河道综合治理工程水工设计的若干问题
时间：2023-06-05 20:30:21 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
程静文 程旭强
近年来，随着社会经济的发展，各项水利建设突飞猛进，城市河道治理、中小河流治理、黑臭水治理、水生态治理、河道景观提升、河道综合治理等河道水工程比比皆是，在对北京、河北、吉林、辽宁、安徽、四川、福建、江苏、广东等地一些河道水工程设计报告的审查、咨询和评估工作中，经常会遇到各种各样的设计问题，撰文将设计报告中容易出现的水工设计问题进行列举和阐述，希望对于进一步做好河道综合治理工程的设计工作有些许裨益。
以下为河道水工程设计报告中较多出现的关于水工设计的若干问题，问题来源既有北方河流，又有南方河流，大部分为城市未建成区的河道，由于问题条目比较多，各个条目之间本身不一定存在关联性和逻辑性，在主要满足防洪目标的前提下，各条河道的其它目标也各不相同，为不显得繁杂，将问题归纳分类，以平面布置、水面线、纵剖面、横断面、子槽、壅水建筑物、堤防等为章节，其下再进行相应问题的列举和阐述。
（1）关于河道综合治理设计中应注意避免的“四化”问题：河道治理设计中的“渠道化”、“直线化”、“硬化”和“白化”，是河道治理的弊端，既破坏了自然河道本身，也与周围自然环境不协调，应尽量避免。
（2）关于治理河段与上下游河段的衔接问题：河道平面图不能只仅仅绘制治理河段，要适当向上下游延长一定距离，以便治理段河道水流、河岸、绿化及景观设计与上下游段平顺合理衔接。
（3）关于河道转弯半径：应尽量沿原河道进行平面布置，在尽量避免上述直线化、渠道化和横断面规则化的同时，也要避免弯道处转弯过急，治理导线转弯半径以大于设计水面宽的5倍为宜。
（4）关于河道管理范围线：平面图中除绘制各条应有的几何轮廓线外，还应绘制河道管理范围线，在进行河道综合治理工程设计的同时，完成河湖定界设计的内容，顺带做好河湖定界工作，避免专门进行该项设计。
（5）关于设计洪水水域线：在河道平面图中宜绘制设计洪水水域线，以便给其它专业的设计标定出所有建筑物不应占用设计洪水位线以下的河道行洪断面的明确界线，以防阻碍河道行洪，确保河道防洪安全，同时也给项目审查提供便利。
（6）关于水系连通：如果河岸附近绿化或景观设计范围内有水塘，但与河道不连通的，可考虑与河道进行水系连通设计的可能性，并适当考虑水景观设计。
（7）关于既有植物：有些城市未建成区河道生态环境很好，天然生长的树木郁郁葱葱，水清岸绿，涵养水源作用明显，只是河道防洪能力需要提升，因此，对于河道中既有的树木，只要在河道水力计算中考虑其因素，在不影响河道行洪的前提下，应尽量留存。
（8）关于河心岛：河心岛的保留和岛上既有植物的留存，给鸟类、两栖类和鱼类等动物的生息繁衍留出了一定的不被打扰或少被打扰的空间。在平面设计中应顺应自然，不要过于人为几何图形化，使设计更加贴近自然，才会有更好的水景观、美好的水环境和更好的水生态效果。
（9）关于河漫滩：有的河道，设计的疏浚位置为河漫滩，经现场查勘，发现为借疏浚之名，行开采砂石料之实，疏浚的必要性不大。如果河道确需疏浚开挖，或河道治理确需开采一些河道砂石料，应在图纸上标明开挖范围坐标点及设计底部高程，严格控制开挖范围，谨防施工时超挖对河势稳定和河道生态系统造成破坏。
（10）关于支流：有支流汇入的河道，应有河道与支流的衔接设计，不能仅仅设计本河道。
（11）关于穿堤建筑物：河道综合治理很可能会扩宽和疏挖河道，需要对原穿堤建筑物进行改扩建，在设计报告中经常会看到两个穿堤建筑物挤在一起，轴线位置相距仅几米，有的直接存在空间冲突。问其原因，答曰原来有几个就恢复几个。这种距离很近的相似建筑物，且不说布置空间上有矛盾，即使无矛盾，能布置得下，建成后景观效果也很差。对于可能存在设计的空间冲突问题和水景观问题，应研究合并两座相似建筑物或拉开其相互间距离的可能性。
（1）关于计算工况：水面线计算应根据水文专业设计成果和干支流防洪规划成果，明确是否存在设计河道和下游不远处干流河道同时出现设计洪水的工况，如果存在这种情况，那么，此时的设计水面线才是最高的。
（2）关于计算断面间距：水面线计算间距不能太大，取值不能太随意，根据相关规范，宜在1～4倍的河槽宽度范围内选取，且水力要素无大的变化，并考虑壅水建筑物处的水面计算，如既有桥梁、既有水工建筑物、新设计的水工建筑物，还有规划建设的桥梁，同时，还应考虑未来跨河交通的发展，适当留有余地。
（1）关于河道纵断面图中的线条：河道纵断面图中线条较多，基本有现状河底线、设计河底线、设计水面线、现状左岸（堤）线、现状右岸（堤）线、设计左堤顶线、设计右堤顶线、常水位线、设计子槽底线等等，一定要清晰绘制纵断面图中各线，通过线型清晰区分各线，明确表达设计意图。含糊不清，线条丢失、缺线等是常见问题。
（2）关于河道纵断面图中建筑物的标示：河道纵断面图中需要明确标示的建筑物一般包括既有跨河桥梁、规划跨河桥梁、跨河管道、跨河线缆、拦河堰坝、跌水、陡槽、两岸雨水口、两岸穿堤建筑物以及河心岛、支流汇入等等，均要清晰绘制在图中，并标注其起止桩号和特征高程，不能有信息损失。对于现状岸高不能满足超高要求的，要考虑筑堤。
（3）关于河道纵断面图中建筑物基础问题：河道疏浚下挖和扩宽设计，要考虑既有桥梁和水工建筑物的基础问题，以防下挖和冲刷对其基础的破坏。对于长度、基础埋深、水面线至桥梁底高度等条件满足河道设计洪水过流能力的建筑物，可予以保留，对于不满足要求的，应进行改建或拆除重建，以满足纵断面设计要求。
（1）关于横断面形式：河道由经常通过水流的河槽、洪水时淹没的河漫滩和岸坡等组成。自然形成的天然河道原本为自然的梯形断面或复式梯形断面。由于该断面形式比较贴近自然，也更有利于防洪和水景观。因此，一般在对河道进行防洪治理规划时，大都确定河道治理的断面形式为复式梯形断面或梯形断面。在进行后续设计时，均应遵照批复的治理工程规划方案，遵循该断面形式。
（2）关于横断面坡比：自然形成的天然河道的横断面坡比，根据地质条件的不同，土质岸坡一般在1:3~1:10之间。
根据工程实践，对于土质岸坡，1∶3是一个比较陡的边坡值，虽然一般能够满足边坡稳定问题，但景观的美观度较差。
由于坡比与征地拆迁和土地利用等方面容易存在矛盾，所以，在城市未建成区河道规划中，多见坡比为缓于1∶3，即对于现状缓于1∶3的边坡尽量予以保留；
对于陡于1∶3的边坡，设计开挖为1∶3。实际上，在河道综合治理工程设计中，由于防洪过水断面的要求，一般均需向两岸或单岸扩挖河道，基本上很少有可保存的缓于1∶3的现状边坡，所以河道两岸便基本都为1∶3的单一边坡，天然河道变成了人工渠道，自然美便无从谈起了。
在与相关设计单位和地方水行政主管部门的接触中了解到，1∶3的土质边坡确实是陡了，建议在考虑各方要求后，在条件许可的情况下，采用1∶5~1∶10的变化边坡较好，越缓越贴近自然，越有利于河势稳定，越有利于行洪和景观。
（3）关于护坡形式：有的河道，两岸多为青竹覆盖，植被良好，自然环境优美，设计铲除岸坡青竹，在设计的亲水步道（2年一遇洪水位）以下采用1∶1.8的刚性混凝土护坡，与自然环境不甚协调；
使水生动物和两栖类动物失去栖息地和繁衍地；
同时，如遇人员不慎落水，也将难以自救。
有的河道，设计在常水位以下采用铅丝石笼防护加复合土工膜防渗，其不利于涵养水源和水生动植物的生长和存活。
鉴于上述问题，在满足防冲要求的前提下，为涵养水源、美化环境，与周围自然环境相协调，既能保护生物栖息地，又可解决落水自救的问题，满足水和能量的纵向、横向和垂向沟通，出于多角度考虑，应尽量减少硬质护岸，采用生态护岸和柔性护岸。可考虑在枯水位或常水位以下采用比较自然的柔性护坡，并做好柔性护脚，在枯水位或常水位以上，采用植物护坡。既满足工程要求，又与自然相协调。
根据北方一些城市的实践，目前已经在由原来的混凝土和浆砌石边坡向生态护坡过渡。
对于边坡上设计的一些不必要的仿木桩之类，应予以取消，设计为自然生态坡。
近年来，大部分北方城市河流普遍缺水，天然基流较少，防洪治理或综合治理又普遍需要扩宽河道，因此显得基流更少，在没有外来水源补给或没有壅水建筑物的情况下，河道基本上介于草地和湿地之间，缺少水源的河道，景观效果较差。为使河底“蓝”与“绿”有所区别，一般宜在河底设置子槽。
子槽设计应兼顾基流量，综合考虑底宽、边坡坡比、深度和人员安全性等。为美观起见，还应考虑子槽的蜿蜒性。根据工程实践，建成后，只要河道中没有污水，即使不种植植物，河道子槽内也会长出水生植物，成为湿地，子槽以外的河底会长出相应植物，呈现出自然的绿景。
（1）关于壅水需求与防洪要求：如前所述，近年来，对于大部分北方城市冲积型河流而言，存在普遍缺水现象，污水被截污纳管后，河道水污染有了缓解。但河道不是天然基流较少；
就是水量不大，水深较浅，水景观效果较差。为了得到较好的水景观效果，加大水面宽度和深度，一般均采取了壅水措施，于是，为了提升水景观，城市河道被道道壅水建筑物抬成平湖，层层叠叠犹如水梯，远远俯瞰，几乎各个城市都有了“大河”。
壅水是提升水景观的要求，但一定要解决好防洪安全问题，即在满足河道防洪安全的前提下，设计好壅水建筑物。报告要对拦河壅水建筑物对河道行洪安全是否有影响，有论证及明确的结论。
（2）关于壅水建筑物的运用条件：对于壅水建筑物，要明确其汛期运用条件和冬季运用条件，以保证防洪安全和建筑物自身安全。
（3）关于壅水建筑物布置：壅水建筑物应选择较顺直河段布置，轴线宜垂直于水流方向；
由于洪水时可能冲毁河心岛，以及布置汀步会使河心岛失去应有的作用，因此，壅水建筑物不宜布置在有河心岛的位置。壅水建筑物应设计为一堰一景，忌“千堰一面”。堰形应与周围自然环境相协调，尽量做到移步易景，创造良好水景观。由于城市河道底坡一般较缓，在满足河道防洪安全的前提下，堰高以1 m左右为宜；
底坡稍大者，堰高最好不超过1.5 m，重力式壅水建筑物取小值，液压坝可取稍大值。设置有汀步的壅水建筑物，为防止人员不慎落水后溺亡，应在壅水建筑物上游铺设数米宽度一定厚度的砂石或土料，以在汀步上游形成较浅的水域。平面布置应考虑与既有桥梁和规划桥梁的平面位置不宜太近，如果壅水建筑物布置在桥上游，则两建筑物之间需考虑布置壅水建筑物的护坦、海漫、防冲槽、施工导流建筑物布置的空间，还需考虑壅水建筑物防冲槽与规划桥之间合理的水流衔接的距离等；
如果壅水建筑物布置在桥下游，则一般距桥较远时，才能形成较好的水景观，一般较少有布置上的问题。总之，两建筑物容易存在布置上的空间问题，应妥善解决，堰址选择合理，才会避免此类问题的发生。如果两堰相距太近，景观效果较差，应该避免发生。下堰与上堰水面衔接时，下游衔接水深不能太大，太大会将上堰淹没在水中较多，应合理布置，消除不合理衔接现象。
（4）关于消能防冲设计：壅水建筑物设计时，不能只简单考虑常水位工况下的消能防冲，还应考虑设计洪水工况下的消能防冲问题。护坦和海漫长度应通过计算确定，并应考虑在海漫末端设置防冲槽。不在海漫末端设置防冲槽，是设计报告中常见的问题，也是水闸、陡坡和跌水容易被冲毁的主要原因。水工建筑物的组成部件不能少，少了哪一件，都有可能出问题。
（5）关于过鱼设施：建设壅水建筑物后，拦断了鱼类的上下游通道，为保护自然生态，应考虑过鱼设施。不能因为有或者没有受保护的洄游鱼类，而不顾原本自然的自然生态。由于水头较小，过鱼设施比较简单。
（1）关于预留沉降量：堤防设计应考虑沉降问题，并按堤防工程设计规范的相关规定，预留沉降量，如不考虑预留沉降量，建成后就会出现堤顶高程不够的问题，这方面的教训是不少的。
（2）关于降低既有堤防高度的问题：局部现状既有堤防高于新的设计高程时，设计采用开挖方式降低既有堤防的高度，属于拆除旧堤，是不允许的。
（1）如果河道防洪标准较高、河道及河道两岸规划定位较高或河道较宽，为验证设计的合理性，宜考虑进行河道模型试验。
（2）对于新开挖的河道，因其并非天然河道，也宜进行河道模型试验，用于验证设计的合理性。
（3）对于修建了多道壅水建筑物的河道，由于改变了河道原有的形态，边界条件变化较大，也宜进行河道模型试验，用于验证设计的合理性。
上述模型试验，主要用于验证壅水建筑物对河道行洪的影响程度、验证设计水面线和设计流速，用于指导设计工作，使设计更加合理。
随着社会经济的发展，河道综合治理工程将不断设计和施工，解决老问题，新问题还会不断出现，但发现问题、分析问题和解决问题的过程是不变的，有问题就得分析解决，先解决以上经常出现的问题，面对新问题可以温故而知新，希望以上列举的、在河道水工程设计报告的审查、咨询和评估工作中经常遇到各种各样的设计问题，不再出现或较少出现在新的设计文件中。
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