河道防洪工程设计研究

张 岩

水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院， 830000

摘要：河道水利基础设施的防洪工程，主要通过治导、筑堤和疏浚等具体项目的实施，达到通水防洪，生态保护以及兴利除弊的目标，而河道防洪工程的设计要通过集中降雨量、河段特点以及防洪标准进行比选，优化设计方案，尽量使实际施工减少占地面积，降低施工难度;达到节省资源，施工顺利的目的。本文就河道防洪工程设计进行研究，为河道防洪工程设计方案的制订提供参考。

关键词：河道防洪；工程设计，研究分析

1、前言：

河道防洪工程设计是工程施工的依据标准，对河道防洪工程建设施工项目的质量监督检查，考核评价具有决定性作用，因此，河道防洪工程的设计首先要遵循河道防洪工程设计规范，按照河道防洪排涝的总体规划，制订设计的目标和原则，包括河道的自然性要求、清障、疏浚、筑堤、导流、生态建设等目标要求及原则要求；其次，根据河段生态保护的需要、暴雨行洪特点及水文资料，编制河道防洪工程设计方案，科学安排河道防洪工程设计工作。

2、河道防洪工程设计前的准备工作

要做好河道防洪工程的设计工作，必须有足够的准备，才能使工程设计更加实用，效果显著。因此，设计工作开始之前，除了实地勘察，关键还要熟悉河道防洪工程设计规范，即：具体河道段的排涝规划和防洪工程设计管理规范。

2.1河道段的排涝规划

一条河道的防洪工程都是以不同段位为施工单位，有的段位需要清障清淤，有的段位需要筑堤分流、有的段位需要净化和生态保护等等，不同的工程项目，设计方案也就不同，因此，在设计之前，需要了解河道的整体防洪排涝规划即具体河道单位的防洪工程内容。一是规划目标的信息采集。根据具体河道防洪工程施工场地确定的河道段位，具体了解6类信息，①河道防洪工程项目建设完善河道功能的目的；②通过疏浚、清淤、导流、置堰、筑堤等工程确保河道达到什么样的防洪标准；③需要清除河道内违规违法建筑的工程量及内容；④河道上下游及沿岸生态环境保护与各种关系的处理内容；⑤以恢复自然河道的地形地貌为标准，对防洪布局和水生态修复等重点及难点的处理；⑥工程管理及管理措施构建河道防洪与生态保护体系。二是规划原则的信息采集。按照河道总体防洪工程的施工的要求，具体到某一河道段位，具体了解4类信息：①防洪工程施工场地的界限，本河道段位施工对上、下游河道治理的影响；②顺着河道行洪水势的走向，布置相应的工程，尤其是逆水、拦水、急转弯等设施项目建设必须从河道整体考虑，避免造成中梗阻。③工程的防洪效果要显著，适合不同形式的抗洪抢险环境条件的需要；④原则上河道段位的原貌不变，不能纵向深挖，也不能横向扩展，顺势而为。三是规划标准的信息采集。河道防洪规划标准制订的年度和具体内容，涉及河道段位辐射的区域人口、工矿企业、城镇规模、耕地面积需要的《防洪标准》；四是工程定位信息的采集。就防洪工程实施的河道段位而言，不同的段位，有不同的功能和防洪要求，每一河段的防洪工程内容各有区别，实时实地采集信息，有助于防洪工程设计更加人性化，符合科学发展观的要求。目前，一般把河道分成不同类型的4种段位，即：自然河段段位；景观河段段位；湿地河段段位及多样性生态河道段位。①自然河道段位。就是一般的行洪河道，分水旱两种，流水河道常年有水，汛期泄洪；而旱河床则平时无水，汛期遇到洪灾发生，分洪泄洪；这类河道的防洪工程主要以清障、河道绿化和险处加固为主。②景观河道段位。这类河道段位一般经过城市、城镇或者乡村，河道段位沿岸是重要的人居环境，防洪工程内容还兼顾危险警示、绿化和生态建设，打造人们宜居的生态环境条件，结合河道段位沿岸人们居住的环境需要，防洪工程需要结合各类景观的塑造，比如，观水平台，钓鱼场、岸上公园等，把边坡及岸上空地有机地利用起来，创造更美的自然景色。③多样性生态河段。这类河段多属于生态保护的范围，防洪工程建设项目，不能对动植物的多样性存在，造成危害，采集这类信息，有利于在防洪工程的设计过程，不因为疏漏，造成对河道段位动植物多样性的环境的破坏。④湿地河段。这种河段比较特殊，防洪工程必须符合湿地保护的相关条件，不能轻易施工，在防洪工程设计中，把湿地保护政策的相关要求落实到位，不但重视人工湿地建设和绿化生态保护相结合，更重要的是侧重水源水质的净化和自然植被、动物多样性的生态和谐建设，满足新发展理念的贯彻落实。四是防洪能力的估算。河道防洪工程主要的功能是防洪，变害为利，抗涝灾，确保河道下游及沿岸群众生命财产汛期安全，因此，工程设计对洪水流量及工程的抗洪能力必须达到规定的标准。主要包括4方面内容，即：汛期雨类特征信息；河段水文资料信息；雨量洪峰的计算及抗洪工程的设计能力。①汛期雨类特征信息。河流发生洪灾，主要是汛期突发长时间的暴雨所致，在设计准备工作中，需要对河段区域的气候特点，汛期雨量和相关条件进行全面信息采集，尤其是发生洪灾甚至特大洪灾的历史，进行详细了解，作为工程防洪能力的参考；按照河段水文记录，统计10年或者更长时间的平均最大雨量瞬时速度和洪峰形成的时间，推算工程抗击洪水需要的能力；首先判断雨期的长短，确定防洪工程的施工模式及类型；把水文站历年监测数据与防洪工程项目的具体要求结合起来，对雨期、时段及洪水的程度，科学判断预测，一般高于常年平均标准，确保工程的设计能力，满足抗洪救灾的需要；②洪峰流量的计算。以河段水流面积有监测记录以来的单位时间平均雨量标准为依据，选取监测固定时段最大的雨量数值为防洪能力需要的数值，比如，1小时最高雨量，2小时最高雨量，6小时最高雨量；12小时最高雨量；一天最高雨量；3天最高雨量等。

2.2河道防洪工程设计规范

河道防洪工程设计规范包括编制单位、批准单位和规范内容三部分，进行工程设计时，要与河道防洪工程设计规范编制单位及时沟通协调，按照相关要求安排设计工作的开展。一般的防洪工程设计规范内容包括9项信息内容，即;总则；管理体制、机构和人员；工程管理及保护范围；工程观测；交通设施；通信设施；生物工程及相关维护管理设施；工程管理单位；工程预算；附加说明；条文说明等。一是河道防洪工程设计规范总则。就是防洪工程建设标准、运行管理要求等内容，是工程设计的纲领。二是管理体制、机构和人员。一般按照工程的隶属关系赋予管理职能和工作任务；确定管理机构的级别、建制、机构和人员，对于存在跨区河道防洪工程设置3级管理模式，其他一般为2级或1级管理模式；河道实行合掌制，一般500m-1000m不等设置相应的工程养管护理人员。三是防洪工程的管理范围及保护范围。管理范围就是工程的管理用地区域和建筑施工场地区域，包括堤身、防渗工程、堤内护地和堤外护地；跨堤穿堤建筑物，比如，水闸、桥涵、鱼道、道口、船闸、泵站、伐道、码头等；四是附属设施。具体有通信、交通设施；观测、测量控制点；界碑、护理哨所、里程碑等；五是护岸控导工程，像工坝、坝垛等设施；另外还有物料存放场地、施工员工的生活区等等；保护范围就是结合河道的自然条件，工程建设状况及历史习惯，综合确定的一些设施，包括护堤走向、宽度面积的测梁计算；重点险工段；护堤特殊要求，比如，堤段临海面、临居民区面等；涉及到土地利用调规的，要与国土资源部门进行积极地共同协调，达成共识，形成一致的意见。六是工程观测。河道防洪观测工程的设计要根据工程管理运用的要求，地形地貌、水文地质和工程级别，设置的观测项目，包括仪器设备安装设施、站点布置、工程的观测剖面等。七是通信、交通、生物工程及管理设施。这些工程项目的设计根据防洪工程的实际需要及专业工程特点，确定标准，科学设计。八是工程管理单位；工程预算；附加说明；条文说明等项目据实际而定。

3、河道防洪工程设计的策略分析

3.1归纳梳理工程概况数据信息

河道防洪工程对区域经济发展和生态环境的构建影响很大，是抗洪防灾避险的有利屏障，能够确保河道区域两岸群众生产生活汛期安全，因此，河道防洪工程具体施工项目的设计，最基础的工作，就是把设计准备阶段的勘测、调查的数据信息进行归纳梳理，为有效开展设计工作打下基础。一是工程概况信息梳理。包括防洪工程涉及河段的长度，工程占地规模、工程建设项目种类，比如，清淤还是置堰，加固提防还是疏浚，尤其是筑堤，属于规模较大的土木建筑工程，像堤长；洪峰历史最高水位；防浪墙顶的高程；堤高；堤顶高程；施工场地面积；等等。同时，需要了解现行的河道防洪建筑级别标准和工程等级标准；比如，国家制定的河道《防洪标准》《河道防洪工程设计规范》都对河道防洪建筑的设计年限，抗洪标准做了严格的规定，有20年的标准，也有永久性标准；按照河道区域的管理等级，相应确定堤防工程的级别，以及河道防洪工程建筑的级别。比如附属建筑的级别；排涝泵站的级别；防洪排涝闸的级别；二是设计遵循原则信息梳理。防洪工程一般施工规模较大，投资显著，因此，工程设计必须本着利用地形、走向优势，减少工程投资，比如，清淤工程设计，选择顺流水方向，避免逆流疏浚增加阻力，扩大成本；堤线布置设计，选择地势高、拆迁量小、且处于有利地段的场地，堤线设计还要结合交通要素，与公路交通相衔接，以利于抗洪抢险救灾过程的交通不拥堵，确保救灾工作顺利开展；一般情况下堤线布置不影响河水流动的方向和水位的提高，确保行洪断面留有一定的余地。三是设计的系统性要求信息梳理。河道防洪工程往往不是一座建筑或者局部清淤、疏浚，而是上下游的系列工程，或者主干河道与分支流河道的防洪系列工程，因此，设计过程要有系统性的观念，用整体的工程设计要求，规范局部或者分支工程，力求标准不冲突，资源有效配置。比如，某河道的防洪堤线选择，该河道防洪工程设2条堤线，哪条堤线为主？则通过比较选择确定，使堤线工程成为系统工程。堤线1紧邻河边，穿越河漫滩区，沿岸设置，与市政大道相连，属于建设规划用地，地势较低，土质条件较差，能够保护一定面积的城镇建设用地，符合区域中长期发展规划；堤线2，土质条件较好，适合绿化，在设计中，把堤线1作为中心工程，堤线2作为一般工程，二者相辅相成，形成防洪系统工程。

3.2确定河道防洪工程设计模型

河道防洪工程设计有不同的设计模型，比如，清淤工程模型；疏浚工程模型；筑堤工程模型；置堰工程模型等，这些模型因为工程的具体内容不同，而具有不同工程内容特征特点的河道防洪工程模型，在设计过程，比较选择相对容易；但对于同类项目不同工程的工程设计选型就增加了难度。比如，河道防洪堤坝的设计模型的选择。从防洪堤坝的建筑结构方面，进行分类区别，就有重力防洪坝；拱防洪坝；支墩防洪坝；预应力防洪坝等多种构筑模型；从泄水功能方面，进行分类，有溢流防洪坝；非溢流防洪坝两类模型；从防洪坝建筑材料的不同，可分为土石防洪坝；砌石防洪坝；混个凝土防洪坝；橡胶防洪坝等多个构筑模型；从防洪坝提的活动性来分，有固定防洪坝与活动防洪坝之分；从防洪坝的外形、材料及外观模式上可视为古代防洪坝、近代防洪坝及现代防洪坝模型；按照河道防洪工程的实际需要，实地勘察信息及现代化技术设备的应用，对防洪工程模型还要继续创新，满足经济与社会发展的需求。

3.3河道防洪工程难点问题处理的设计

河道防洪工程的施工场地多数都处在水域，工程施工造成水污染或者地基处理等都是工程设计的难点，针对这类问题的处理，必须因地制宜，科学处置，以确保防洪工程坚固耐用，防洪效果显著，同时，最大限度地减少施工对水源的污染。比如，某河道防洪工程提防横断面的设计为斜式重力式墙构筑方式，其基础设计采取格宾石笼的技术措施，主要考虑到施工期间河水抽不干净，砌体或者浇筑有可能造成水域污染，采取格宾石笼基础，河水中填入鹅卵石作为重力墙的基础，就减少施工对河水水质的污染，又保证了重力墙的坚固性。

3.4设计要素要全

河道防洪工程的设计包括多种要素，建筑材料、施工模式、技术标准、安全措施、环保要求等等，在设计工作中，对设计要素进行全面地归纳概括，确保要素不短，技术标准到位。比如，河道的防洪大堤建设工程的设计，包括防洪标准、洪峰最高流量、稳定河床宽度、堤型比选、砼护坡、重力式墙、扬斜式墙、提防横断面、堤顶高程、堤顶超高、波浪爬高、风水里面高、安全加高等设计要素，缺一不可。

4、结束语

河道防洪工程是重要的基础设施水利工程，不仅具备防洪抗涝功能，还要承担湿地保护，水质净化，防范水域污染等相关功能；因此，在设计中要拥有新发展理念，树立生态建设的思想，充分运用新技术、新设备，创新设计。

参考文献：

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