河道防洪能力提高的對策及影響因素分析

寇思飛，翁茂峰，姜 龍

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

當前中國社會經(jīng)濟與城鎮(zhèn)化正處在轉(zhuǎn)型發(fā)展的關鍵時期，宏觀經(jīng)濟發(fā)展速度總體呈現(xiàn)從高速轉(zhuǎn)為中速，發(fā)展方式從數(shù)量增長為主轉(zhuǎn)向質(zhì)量提升和結(jié)構(gòu)優(yōu)化為主，各城市高新區(qū)、開發(fā)區(qū)的規(guī)劃也相應的提出了綠色生態(tài)、土地集約和宜居宜業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展要求。因此，對具有江河流經(jīng)的規(guī)劃區(qū)域，隨著未來人口和經(jīng)濟等防護對象的變化，應提高城市防洪安全、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和居民生活質(zhì)量，保護河道周邊免遭洪水的危害，完善防洪體系，尤其是河流兩岸已有堤防的防洪標準也要隨之提高。

本文以某高新區(qū)河道生態(tài)綜合整治工程為例，為提高規(guī)劃河段防洪能力，從現(xiàn)狀10年一遇防洪標準提高到50年一遇的防洪標準，提出堤防退建和堤防加高培厚2種對策。通過對2種方案綜合對比分析，提出河道生態(tài)綜合治理工程中提高河道防洪能力的對策及關鍵影響因素。

1 河道現(xiàn)狀及整治必要性

1.1 上位規(guī)劃情況

某高新區(qū)規(guī)劃面積約76 km2，建設區(qū)范圍內(nèi)涉及行政村35個。按照“打造特色鮮明，高品質(zhì)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)”的規(guī)劃思路，重點突出生態(tài)環(huán)境建設，充分發(fā)揮規(guī)劃區(qū)水資源豐富的優(yōu)勢，包裝挖掘水文化元素，利用水系進行路網(wǎng)和功能區(qū)分區(qū)，同時建立綠色生態(tài)屏障，打造特色顯明產(chǎn)業(yè)園區(qū)，最終達到產(chǎn)城融合的目的。

某高新區(qū)河道生態(tài)綜合治理工程，有利于規(guī)劃區(qū)建設，有利于工業(yè)生產(chǎn)，有利于保護人民生命財產(chǎn)的安全，強調(diào)綠色發(fā)展，提倡生態(tài)優(yōu)先。在處理好與用地豎向、城市道路工程、雨污排水以及綜合防災等專項規(guī)劃協(xié)調(diào)關系的前提下，根據(jù)分區(qū)規(guī)劃，工程河段防洪標準為50年一遇。

1.2 工程河段現(xiàn)狀及存在的問題

(1) 工程河段現(xiàn)狀

河道由南向北流經(jīng)高新區(qū)所規(guī)劃區(qū)域，生態(tài)綜合整治的范圍為規(guī)劃區(qū)域段河道。治理河道長2.1 km，河道平均坡降為5.0‰，治理河道上游有部分段無堤防段，長約0.7 km，現(xiàn)狀已建堤防工程長約1.4 km，僅能達到10 年一遇洪水，規(guī)劃防洪標準為50年一遇，相應設計流量為426 m3/s，河流計算糙率取0.035。河道現(xiàn)狀典型橫斷面見圖1。

圖1 河道現(xiàn)狀斷面 單位：m

(2) 存在的問題

河道防洪體系不完善，影響兩岸群眾生命及財產(chǎn)安全；流域水資源分布不均，河道兩岸生態(tài)環(huán)境薄弱；水生態(tài)功能退化，河流自凈能力下降，影響河流生態(tài)系統(tǒng)各項功能正常發(fā)揮；河道現(xiàn)狀與城市發(fā)展所要求的水環(huán)境、水景觀差距極大，與周邊區(qū)域規(guī)劃及經(jīng)濟發(fā)展不相協(xié)調(diào)。

1.3 進行生態(tài)綜合整治的必要性

工程區(qū)為某高新區(qū)未來核心區(qū)域，規(guī)劃為城鎮(zhèn)密集區(qū)，資源、人口、經(jīng)濟、社會的總體發(fā)展水平將達到較高水平，未來區(qū)域位置顯著，發(fā)展?jié)摿薮?。本工程通過修建防洪堤，提高防洪標準，確保河道的行洪安全，為區(qū)域的發(fā)展提供良好的安全保障，為經(jīng)濟發(fā)展和百姓安居樂業(yè)保駕護航。工程建設將起到提高區(qū)域的防洪能力、完善區(qū)域基礎設施、改善投資環(huán)境、加快經(jīng)濟發(fā)展、對外展示的重要作用。

2 水文及水面線計算成果

2.1 水文計算成果

治理河段干流流域面積129.5 km2，其支流治理段流域面積29.7 km2。支流匯合口以上約10 km處建有水庫一座，水庫流域面積66.3 km2，水庫庫容609.58萬m3。在計算設計洪水時，先根據(jù)水文站實測洪水成果，采用水文比擬法推求支流洪水和水庫以上入庫洪水；再根據(jù)水庫調(diào)洪演算結(jié)果，并且考慮區(qū)間洪水錯峰疊加，得到治理河段支流匯合上下游設計洪水成果。治理河道不同河段洪峰流量計算成果見表1。

表1 治理河道不同河段洪峰流量計算成果表 /(m3·s-1)

2.2 水面線計算成果

根據(jù)河道現(xiàn)狀結(jié)合規(guī)劃，為滿足50年一遇標準洪水行洪要求，提出方案1為對河道已建堤防進行退建；方案2為對已建堤防進行加高培厚。按照基礎資料對2種方案的設計水面線進行推求，如圖2。方案1較方案2在河道樁號1+000.00 m以后洪水水位有明顯抬升，因此河道堤頂高程隨之提高。

圖2 50年一遇水面線對比圖

3 整治方案分析

3.1 堤防退建方案

河道整治的目的首先要滿足防洪功能，其次盡量保持河道形態(tài)的多樣性和環(huán)境的協(xié)調(diào)性。按照最小河寬大于50 m的堤線進行布置之后，對河道按照50年一遇洪水進行水面線推求，河道拓寬之后，相應的降低了過流斷面的洪水位，堤頂高程與原地面相差不大，如圖3所示。方案1的優(yōu)點是堤防內(nèi)側(cè)坡度較緩，可以布置岸坡防護林、濱水步道等措施，兼顧居民休閑、近水親水，與城區(qū)沿岸景觀相融合；既能滿足高新區(qū)規(guī)劃的防洪要求，也能較好的與城市建設、市政景觀相結(jié)合。方案1的缺點是需要拆除已建堤防，拓寬河床，開挖方量較大，建設期可能會造成部分水土流失，會產(chǎn)生大量的棄方，相應的造價也會提高。

圖3 方案1河道設計斷面圖 單位：m

3.2 堤防加高培厚方案

根據(jù)河道兩側(cè)現(xiàn)狀已有堤防斷面，對河道按照50年一遇洪水進行水面線推求，相應的堤頂高程隨之增加，加高后的堤防比現(xiàn)狀地面高出2～4 m不等，如圖4所示。方案2的優(yōu)點是可以利用原有堤防，開挖方量較少，可減少對天然河道的擾動，能有效控制區(qū)域內(nèi)的水土流失，施工期對河道行洪影響較小，工程投資相對較少。方案2的缺點是堤防越高，安全穩(wěn)定性越差，過高的堤防破壞了城市景觀的整體性，封鎖了原有的濱河風光，并對城市的交通規(guī)劃的連貫性產(chǎn)生了影響。

圖4 方案2河道設計斷面圖 單位：m

4 影響因素及方案比選

4.1 防洪要求

方案1和方案2根據(jù)水面線推求和堤防頂高程設計都可以滿足防洪要求，但方案1的行洪斷面為寬淺式，流速相對較小，方案2的行洪斷面為窄深式，流速相對較大。

4.2 施工期影響

根據(jù)GB 50433-2018《生產(chǎn)建設項目水土保持技術(shù)標準》推薦的公式計算，方案1施工期預測新增水土流失總量為1 872 t，方案2施工期預測新增水土流失總量為925 t。方案1要對原來的堤防進行拆除重建，在施工期土方開挖量比較大，擾動面積較大，相應的新增水土流失量要增加，如果有河底清淤，還要考慮施工期的導流。方案2是在原來的提防頂部和背坡進行加高培厚，擾動面積相對較小，新增水土流失量比較小，施工期可以正常行洪，無需導流。

4.3 建設征占地

根據(jù)本工程平面布置圖以及項目征地紅線圖，確定方案1需要在河道管理范圍以外征地8.27 hm2，方案2需要在河道管理范圍以外征地5.73 hm2。方案1比方案2征地面積多2.54 hm2。

4.4 安全穩(wěn)定

結(jié)合擬定的堤防工程斷面，選取2個方案設計堤防最不利斷面進行邊坡抗滑穩(wěn)定安全分析計算。本次邊坡穩(wěn)定計算采用簡化畢肖普法，計算按照GB 50286-2013《堤防工程設計規(guī)范》，結(jié)果見表2。由計算結(jié)果可知，2種方案安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但方案1比方案2安全系數(shù)更大。

表2 典型斷面邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果對比表

4.5 與城市景觀、生態(tài)環(huán)境的結(jié)合

方案1在堤防退建后，堤防外坡頂高程比原有地面線高1～2 m，可以很自然的與堤外濱水公園或景觀綠化帶有很好的過渡，城市的道路也可以和堤防采用常規(guī)橋梁以平交的方式結(jié)合；由于堤防內(nèi)坡較緩，結(jié)合環(huán)境特點及氣候條件，采用喬灌草結(jié)合的形式綠化，設置濱水步道、親水平臺及景觀節(jié)點等，可以打造開闊兼容的濱水空間。

方案2在原有堤防加高培厚，堤防外坡頂高程比原有地面線高出3～5 m不等，過高的堤防破壞了原有城市景觀的連續(xù)性，隔離了濱水風光，在視覺上帶來了不利影響，但過高的堤防可以做為眺望、俯視河流和周圍空間的場所；城市道路與河道堤防相交時，橋梁一般要以高標準去滿足行洪要求，導致橋面高程過高，也影響了城市交通的連貫性；由于加高的堤防迎水坡和背水坡坡比較陡，護坡形式選擇比較單一，一般選擇格賓石籠或草皮護坡的形式，空間布局比較單一，生態(tài)景觀性較差，和城市的景觀規(guī)劃不能很好的結(jié)合。

4.6 工程投資

根據(jù)河道項目特點，2種方案在土方開挖回填、征地補償、堤防護坡等方面存在較大的不同，根據(jù)本項目所在區(qū)域工程造價，對2種方案進行投資估算，結(jié)果見表3。由估算對比表可知方案2比方案1更經(jīng)濟。

表3 投資估算對比表 /萬元

4.7 綜合比選結(jié)果分析

本工程綜合以上6方面因素，影響因素綜合比選見表4。在滿足50年一遇防洪要求的前提下，營造優(yōu)美的濱水環(huán)境，注重城市綠色廊道和慢行體系與開發(fā)空間的串聯(lián)，綜合考慮河流洪水特性、河道段面現(xiàn)狀、城市分區(qū)規(guī)劃等因素，選擇方案1即堤防退建做為本工程的推薦方案。

表4 影響因素綜合比選表

5 提高防洪標準的對策及主要影響因素

在防洪要求方面，2種方案都可以滿足行洪，差異性不大；在施工期的影響方面，方案1比方案2在施工期防治水土流失的措施投入要多，但對總投資的影響也不大；在安全穩(wěn)定方面，雖然方案1比方案2的計算結(jié)果更安全，但兩者的計算結(jié)果都滿足規(guī)范要求。在建設征占地影響因素方面，方案1明顯比方案2占地要多，對河道兩側(cè)的侵占更明顯，在具體的工程項目設計中要權(quán)衡考慮。在城市景觀、生態(tài)環(huán)境相結(jié)合方面，方案1比方案2更有優(yōu)勢，可以在滿足防洪功能的同時，利用現(xiàn)代水利創(chuàng)造優(yōu)美環(huán)境，并且可以進一步完善河道及周邊生態(tài)系統(tǒng)，與城市規(guī)劃的景觀有很好的融合。在經(jīng)濟性方面，由于方案1比方案2的土方開挖、土方回填、護坡等工程量較大，征占地補償投資較大，相應的總投資更大，相對不經(jīng)濟。

通過工程實例對堤防提高防洪標準的對策分析，可以看出建設征占地、與城市景觀的結(jié)合以及經(jīng)濟性為主要影響因素。

6 結(jié) 語

開發(fā)區(qū)的城市防洪標準，最重要的是根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合，河道的綜合整治目的，是為了營造優(yōu)美的濱水環(huán)境，注重綠色廊道與開發(fā)空間的串聯(lián)，治理也要始終貫穿以人為本的理念，突出生態(tài)治理。本文提到的在提高河道防洪標準對策的2種方案，應根據(jù)當?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃、防洪安全、城市景觀需求以及資金情況等影響因素綜合考慮選擇，堅持人工干預與自然修復相結(jié)合，促進河道生態(tài)環(huán)境修復改善，營造優(yōu)美河道環(huán)境，維護河流生命健康，為沿岸創(chuàng)造宜居生態(tài)環(huán)境。