基于水文水力計算的分汊型河段堵汊工程防洪影響評價

潘保存

(山東農業大學勘察設計研究院，山東 泰安271018)

分汊型河段是沖積平原河流中常見的一種河型，在我國各流域內普遍的都存在這種河型(如珠江流域的北江、東江;黑龍江流域的黑龍江、松花江;長江流域的湘江、贛江、漢江等)。由于分汊型河段水流分成兩股或多股，泥沙也隨之分股輸移，這樣的水、沙狀況往往是難于穩定的，容易引起汊道的變化，給國民經濟各部門帶來一些不利影響［1］。為使分汊型河段起到興利避害的目的，水利工作者依據現行的規范規程對分汊型河段實施了堵汊工程。分汊型河段封堵支汊，可消除支汊河道對沿岸人民生命財產安全的威脅，另外可以整理出可耕土地，滿足日益發展的工農業發展要求。然而，修建堵汊工程必將侵占河道行洪斷面，壅高河道水位，改變水流局部流態，影響河道行洪安全。因此，為保障河道行洪及人民生命財產的安全，依據相關的法律、法規，對分汊型河道內修建的堵汊工程進行防洪影響評價是十分必要的。筆者針對分汊型河段堵汊工程的特點，結合國家現有規范［2］、條例，對堵汊工程的防洪影響評價的程序、內容、方法及相關問題等作進一步探討，對今后類似項目的防洪影響評價有一定的借鑒意義。

1 前期工作

1.1 堵汊工程概述

簡單介紹堵汊工程概況、工程等級、防洪標準;然后，簡述工程的設計方案，主要包括堵汊工程總體平面布置圖、設計縱、橫斷面圖以及局部大樣圖、占用河道管理范圍內土地及水利設施情況等;最后，進行施工組織設計，簡要介紹施工方案、施工工序以及技術要點。

1.2 分汊型河道情況

收集堵汊工程所在河道的基本情況，簡述工程位置的地形、地貌、氣象、工程地質、水文地質;如不具備上述資料時尚應進行必要地勘察、測量工作;調查工程段上下游水利工程概況、調度運用方案;河道近期規劃和遠期規劃，主要有防洪規劃、河道治理規劃、河道景觀規劃等;應簡述工程段的具體規劃要求，說明規劃的近期實施情況。

2 河道演變分析

影響河床演變的因素是極其復雜且多樣的，與該流域的地質、地貌、土壤及植被等都有密切聯系。其主要影響作用通常有四項［4］:流量大小及其變化過程;流域來砂及其組成;河道比降;河床物質組成情況。河道演變是一個三維問題，因河流邊界條件極其復雜多變，現階段還不可能從理論上進行精確求解，一般只能借助于定性的描述和邏輯推理的方法進行分析研究。盡管分汊型河段河床演變的具體原因千差萬別，但根本原因［5］歸結為輸沙不平衡，首先應該根據水下地形和計算水位，在汊道內選取相對有代表性的斷面，計算過水面積A，平均水深h及分流點至匯流點二汊的長度L，計算出汊道的分流比，計算公式為［1］:

根據汊道內斷面的平均含沙量S，計算出汊道的分沙比，計算公式為［1］

根據計算成果，結合調查情況分析河道的主、支河汊演變趨勢，有條件的可以根據數學模型計算、物理模型試驗手段進行分析。

2.1 河道演變趨勢分析

根據現有河道汛期、非汛期水文資料，結合歷年河道整治情況，分析堵汊河段內深泓、洲灘、漢道、岸線等平面變化、斷面變化及河床沖淤特性等;總結該河段特點、規律對河道演變趨勢作出定量、定性分析。

2.2 河道演變趨勢分析

根據河道歷史、近期演變情況，采用經驗公式進行河流穩定性分析，結合工程段水利規劃實施安排情況，對河道未來的演變趨勢進行定性或定量分析(包括河道的平面變化、斷面變化、河床沖淤變化等);類比同河道上下游或同流域已建類似工程，分析工程建設前后河道河勢變化，對所屬河道(順直型、微彎型、鵝頭型分汊型)類型自身的演變趨勢進行分析。

3 防洪評價計算

3.1 水文計算

根據規劃防洪標準，應分別計算堵汊河段設計洪水、施工期設計洪水。工程位置有經上級批復的防洪規劃時，可直接取用其水文分析成果，或根據其成果進行內插取值;對防洪規劃沒有水文成果，或沒有防洪規劃的河道應進行有關水文分析計算。設計洪水的計算方法主要有地區經驗公式法、實測流量計算法、暴雨資料計算法等［6］;河道上游有水庫、蓄滯洪區等調蓄工程時，應考慮其調洪滯洪作用;最后對不同方法計算的設計洪水成果應進行合理性分析，確定不同頻率的洪峰流量。

3.2 主、支河汊區分計算

根據現狀河道過流斷面尺寸計算河道分流比、分砂比，結合河道歷史、近期演變情況，對河道的演變趨勢進行定性分析，。

3.3 壅水計算

堵汊后河道束水，所以進行壅水分析計算;選用合適公式［7］，合理選取或計算有關參數進行計算，分析壅水高度和壅水影響范圍。

3.4 主河汊防洪規劃及水面線計算

3.4.1 主河汊河道防洪規劃

為徹底達到堵汊效果，規劃對主河汊進行清淤、筑堤，增加行洪斷面，同時封堵支汊，使得規劃后的主河汊滿足二十年一遇洪水行洪要求。主河汊設計縱坡基本維持現狀比降，挖高不填低，局部清淤疏通，橫斷面設計結合河道自身特點，同時達到既能安全行洪又能少占土地的目的，合理選擇斷面型式。根據河道規劃縱、橫斷面，采用下斷面洪峰流量成果，按照恒定均勻流公式［7］，推算洪水位、斷面流速，選擇起始斷面位置應選河道平順河段正常水深，如下游有閘、壩等控制性建筑物時應取堰上水頭對應的水位推算。

3.4.2 支河汊河道防洪規劃及沖刷計算

堵汊段所用筑堤土料為壤土，分層碾壓后壓實度不小于規范要求，上游一般結合當地材料選用護坡型式。堵汊工程穿河工程改變了河道原有河勢，所以應計算一般沖刷、局部沖刷;沖刷一般采用經驗公式［8］進行計算，應根據河床工程地質條件選用合適的公式及有關參數，計算沖刷線高程。

3.5 其它有關計算

因堵汊后改變原河道河流走勢，水流形態及攜砂能力均發生較大變化，所以應對主河汊堵汊段堤防進行的滲透穩定、抗滑穩定計算，如不滿足應采取相應處理措施。

4 防洪影響評價

4.1 堵汊工程與有關規劃、技術和管理要求的關系及影響分析

分析工程實施后與工程河段防洪規劃、河道(口)整治規劃等水利規劃之間的相互關系，評價工程建設是否符合有關水利規劃的總體要求與整治目標;評價其運行期和施工期的設防標準、結構型式及工程布置是否符合工程河段的現狀、規劃防洪標準及國家標準防洪標準;評價其是否符合國家水利行業的有關法律、法規、規章，是否符合地方水利主管部門制定的有關技術要求和管理規定;評價其所采用的防洪、排澇措施是否適當;分析工程建設對上述規劃的實施是否產生不利的影響，是否會增加規劃實施的難度。

4.2 工程建設對主汊河道泄洪影響分析

根據施工設計方案、工期安排、占用河道過水斷面情況，結合壅水計算成果，分析工程施工對河道安全的影響范圍和程度，評價工程施工對主河汊河道泄洪(排水)能力的影響。

4.3 工程建設對河勢穩定影響分析

結合河道演變分析成果，類比類似工程，對工程是否影響河勢穩定進行定性分析;分析工程建設后水流的總體流態和工程位置局部流態的變化趨勢，結合計算沖刷線高程，評價基礎埋深是否在沖刷線以下，并滿足規范規定安全值。評價施工臨時設施對河勢穩定可能產生的影響。

4.4 工程建設對堤防、護岸和其它水利工程及設施的影響分析

根據主汊、支汊河道堤防滲透及抗滑穩定分析成果，評價工程實施后堤防是否安全;根據計算沖刷線高程，分析水流對堤腳或岸坡沖刷的影響，對已建護岸工程穩定的影響;根據滲透穩定、抗滑穩定、結構安全復核，評價對工程位置上下游現有防洪工程安全的影響，對達不到設計標準的橋梁、溢流壩提出解決方案;評價對臨近水文觀測斷面和觀測設施的運行影響及觀測成果的影響。

4.5 工程施工期影響分析

施工組織應采取妥善處理施工方案，將影響降低到最低;施工臨時占用防汛搶險道路或與防汛搶險道路交叉的建設項目，評價其是否影響防汛搶險車輛、物資及人員的正常通行，其臨時防汛搶險通道是否滿足凈空大于4.50 m的要求，路面是否達到三級路面要求;根據施工平面布置、施工交通組織及工期安排情況，分析工程施工期對防汛搶險帶來的其他影響，工程施工將產生一定的廢水造成輕微水污染，評價制定的環境保護措施是否可以有效的消除不利影響。

4.6 洪水對工程的影響分析

評價堵汊工程位置是否選在河岸順直、岸坡穩固、施工場地開闊、水流平緩的地帶;評價工程運行期和施工期自身采用的防洪標準是否滿足相關規范的規定［9］，是否滿足防洪要求;在天然狀態下，河流存在著自然演變沖刷，當人工改變河道現狀時，將引起一般沖刷與局部沖刷，故應評價水流沖刷是否影響堤防工程安全。

4.7 其他影響分析

評價工程的各項工程措施，如干砌石、C25高密度混凝土預制塊、格賓網石籠護坡等措施是否影響岸坡穩定、景觀美化、市政設施安全、航道通行;分析工程施工期和運行期是否影響第三人的合法權益。

5 防治措施與投資估算

5.1 影響防治措施

(1)建議堵汊位置應選在河岸平順、岸坡穩定、水流平順、施工場地開闊的地帶，應委托有水利設計資質的設計單位完善主河汊道治理工程設計，河道治理設計應進行清淤筑堤方案、拓寬河道筑堤方案、拓寬河道清淤筑堤方案等三種方案的比對分析確定;同時加強對彎道部位洪水頂沖點的護砌，確保行洪及堤防安全。

(2)工程設計防洪標準達不到工程工程設計規范規定標準時，應調整其設防標準滿足規范要求;工程設計采用水文成果低于評價計算成果時，應采用評價計算成果復核工程設計成果是否滿足安全要求;工程位置及上下游影響范圍內河段應與工程建設同步實施，避免將來實施規劃對工程安全運行不利;應分析對規劃實施的其他影響采取相應補救措施。工程建設不滿足水利行業的有關法律、法規、規章;不滿足地方水利主管部門制定的有關技術要求和管理規定時應予以調整。

(3)主河汊不滿足泄洪要求的跨河建筑物，建議采取相應的保護措施或者拆除重建;建議主河汊河道按規劃斷面整理竣工驗收后，再對支汊河道進行土地整理，堵汊工程采用粘性土回填，應保證壓實質量達到規范指標［9］;應按照設計防洪標準對河道兩岸受影響的范圍進行護砌，坡腳設置護腳，應采用規范推薦公式河床計算可能最大沖刷深，護砌工程宜與堵汊工程同步實施。

(4)為了不影響水利工程防洪和建設項目施工的安全，建議開工前建設單位完善施工組織設計報告，并經水利主管部門同意后方可施工。河道治理施工宜安排在非汛期，汛期施工宜編制切實可行的度汛方案，并報主管部門批準。

(5)施工過程縮小了河道行洪斷面，故應采取開挖導流溝、新建臨時擋水圍堰等措施最大限度減小對施工過程的影響;對棄土區土地整平，棄料不應侵占河道斷面、阻礙河道泄洪，表層植草皮，施工倉庫、施工加工廠等用工棚遮蓋，臨時性堆土采用棚布遮蓋，草苫、土埂壓蓋，施工生產、生活區進行地表疏松后覆土還耕。;生產污水建沉淀池、隔油池，集中清理，生活污水設化糞池;施工場地定期灑水，安裝尾氣排放凈化設備，多塵材料采取覆蓋措施;選用低噪聲設備、工藝，合理安排施工時間、現場;固體垃圾統一收集清運，分類處理，衛生填埋;工程結束后，拆除施工區臨建設施，做好跡地恢復。

5.2 投資估算

根據最終的實施方案，提出詳實的工程量，嚴格按照國家規定的投資估算編制辦法，編制投資估算。

［1］謝鑒衡.河床演變及整治［M］.第二版.北京:水利電力出版社出版，2002.

［2］水利部辦公廳.辦建管［2004］109號.河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則(試行)［S］.2004.

［3］錢寧，張仁，周志德.河床演變學［M］.北京:科學出版社，1987.

［4］戴 清.河道演變機理及其成因分析系統探討［J］.泥沙研究，2007，7(5):54 ～59.

［5］冉立山，王隨繼.黃河內蒙古河段河道演變及水力幾何形態研究［J］.泥沙研究，2010，8(4):61 ～66.

［6］SL44—2006.水利水電工程設計洪水計算規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1994.

［7］李 煒.水力計算手冊［M］.第二版.北京:中國水利水電出版社，2006:62～63.

［8］建設部 水利部.GB50286－98.堤防工程設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［9］國家技術監督局 建設部.GB50201－94.防洪標準［S］.北京:中國水利水電出版社，1994.