié)調。

根據(jù)北方一些城市的實踐，目前已經在由原來的混凝土和漿砌石邊坡向生態(tài)護坡過渡。

對于邊坡上設計的一些不必要的仿木樁之類，應予以取消，設計為自然生態(tài)坡。

5 子槽

近年來，大部分北方城市河流普遍缺水，天然基流較少，防洪治理或綜合治理又普遍需要擴寬河道，因此顯得基流更少，在沒有外來水源補給或沒有壅水建筑物的情況下，河道基本上介于草地和濕地之間，缺少水源的河道，景觀效果較差。為使河底“藍”與“綠”有所區(qū)別，一般宜在河底設置子槽。

子槽設計應兼顧基流量，綜合考慮底寬、邊坡坡比、深度和人員安全性等。為美觀起見，還應考慮子槽的蜿蜒性。根據(jù)工程實踐，建成后，只要河道中沒有污水，即使不種植植物，河道子槽內也會長出水生植物，成為濕地，子槽以外的河底會長出相應植物，呈現(xiàn)出自然的綠景。

6 壅水建筑物

（1）關于壅水需求與防洪要求：如前所述，近年來，對于大部分北方城市沖積型河流而言，存在普遍缺水現(xiàn)象，污水被截污納管后，河道水污染有了緩解。但河道不是天然基流較少；就是水量不大，水深較淺，水景觀效果較差。為了得到較好的水景觀效果，加大水面寬度和深度，一般均采取了壅水措施，于是，為了提升水景觀，城市河道被道道壅水建筑物抬成平湖，層層疊疊猶如水梯，遠遠俯瞰，幾乎各個城市都有了“大河”。

壅水是提升水景觀的要求，但一定要解決好防洪安全問題，即在滿足河道防洪安全的前提下，設計好壅水建筑物。報告要對攔河壅水建筑物對河道行洪安全是否有影響，有論證及明確的結論。

（2）關于壅水建筑物的運用條件：對于壅水建筑物，要明確其汛期運用條件和冬季運用條件，以保證防洪安全和建筑物自身安全。

（3）關于壅水建筑物布置：壅水建筑物應選擇較順直河段布置，軸線宜垂直于水流方向；由于洪水時可能沖毀河心島，以及布置汀步會使河心島失去應有的作用，因此，壅水建筑物不宜布置在有河心島的位置。壅水建筑物應設計為一堰一景，忌“千堰一面”。堰形應與周圍自然環(huán)境相協(xié)調，盡量做到移步易景，創(chuàng)造良好水景觀。由于城市河道底坡一般較緩，在滿足河道防洪安全的前提下，堰高以1 m左右為宜；底坡稍大者，堰高最好不超過1.5 m，重力式壅水建筑物取小值，液壓壩可取稍大值。設置有汀步的壅水建筑物，為防止人員不慎落水后溺亡，應在壅水建筑物上游鋪設數(shù)米寬度一定厚度的砂石或土料，以在汀步上游形成較淺的水域。平面布置應考慮與既有橋梁和規(guī)劃橋梁的平面位置不宜太近，如果壅水建筑物布置在橋上游，則兩建筑物之間需考慮布置壅水建筑物的護坦、海漫、防沖槽、施工導流建筑物布置的空間，還需考慮壅水建筑物防沖槽與規(guī)劃橋之間合理的水流銜接的距離等；如果壅水建筑物布置在橋下游，則一般距橋較遠時，才能形成較好的水景觀，一般較少有布置上的問題。總之，兩建筑物容易存在布置上的空間問題，應妥善解決，堰址選擇合理，才會避免此類問題的發(fā)生。如果兩堰相距太近，景觀效果較差，應該避免發(fā)生。下堰與上堰水面銜接時，下游銜接水深不能太大，太大會將上堰淹沒在水中較多，應合理布置，消除不合理銜接現(xiàn)象。

（4）關于消能防沖設計：壅水建筑物設計時，不能只簡單考慮常水位工況下的消能防沖，還應考慮設計洪水工況下的消能防沖問題。護坦和海漫長度應通過計算確定，并應考慮在海漫末端設置防沖槽。不在海漫末端設置防沖槽，是設計報告中常見的問題，也是水閘、陡坡和跌水容易被沖毀的主要原因。水工建筑物的組成部件不能少，少了哪一件，都有可能出問題。

（5）關于過魚設施：建設壅水建筑物后，攔斷了魚類的上下游通道，為保護自然生態(tài)，應考慮過魚設施。不能因為有或者沒有受保護的洄游魚類，而不顧原本自然的自然生態(tài)。由于水頭較小，過魚設施比較簡單。

7 堤防

（1）關于預留沉降量：堤防設計應考慮沉降問題，并按堤防工程設計規(guī)范的相關規(guī)定，預留沉降量，如不考慮預留沉降量，建成后就會出現(xiàn)堤頂高程不夠的問題，這方面的教訓是不少的。

（2）關于降低既有堤防高度的問題：局部現(xiàn)狀既有堤防高于新的設計高程時，設計采用開挖方式降低既有堤防的高度，屬于拆除舊堤，是不允許的。

8 河工模型試驗

（1）如果河道防洪標準較高、河道及河道兩岸規(guī)劃定位較高或河道較寬，為驗證設計的合理性，宜考慮進行河道模型試驗。

（2）對于新開挖的河道，因其并非天然河道，也宜進行河道模型試驗，用于驗證設計的合理性。

（3）對于修建了多道壅水建筑物的河道，由于改變了河道原有的形態(tài)，邊界條件變化較大，也宜進行河道模型試驗，用于驗證設計的合理性。

上述模型試驗，主要用于驗證壅水建筑物對河道行洪的影響程度、驗證設計水面線和設計流速，用于指導設計工作，使設計更加合理。

9 結語

隨著社會經濟的發(fā)展，河道綜合治理工程將不斷設計和施工，解決老問題，新問題還會不斷出現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程是不變的，有問題就得分析解決，先解決以上經常出現(xiàn)的問題，面對新問題可以溫故而知新，希望以上列舉的、在河道水工程設計報告的審查、咨詢和評估工作中經常遇到各種各樣的設計問題，不再出現(xiàn)或較少出現(xiàn)在新的設計文件中。