涉河項目防洪評價方法與指標探討

陳能志

涉河項目防洪評價方法與指標探討

陳能志

福建省水利水電勘測設計研究院

在《河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則（試行）》（簡稱《導則》）中，對防洪評價報告編制的內容和格式做了一般性的規定，但《導則》未規定防洪影響評價具體的技術指標等問題，該文擬對防洪評價中存在的問題進行探討。

防洪評價 指標 方法

1 問題的提出

根據《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》，凡涉河的建設項目，在立項之前應事先進行防洪評價，并獲得許可。防洪評價報告是發改委審批（或核準）項目可行性研究的前置條件，防洪評價報告通過水行政主管部門審查之后，建設項目才能獲得審批。

《河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則（試行）》（以下簡稱《導則》）對報告編制的內容和格式做了一般性的規定。但對防洪評價結論的可行與否沒有規定具體的評判標準和明確的技術指標，比如壅水多少、減少多少流量可以接受？

2 防洪評價的內容

《水法》、《防洪法》對圍墾河灘、河道做了嚴格規定，除規劃岸線調整外，不允許圍墾和占用河道、河灘，我省主要的涉河建筑物是橋梁、碼頭及跨河管道等。防洪評價主要是評價建設項目對河流的影響及項目自身防洪的問題，主要內容有：（1）是否妨礙行洪、降低河道泄洪能力；（2）對河勢穩定、水流流態、沖淤變化有無不利影響；（3）對堤防、護岸和其他水工程安全的影響；（4）對防汛搶險的影響；（5）是否符合流域綜合規劃的要求，對流域規劃實施有何影響；（6）建設項目自身防御洪澇的標準與措施是否符合規范要求；（7）是否影響第三方當事人的水事權益；（8）是否符合其他有關技術標準、規范的要求。

3 防洪評價問題探討

3.1 防洪評價計算方法

設計洪水（潮位）根據《水利水電工程設計洪水計算規范》進行。

水力計算主要根據《水力學計算手冊》、《水工設計手冊》及《水利動能設計手冊》（排澇分冊）進行。

3.1.1壅水高度計算

橋墩壅水高度計算公式如下：

（1）方法一

式中：△Z--橋壅水高度，m；α--動能修正系數；V--橋墩下游為正常水深時的斷面平均流速，m/s；B--無橋墩時的截面寬度，m；ε--過水斷面收縮系數，ε=0.85-0.95；b--兩墩間的凈寬，m；h--建橋前橋墩下游正常水深，m；g--重力加速度，m/s2。

（2）方法二

式中：Q--流量；ξ--系數，取0.1；其余同式1。

（3）碼頭等阻水建筑物壅水高度計算公式如下：

應根據建筑物的布置情況及河道的特點采用對應的公式。

3.1.2流態變化分析

建筑物引起的流態變化，應采用物模或數模進行分析，數模一般用二維水動力模型，目前常用Mike21進行分析。

3.1.3回水水面線計算方法

回水水面線根據能量和流量守恒原理進行計算。采用逐段推算法繪制回水曲線，所依據的基本公式為恒定非均勻漸變流，計算公式為：

或為

對于跨河網的建筑物，通常采用Mike 11計算水面線，基本原理是河道非恒定漸變流的圣維南（Saint-Venant）方程推求河網水面曲線，圣維南基本方程組包括連續方程和動力方程：

式中：t——時間，s；s——河道長度，km；q——旁側入流量，m3/s；R——水力半徑，m；C——謝才系數；其余同式4。

在具體的評價工作和報告編制過程中，會遇到一些問題，主要如下：

3.2 評價具體技術指標探討

涉河建筑物布置一般原則是：建筑物應避開河道的控制斷面（河段）、分流口、河流彎段處。橋梁一般不應在河中拐彎、設匝道，岸灘上的承臺要進入河床。

現行的《導則》未規定具體的防洪影響的可接受（獲批）指標，在實際工作中，如何確定切實可行的技術指標呢？比如，建筑物壅水多少cm、流量減少多少（百分比），流速增加多少（百分比）是可以接受的？目前我省尚未出臺相關的技術規定。這就要求編制人員對項目所在河流的特征、河勢及其防洪問題有個總體的把握，根據河流性質和具體情況進行詳細分析，區別對待，確定項目防洪評價結論是否可行。

筆者多年從事防洪評價工作，從我省實際出發，提出如下幾個主要技術指標供實際應用參考：

3.2.1阻水面積百分比

涉及Ⅰ、Ⅱ級堤防河道，建筑物的阻水面積百分比不應大于8%；涉及Ⅲ級以下堤防以及無堤防河道，建筑物的阻水面積百分比不應大于10%。

3.2.2最大壅水高度

對于不允許越浪的堤防，建筑物的最大壅水高度應控制在堤頂安全超高值15%以內（一級河道，壅水絕對值不應超過15cm）；對于允許越浪的堤防，建筑物的最大壅水高度應控制在堤頂安全超高值30%以內（山區河流，一般壅水值不應超過30~40cm）。

3.2.3減少流量百分比

對于一、二級河道，建筑物阻水減少流量百分比不應超過3%；對于三級及以下河道，建筑物阻水減少流量百分比不應超過5%。

3.2.4交角及流態變化

涉河建筑物（橋墩中軸線）與水流動力軸線的交角一般應在5度以內。

設計標準洪水條件下，洪水流速較大（斷面平均流速達到2.5m/s）的平原性河流，流速增幅不應大于5%；山區性河流流速增大不應超過15%。

3.2.5堤腳沖刷

設計標準洪水條件下，建筑物引起的堤腳沖刷深度，應控制在0.5m以內。

3.3 階段與精度問題

由于涉水項目屬于不同行業部門，有的部門（如交通）可研階段工作深度比水利部門淺，只提供初步方案，最終方案要在初步設計和施工圖階段才能確定，故未能提供詳細的結構布置剖面圖及橋墩坐標點，而水行政主管部門要求經過審批的橋梁橋墩結構是最終方案，不宜改變（否則要重新評價、重新審查）。這種情況只能要求業主提供最終的建設方案，若項目方案（如大橋線位、跨度）調整，則防洪評價報告需根據新的方案進行修編、重新報批。

3.4 補救措施

鑒于絕大部分建設項目都沒有做物模試驗，建設項目對河勢影響的范圍很難確定，因此補救措施也很難與實際情況相符，在研究補救措施時，應分析項目所在河段流速、流場分布情況，根據項目實施后斷面流速大小和流速擾動影響范圍，確定補救措施。對于壅水引起上游水面線抬升，其補救措施根據壅水和回水計算成果確定，但若壅水影響小于7~8cm，很難采取補救措施，建議采用補償更為合適。在沒把握的情況下，防洪評價報告所采取的補救措施，應適當考慮安全因素，投資估算方面，適當留有余地，避免以后實際采取補救措施的投資大幅突破。

若項目防洪評價計算的成果無法滿足技術指標要求，說明該項目建設對河流的防洪影響顯著，應要求建設業主和設計單位優化變更設計方案（如加大跨度、順水流布置等），若還無法滿足要求，則要求采取補救措施增加河道過水斷面。

4 結論及建議

作為建設方，大部分業主對水利都是外行業的，更多的是考慮項目自身布置的合理與方便，而對防洪影響考慮不足。這就要求評價方必需與業主互動，除了評價之外，更要對工程的布置提出意見和建議，建議業主工程位置避開流態復雜的敏感河段，同時改進和優化工程的布置，比如橋軸線與水流的交角、橋墩墩基、承臺、橋跨等，以降低壅水值、減少其對流速和流態的影響，使項目建設對防洪的影響降至最低程度。

鑒于現有技術手段，在沒有河工模型的情況下，項目防洪影響的補救措施要適當偏于安全。而對于敏感河段的工程建設及項目附近還受到其它工程影響的情況，則應通過河工模型進行驗證。