工业城区自然河流改道设计要点分析

何 敬

（泉州市水利水电勘测规划设计有限公司，福建 泉州 362000）

1 概述

实体产业是国内经济转型时期城市经济的有力支撑[1]，工业城建设为实体经济发展提供了坚实平台。工业城区规划方针，建设规则，自然河流的流向影响工业城区的建设，工业城区自然河流的改道成为不可避免的问题。河流改道布局是否合理，河道、河堤设计是否能满足工业城区防洪排涝需求等问题的合理解决，是确保工业城区正常运行的关键。

内坑镇位于晋江市西部，闽南“金三角”的泉州、厦门之间，素有晋江“西大门”之称，是区域交通中转枢纽，社会经济发展迅猛，已初步形成“东鞋西瓷，中部轻工”的工业发展格局，综合经济实力名列福建省第16位。镇域地处闽东南沿海，属亚热带海洋性季风气候区，是台风活动频繁地区之一。内坑小流域中上游汇流快，下游地势平坦、河道坡降缓，洪水（涝水）出流不畅。因此，需要一个安全、完善的防洪排涝体系来保障和支持其经济稳定和可持续发展。本文以福建省内坑镇品牌工业城下黄溪段规划建设为例，进行区域内自然河流改道设计研究，基于防洪排涝需求，从项目特性、线路比选、水面线计算、堤防设计等方面进行详细论述。

2 改道方案

2.1 工程概况

内坑镇品牌工业城规划位于下黄溪下村段两岸，与河道衔接及交叉的道路由西向东分别有纵一路、纵二路、纵三路、纵四路，由北向南有横二路、横三路，涉及原河道干流长度约1.68 km、支流长度约0.33 km[2]，具体见图1。纵一路至纵二路段河道，原河道长度611 m，已于2013年进行改道设计和建设（一期改道），改道后河道长度533 m，河道底宽7 m～9 m，目前已投入运行。

基于本次工业城规划建设，进行部分自然河流改道，一方面满足工业城建设用地规划需求，另一方面确保其为完善镇域防洪排涝体系作出应有贡献。

2.2 存在问题

经现场调研，项目区存在问题有：（1）一期改道河道缩短了78 m，水力坡降增大，改道后的设计河宽7 m～9 m较自然河流11 m～18 m河宽过窄，对局部河道产生了严重冲刷。（2）纵二路至纵四路间主河道多处建有简易搭盖物、壅水建筑物等便于耕作之需，阻碍行洪，导致现状河道行洪能力严重不足。（3）工业区及道路规划标高较现状河堤地面高出许多，河道两岸为工业区及道路，河岸均未护砌，现状为田埂等土质边坡，堤防极不稳定。

图1 区域分布及改道线路布局简图

3 改道设计

3.1 工程特性

本工程的主要任务为通过河道改道和堤防建设，提高内坑镇品牌工业城下黄溪段河道防洪排涝能力，助力内坑镇工业城建设和区域经济发展。根据已有文件[3]和相关规范，确定该项目防洪设计标准为20年一遇，堤防工程级别为4级，排涝标准为5年一遇涝水不漫溢。项目区保护范围为品牌工业城，结合岸线布置、断面设计，将使河道的行洪和防洪能力达到20年一遇标准，同时也起到美化环境的作用。

3.2 线路比选

3.2.1 干流改道轴线比选

本次主要选取两个线路方案进行干流改道轴线比选，起始断面与一期改道项目相衔接，河底高程19.93 m，出口断面汇入加塘溪，与福建省晋江市加塘溪内坑段河道治理工程相衔接，河底高程15.30 m。加塘溪断面20年一遇水位为17.87 m[4]，即改道河段出口断面水位17.87 m。具体参数见表1。

表1 干流改道轴线参数比较表

由表1和图1可知，2号线路虽较1号线路短，但是相应的坡降增加，水流冲刷问题更严重。1号线路靠近原河道，2号线路靠近山坡，因此2号线路的开挖量远大于1号线路。虽然1号线路较2号线路需多建一座桥涵，投资大大提高，但是其总体投资仍小于后者。综合考虑开挖量、水流冲刷、工程造价等问题，干流改道线路选1号线。

3.2.2 支流改道轴线比选

干流线路确定后，再进行支流改道线路比选。支流河道改道轴线位于纵四路东面、西面两条线路进行比选，见表2。

表2 支流改道轴线参数比较表

由表2可知，两方案支流河道改道长度相差甚小，河道改道走向地势平坦，开挖量相差不大，此部分工程造价基本相当。1号线较2号线需修建桥涵一座，导致其造价激增。并且，根据工业区规划发展，2号线以东将来亦将成为工业城用地。根据工程造价和长远发展，本次选定2号线作为支流改道线路。

3.3 水面线计算

入口河道底坡为0.25%，出口河道底坡为0.40%，为确保河道上下游衔接顺畅，采取前段0.25%和后段0.40%的组合方式，衔接处进行跌水消能处理，形成主流纵断面。干流河道行洪底宽为7 m～9 m、支流改道工程行洪底宽为5 m。为减少主流河道冲刷，降低河道水力坡降、河道冲淤等，在改道河流上布设拦水坝。基于形成水景观和不影响河道行洪的双目标，坝顶高程高于设计河底高程均为0.5 m。通过对拦河坝的壅水计算，确定在主流前段（底坡0.25%）修建8座拦水坝，支流上修建3座拦水坝，各拦水坝布局见图2。

图2 干、支流滚水坝布局图

本次改道河流主要以20年一遇洪水重现期进行水面线计算，此时设计的各个拦水坝均在水面以下一定深度，不影响河道行洪；计算过程中，对河道水面线计算影响较大的是桥涵和弯道。结合河道恒定非均匀流的伯努利方程、桥涵过水的孔流面流综合计算、弯道水流横向水位差等三种方法进行水面线计算。河道糙率的选择主要根据实测大断面以及现场踏勘所得河段特征（河床组成及床面特征、平面形态及水流流态、岸壁特征）、滩地特征（平纵横形态、床质、植被），并结合改道河流河底、河岸材料和《糙率表》推求河道综合糙率n，改道河流的综合糙率取n=0.028-0.030。水面线计算成果见图3。

图3 干、支流水面线计算成果图

3.4 堤防设计

根据改造河道的设计河宽、岸线基础地形地质条件、沿岸地貌及城镇建设规划意见、当地建筑材料供应情况等综合因素，以及晋江市内坑镇对品牌工业城的规划及将来社会发展要求，本着技术合理、节省投资、综合利用的原则，统筹兼顾上下游，左右岸的关系，对下黄溪段品牌工业城进行堤防布置。地质钻探显示，项目区内的拟建持力层为粉质粘土层、含泥中粗砂层，持力层下卧残积砂质粘性土层。河道改道需大量开挖、回填土方，现场开挖的土方大部分可直接利用；工程区附近条、块石料供应不充足，可直接从当地市场购买。本次设计进行了四种挡墙设计方案比选，具体见表3。

表3 堤防设计方案比选表

随着当前社会经济水平和环境保护概念不断加强，堤防设计既要注重防洪涝功能，同时也需注意与当地环境融合性。基于以上原则，结合表3，分析如下：方案3和方案4虽然符合生态堤防建设，但是由于本次设计挡墙高度大（近7 m），对土工格栅和回填料要求严格，安全隐患大，不予考虑。方案2挡墙体积大，基础要求高，易出现不均匀沉降，不符合福建省政府近几年推行的生态堤防建设理念。方案1在福建省中小河流整治中运用广泛，成功经验丰富，造价低，适应地质条件，作为本堤防设计的推荐方案。

4 结论

工业城河流改道既要满足工业城防洪需求，又要符合区域规划和景观建设，其布局及河堤设计对工业城长远发展显得尤为重要。本文以福建省内坑镇工业城下黄溪段主、支流改道设计为例，分析工业城区自然河流改道要点：（1）问题分析需结合区域用地规划和防洪体系构建，明确河流改道注意要点；（2）线路比选主要考虑开挖量、水流冲刷、工程造价等因素，既要符合当前规划，也要考虑区域长远规划；（3）河道尺寸设计需重点考虑区域防洪需求，兼顾景观建设，寻求二者的平衡；（4）水面线需参照有关规范严格核算，确保河道设计行洪能力满足实际排洪要求；（5）堤防设计需考虑地质条件、当地材料利用率、可利用技术水平、工程造价等因素，确保安全稳定，兼顾生态效果。