工業城區自然河流改道設計要點分析

何 敬

（泉州市水利水電勘測規劃設計有限公司，福建 泉州 362000）

1 概述

實體產業是國內經濟轉型時期城市經濟的有力支撐[1]，工業城建設為實體經濟發展提供了堅實平臺。工業城區規劃方針，建設規則，自然河流的流向影響工業城區的建設，工業城區自然河流的改道成為不可避免的問題。河流改道布局是否合理，河道、河堤設計是否能滿足工業城區防洪排澇需求等問題的合理解決，是確保工業城區正常運行的關鍵。

內坑鎮位于晉江市西部，閩南“金三角”的泉州、廈門之間，素有晉江“西大門”之稱，是區域交通中轉樞紐，社會經濟發展迅猛，已初步形成“東鞋西瓷，中部輕工”的工業發展格局，綜合經濟實力名列福建省第16位。鎮域地處閩東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風氣候區，是臺風活動頻繁地區之一。內坑小流域中上游匯流快，下游地勢平坦、河道坡降緩，洪水（澇水）出流不暢。因此，需要一個安全、完善的防洪排澇體系來保障和支持其經濟穩定和可持續發展。本文以福建省內坑鎮品牌工業城下黃溪段規劃建設為例，進行區域內自然河流改道設計研究，基于防洪排澇需求，從項目特性、線路比選、水面線計算、堤防設計等方面進行詳細論述。

2 改道方案

2.1 工程概況

內坑鎮品牌工業城規劃位于下黃溪下村段兩岸，與河道銜接及交叉的道路由西向東分別有縱一路、縱二路、縱三路、縱四路，由北向南有橫二路、橫三路，涉及原河道干流長度約1.68 km、支流長度約0.33 km[2]，具體見圖1。縱一路至縱二路段河道，原河道長度611 m，已于2013年進行改道設計和建設（一期改道），改道后河道長度533 m，河道底寬7 m～9 m，目前已投入運行。

基于本次工業城規劃建設，進行部分自然河流改道，一方面滿足工業城建設用地規劃需求，另一方面確保其為完善鎮域防洪排澇體系作出應有貢獻。

2.2 存在問題

經現場調研，項目區存在問題有：（1）一期改道河道縮短了78 m，水力坡降增大，改道后的設計河寬7 m～9 m較自然河流11 m～18 m河寬過窄，對局部河道產生了嚴重沖刷。（2）縱二路至縱四路間主河道多處建有簡易搭蓋物、壅水建筑物等便于耕作之需，阻礙行洪，導致現狀河道行洪能力嚴重不足。（3）工業區及道路規劃標高較現狀河堤地面高出許多，河道兩岸為工業區及道路，河岸均未護砌，現狀為田埂等土質邊坡，堤防極不穩定。

圖1 區域分布及改道線路布局簡圖

3 改道設計

3.1 工程特性

本工程的主要任務為通過河道改道和堤防建設，提高內坑鎮品牌工業城下黃溪段河道防洪排澇能力，助力內坑鎮工業城建設和區域經濟發展。根據已有文件[3]和相關規范，確定該項目防洪設計標準為20年一遇，堤防工程級別為4級，排澇標準為5年一遇澇水不漫溢。項目區保護范圍為品牌工業城，結合岸線布置、斷面設計，將使河道的行洪和防洪能力達到20年一遇標準，同時也起到美化環境的作用。

3.2 線路比選

3.2.1 干流改道軸線比選

本次主要選取兩個線路方案進行干流改道軸線比選，起始斷面與一期改道項目相銜接，河底高程19.93 m，出口斷面匯入加塘溪，與福建省晉江市加塘溪內坑段河道治理工程相銜接，河底高程15.30 m。加塘溪斷面20年一遇水位為17.87 m[4]，即改道河段出口斷面水位17.87 m。具體參數見表1。

表1 干流改道軸線參數比較表

由表1和圖1可知，2號線路雖較1號線路短，但是相應的坡降增加，水流沖刷問題更嚴重。1號線路靠近原河道，2號線路靠近山坡，因此2號線路的開挖量遠大于1號線路。雖然1號線路較2號線路需多建一座橋涵，投資大大提高，但是其總體投資仍小于后者。綜合考慮開挖量、水流沖刷、工程造價等問題，干流改道線路選1號線。

3.2.2 支流改道軸線比選

干流線路確定后，再進行支流改道線路比選。支流河道改道軸線位于縱四路東面、西面兩條線路進行比選，見表2。

表2 支流改道軸線參數比較表

由表2可知，兩方案支流河道改道長度相差甚小，河道改道走向地勢平坦，開挖量相差不大，此部分工程造價基本相當。1號線較2號線需修建橋涵一座，導致其造價激增。并且，根據工業區規劃發展，2號線以東將來亦將成為工業城用地。根據工程造價和長遠發展，本次選定2號線作為支流改道線路。

3.3 水面線計算

入口河道底坡為0.25%，出口河道底坡為0.40%，為確保河道上下游銜接順暢，采取前段0.25%和后段0.40%的組合方式，銜接處進行跌水消能處理，形成主流縱斷面。干流河道行洪底寬為7 m～9 m、支流改道工程行洪底寬為5 m。為減少主流河道沖刷，降低河道水力坡降、河道沖淤等，在改道河流上布設攔水壩。基于形成水景觀和不影響河道行洪的雙目標，壩頂高程高于設計河底高程均為0.5 m。通過對攔河壩的壅水計算，確定在主流前段（底坡0.25%）修建8座攔水壩，支流上修建3座攔水壩，各攔水壩布局見圖2。

圖2 干、支流滾水壩布局圖

本次改道河流主要以20年一遇洪水重現期進行水面線計算，此時設計的各個攔水壩均在水面以下一定深度，不影響河道行洪；計算過程中，對河道水面線計算影響較大的是橋涵和彎道。結合河道恒定非均勻流的伯努利方程、橋涵過水的孔流面流綜合計算、彎道水流橫向水位差等三種方法進行水面線計算。河道糙率的選擇主要根據實測大斷面以及現場踏勘所得河段特征（河床組成及床面特征、平面形態及水流流態、岸壁特征）、灘地特征（平縱橫形態、床質、植被），并結合改道河流河底、河岸材料和《糙率表》推求河道綜合糙率n，改道河流的綜合糙率取n=0.028-0.030。水面線計算成果見圖3。

圖3 干、支流水面線計算成果圖

3.4 堤防設計

根據改造河道的設計河寬、岸線基礎地形地質條件、沿岸地貌及城鎮建設規劃意見、當地建筑材料供應情況等綜合因素，以及晉江市內坑鎮對品牌工業城的規劃及將來社會發展要求，本著技術合理、節省投資、綜合利用的原則，統籌兼顧上下游，左右岸的關系，對下黃溪段品牌工業城進行堤防布置。地質鉆探顯示，項目區內的擬建持力層為粉質粘土層、含泥中粗砂層，持力層下臥殘積砂質粘性土層。河道改道需大量開挖、回填土方，現場開挖的土方大部分可直接利用；工程區附近條、塊石料供應不充足，可直接從當地市場購買。本次設計進行了四種擋墻設計方案比選，具體見表3。

表3 堤防設計方案比選表

隨著當前社會經濟水平和環境保護概念不斷加強，堤防設計既要注重防洪澇功能，同時也需注意與當地環境融合性。基于以上原則，結合表3，分析如下：方案3和方案4雖然符合生態堤防建設，但是由于本次設計擋墻高度大（近7 m），對土工格柵和回填料要求嚴格，安全隱患大，不予考慮。方案2擋墻體積大，基礎要求高，易出現不均勻沉降，不符合福建省政府近幾年推行的生態堤防建設理念。方案1在福建省中小河流整治中運用廣泛，成功經驗豐富，造價低，適應地質條件，作為本堤防設計的推薦方案。

4 結論

工業城河流改道既要滿足工業城防洪需求，又要符合區域規劃和景觀建設，其布局及河堤設計對工業城長遠發展顯得尤為重要。本文以福建省內坑鎮工業城下黃溪段主、支流改道設計為例，分析工業城區自然河流改道要點：（1）問題分析需結合區域用地規劃和防洪體系構建，明確河流改道注意要點；（2）線路比選主要考慮開挖量、水流沖刷、工程造價等因素，既要符合當前規劃，也要考慮區域長遠規劃；（3）河道尺寸設計需重點考慮區域防洪需求，兼顧景觀建設，尋求二者的平衡；（4）水面線需參照有關規范嚴格核算，確保河道設計行洪能力滿足實際排洪要求；（5）堤防設計需考慮地質條件、當地材料利用率、可利用技術水平、工程造價等因素，確保安全穩定，兼顧生態效果。