洪水治导线研究与应用

李国栋

（山西省水利发展中心，山西 太原 030002）

1 引 言

治导线就是为稳定河势而在河道两岸布设整治工程所规划的水边线，也称整治线。治导线规划是河流保护治理和岸线功能维护管理的重要依据。国家颁布的《河道整治设计规范》（GB 50707—2011）对治导线有明确的规定和要求［1］。

关于治导线的研究及应用较多，研究区域集中在黄河、长江、珠江等江河。2000 年以前对治导线的研究较少，韩曾萃等［2］对钱塘江尖山河段治导线进行了初步研究，刘上煊［3］对长江口治导线规划的原则、布置以及产生的效益进行了研究，韩西军等［4］运用数学模型对海河口的治导线规划方案进行了研究，黄希敏等［5］对珠海—澳门附近水域的治导线平面布置进行了研究。

2000 年以后对治导线的研究逐渐增多。熊执中［6］对景东川河治导线整治方案进行了研究，张翠萍等［7］对渭河下游河道整治治导线进行了研究，王恺忱等［8］以桃花峪—花园口河段为例对黄河下游治导线规划进行了讨论，吴小明等［9］、范锦春［10］对珠江河口治导线规划进行了研究，黎开志等［11］对珠江磨刀门横洲外治导线方案进行了研究，毛桂囡等［12］利用遥感技术对江苏入海河道河口治导线进行了研究，韩曾萃等［13］对钱塘江河口治导线设计进行了探索，侯玮［14］分析了御河干流河道洪水治导线，马良等［15］对多沙河流治导线流路方程进行了研究，王丽丽［16］对区域中小河系防洪治导线规划进行了初步研究。

这些研究成果为江河、河口治理提供了参考依据，对保障滩岸稳定、区域防洪安全具有重要作用，但这些研究成果及应用多集中在中水治导线或枯水治导线方面，对洪水治导线的研究较少。已有文献中，侯玮［14］分析了御河干流河道洪水治导线，给出了洪水治导线规划思路和分段的洪水治导线成果，但缺少普适性指导。本研究针对洪水治导线布设原则进行探讨，提出关键控制参数，以清漳河为例进行详细分析计算和成果应用，以期为江河洪水治导线研究提供参考，为清漳河保护治理提供技术支撑。

2 治导线布设原则与控制参数研究

2.1 布设原则

现行河道整治设计规范［1］中，主要对中水治导线和枯水治导线布设进行了明确要求，如要求中水治导线根据整治的目的，因势利导，充分利用已有整治工程、河道天然节点和抗冲性较强的河岸，使上、下游平顺连接，左右岸应兼顾，协调各有关部门对河道整治的要求。对于洪水治导线，提出要根据设计泄洪流量来制定，有堤防的河段，应将堤线作为洪水治导线；没有堤防的河段，没有给出明确说法。侯玮［14］提出洪水治导线的布置应尽量保留河道的自然形态，尽可能保留或恢复湿地、沙洲、河湾、急流、浅滩、深潭，不任意截弯取直，不任意改变河道岸线，尽量不填堵、缩窄河道，尽量维持河道原有的自然岸线。可以看出，布设洪水治导线的目的不同于中水和枯水治导线，应更多考虑保留足够的河流空间，维护河流行洪、生态功能。洪水治导线布设应根据河道水沙条件、河床冲淤演变规律，并结合河床地形地貌地质等特点，科学合理布设。结合有关成果，研究提出如下布设原则。

（1）现状无堤防河段，洪水治导线原则上以设计洪水位边界线为控制线进行布设。

（2）已有堤防的河段，洪水治导线原则上以现有堤线为控制线进行布设。

（3）洪水治导线布设应充分利用已建控制性工程及天然节点，同时考虑河流走势特点，适应不同河型的河势变化。

（4）洪水治导线应各段平顺连接，不应采用折线或急弯。

2.2 控制参数

治导线宽度是治导线规划设计的控制关键［16］，洪水治导线宽度要考虑河道地形、地质条件，水文泥沙特性，河床演变规律，经济社会长远发展和防洪保护要求等多方面因素合理确定。目前，对中水治导线宽度和枯水治导线宽度都有较为成熟的分析计算方法［7－8，16］，而洪水治导线宽度尚没有成熟的分析计算方法。侯玮［14］提出应根据不同的治导线宽度进行水力学试算，确定合理的洪水治导线方案，要求规划的洪水治导线在遇相应标准的洪水时，原则上沿线流速不超5 m／s。结合有关成果，研究提出如下控制参数。

（1）单宽流量qb。治导线宽度确定应保证有足够的泄洪空间，尽量保留原有岸线，可以河道单宽流量为控制参数分析治导线最小控制宽度。单宽流量可结合已建工程设计运行资料，根据当地河流实测洪水流量Q、水面宽度b等资料进行综合分析确定。

（2）水流流速。适宜的治导线宽度应考虑工程安全，避免河道流速过大导致河床或河岸过度冲刷，应保留足够宽度，设计防洪标准洪水的断面流速不宜过大。水流流速要充分考虑当地防洪工程形式、材质及其防冲要求，结合当地河流实测洪水流量与流速关系等，综合分析确定。

（3）水位升高值。水位升高值是指规划治导线布设堤防后的断面水位与自然状态下的断面水位相比的升高值。洪水治导线是未来堤防建设的重要依据，洪水治导线窄一些就是未来堤距窄一些，水位升高值增大，新堤建设高度要高一些，工程量就大一些；反之，治导线宽一些，水位升高值减小，新堤建设高度就可以低一些，工程量就小一些。因此，要考虑堤防建设状况合理确定治导线宽度。

3 案例应用分析

3.1 研究区域概况

清漳河属海河流域南运河水系，上游由两大支流汇入，一条是清漳东源，发源于山西省昔阳县西寨乡沾岭山，另一条是清漳西源，发源于和顺县西部八赋岭，东西两源在左权县上交漳村汇合后称清漳河。清漳河干流经下交漳村入峡谷地段，河道窄而曲折，至九腰会村出峡谷，于黎城县东崖底镇下清泉村西南出境流入河北省涉县，在河北省涉县合漳村与浊漳河汇合后称漳河。清漳河河长210 km，流域面积5 335 km2，其中山西境内的流域面积为4 159 km2。

（1）径流。1956—2019 年清漳河多年平均径流量为2.62 亿m3，径流的年内分配表现为典型的夏雨型，即径流量的丰枯特征和降水量对应，径流集中程度主要取决于雨季持续时间和降水量的集中程度，最大月径流量多出现在8 月，连续最大4 个月径流量出现在7—10 月（占全年径流量的77%）。

（2）泥沙。清漳河泥沙主要由暴雨侵蚀形成。清漳西源和清漳河干流的产沙地类以石山灌丛为主，清漳东源的产沙地类以石山森林为主。清漳河干流刘家庄水文站是重要控制站，1956—2019 年刘家庄站多年平均输沙量为 593 万 t，多年平均含沙量为22.7 kg／m3。输沙量主要来自汛期7—10 月，占全年输沙量的95%以上。

（3）暴雨洪水。清漳河洪水由暴雨形成，多发生在7—8 月。根据刘家庄水文站实测洪水资料统计，年最大洪峰发生在7—8 月的概率为88.6%，发生在6 月的概率为5.7%，发生在9 月的概率为5.7%。由于暴雨集中，因此洪水往往涨落迅猛，洪水过程线形状随暴雨历时长短、降雨面积大小而异。1963 年8 月1 日海河流域发生了一次全流域性的特大暴雨，连续降雨过程达10 d，清漳河流域形成了有实测资料以来的最大洪水，刘家庄水文站实测最大洪峰流量为5 660 m3／s，远大于20 a一遇洪峰流量3 330 m3／s，据分析洪水重现期为100～200 a。

3.2 洪水治导线布设原则

清漳河流域涉及晋冀两省，由岸线管理、水资源利用等问题导致的水事纠纷时有发生。随着近年来流域防洪治理和生态保护工作的加强，亟须科学合理确定河道治导线、划清岸线边界。结合清漳河流域实际情况，以河道行洪安全、防洪安全和生态环境保护为前提，分析清漳河流域洪水治导线布设原则如下。

（1）现状无堤防河段原则上以设计洪水位边界线为洪水治导线。清漳河无堤防河段主要包括顺直型河段和弯曲型河段。对于顺直型河段，治导线应平顺布置，与洪水流向基本一致，以利于洪水宣泄，并留出足够的滩地和泄洪断面，以安全通过设计洪水为标准；对于弯曲型河段，治导线布置应有利于维护、稳定现有河势，防止凹岸崩退，顺应河道洪水流势，使河道凹岸防护工程易于布置，避免急弯、小弯，便于必要时釆用防护工程控制凹岸发展，改善不利的弯道流势形态。

（2）已有堤防且达到规划防洪标准的河段，原则上以现有堤线为洪水治导线。清漳河干流以往进行了县城河段和重要乡镇河段的河道治理，乡镇河段治理的防洪标准一般采用10 a 一遇洪水，左权县城河段采用50 a一遇洪水，和顺县城河段采用20 a 一遇洪水。因此，考虑现实情况，尊重既有历史，对已完成治理的河段，堤防达到规划防洪标准的以既有堤防内边坡线为洪水治导线；堤防达不到规划防洪标准的，原则上按无堤防情况规划洪水治导线，规划统一采用20 a 一遇洪水设防。

（3）充分利用已建控制性工程及天然节点。对于清漳河河道两岸有控制性建筑物的河段，如已建成的较高等级道路，包括县道、省道、高速公路等，路面较宽且有一定高度，具备一定的洪水防御能力，在对河道行洪能力进行复核的情况下，根据道路临河内沿线规划洪水治导线。

（4）洪水治导线各段应平顺连接。对规划同一河段的洪水治导线宽度不应突然放大和缩小，不应突然转折和急弯，应与上下游平顺衔接。对局部束水严重、泄洪能力明显小于上下游的窄河段，应通过清除阻水障碍达到规划要求。

3.3 洪水治导线控制参数

清漳河为山区性河道，以砂卵石河床或砂质河床为主，抗冲能力较强；从河床冲淤变化和历史演变情况看，自然状态下河道主槽冲淤和横向平面变化幅度不大。研究提出洪水治导线宽度控制参数如下。

3.3.1 单宽流量

根据清漳河以往治导线规划有关工作经验和已建堤防运行情况，如左权县乡村河段，以往规划提出清漳东源路家庄到入汇口28 km、西源水泥厂到入汇口31 km以及干流38 km 的河道按照防御10 a 一遇洪水的标准，明确了治导线宽度及单宽流量要求：东源、西源宽度原则上不小80 m，干流宽度不小于120 m，控制治导线宽度内的最大单宽流量分别为8.4、6.0、8.7 m2／s。

根据刘家庄水文站实测资料分析自然状态下河道过流量与单宽流量的关系，见图1。由图1 可知，洪水流量为1 000 m3／s 时，单宽流量约为6.2 m2／s；洪水流量为3 000 m3／s时，单宽流量约为17 m2／s。可见，刘家庄断面过水流量越大，单宽流量越大。清漳东源入汇口、西源入汇口和干流省界处20 a 一遇洪峰流量分别为1 316、1 215、1 404 m3／s，按照流量与单宽流量的关系，自然状态下的单宽流量分别为8.2、7.6、9.2 m2／s。

图1 刘家庄洪水流量与断面单宽流量的关系

综上分析，考虑河道维持一定的行洪空间，认为清漳河无堤防河段洪水治导线原则上在发生20 a 一遇洪水时单宽流量不大于5 m2／s、在发生50 a 一遇洪水时单宽流量不大于7.5 m2／s，最大单宽流量不大于10 m2／s（特殊段落可以适当突破，如自然峡谷段、县城段等），以此为原则计算各河段洪水治导线最小控制宽度。

3.3.2 流 速

根据刘家庄1963 年、1981 年、2016 年等大洪水年份实测流量资料，分析断面单宽流量与最大流速的关系，见图2。由图2 可知，随着单宽流量的增大，断面最大流速增大。当单宽流量达到10 m2／s 时，最大流速约为6.3 m／s。根据最大流速与平均流速的关系（见图3），得到相应的平均流速约为4 m／s。

图2 水文站断面单宽流量与最大流速的关系

图3 水文站断面平均流速与最大流速的关系

清漳河乡村河段已建护岸工程多为块石衬砌。根据铁道部第三勘测设计院［17］、高冬光等［18］对人工护面渠道容许不冲流速的研究，渠道流量大于10 m3／s时，单层块石铺砌护面的容许不冲流速为4 m／s，双层块石铺砌的容许不冲流速为5 m／s，混凝土护面（水流中不含砂和卵石）的容许不冲流速为10 m／s。因此，结合单宽流量要求，从避免工程冲毁角度，提出治导线宽度内平均流速宜控制不超过4 m／s。

3.3.3 水位升高值

结合清漳河以往实际工程经验，根据规划治导线布设堤防后的断面水位与自然状态下的断面水位相比的升高值，提出原则上规划治导线布设后的水位升高值控制不超过0.3 m。

综上分析，考虑不同频率洪水流量大小，提出清漳河洪水治导线布设时原则上以20 a 一遇洪水单宽流量不大于5 m2／s、50 a 一遇洪水单宽流量不大于7.5 m2／s、最大单宽流量不大于10 m2／s（特殊段落可以适当突破，如天然峡谷段、县城段等）为洪水治导线宽度的主要控制参数，辅以流速、水位升高值对治导线进行约束，平均流速原则上不大于4 m／s，平均水位升高值原则上不超过0.3 m。

3.4 洪水治导线布设成果

根据洪水治导线布设原则和控制参数要求，结合清漳河流域水利工程、地形地貌、人口分布等影响因素，布设了清漳河洪水治导线。布设的治导线可概括为以下几种类型。

（1）县城河段。山西省境内清漳河流域主要涉及左权县、和顺县两座县城，考虑城市建设现状和未来发展情况，将县城河段的洪水治导线防洪标准确定为50 a一遇（和顺县城已建堤防河段采用20 a 一遇）。已建堤防河段规划治导线采用两岸堤防（防洪墙）内沿线作为规划治导线，未建堤防河段或仅一岸建设堤防河段，根据50 a 一遇洪水水面线，在满足最小治导线宽度的要求下，考虑对现有人口和重要设施进行保护，尽量利用已建一岸堤防或道路等划定洪水治导线。

（2）人口密集的乡村乡镇河段。清漳河干流沿河有较多乡镇，部分乡村乡镇人口集中分布在河道两岸，距离河道较近，多数没有建设堤防，或者已建堤防标准低。将乡村河段治导线防洪标准规划为20 a 一遇，多数沿河乡村乡镇的人口密集区不同程度地受到20 a一遇洪水淹没影响，规划治导线在满足最小控制宽度的要求下，尽量考虑对密集人口区进行保护。

（3）其他的一般河段。除了上述两种类型的河段，其他河段原则上按照设计洪水水面线划定治导线，在满足基本河道行洪要求的前提下，尽量利用有一定防御能力的等级道路（清漳河沿河的县道，路面宽度一般为8 m）或者陡坎划定治导线。

对规划治导线布设后的参数变化进行统计，结果见表1。可以看出，以规划治导线为约束的水流条件下，在天然峡谷窄河段、县城局部河段和人口密集乡村河段受区域现有条件限制或基于防洪保护要求，突破了治导线控制参数要求，其他大多数河段基本满足控制参数要求，平均单宽流量控制范围为3.7～5.8 m2／s，平均水位升高值不超过0.3 m，平均流速为2～3 m／s。总体说明，规划治导线控制参数和布设治导线是基本合适的。

表1 治导线布设后参数变化

4 结 语

（1）洪水治导线对于维护河流行洪及生态功能具有重要作用，是河流岸线管控的重要依据。本研究提出了洪水治导线布设原则：现状无堤防河段原则上以设计洪水位边界线为控制线，充分利用已建控制性工程及天然节点进行治导线规划，各段平顺连接；已有堤防且达到规划防洪标准的河段原则上以现有堤线为控制线。同时提出洪水治导线应更多考虑保持足够的河流空间，以单宽流量、流速、水位升高值为控制参数确定合理的洪水治导线宽度。

（2）以清漳河为例进一步研究了洪水治导线布设控制参数，通过对清漳河水文规律和洪水治导线布设要求的分析，提出了清漳河治导线宽度的主要控制参数，治导线布设时原则上以20 a 一遇洪水单宽流量不大于5 m2／s、50 a 一遇洪水单宽流量不大于7.5 m2／s，最大单宽流量不大于10 m2／s（特殊河段可以适当突破，如天然峡谷段、县城段等）为治导线主要控制参数，辅以流速、水位升高值对治导线进行约束，平均流速原则上不大于4 m／s，平均水位升高值原则上不超过0.3 m。

（3）根据研究提出的清漳河洪水治导线布设原则和控制参数要求，结合清漳河流域水利工程、地形地貌、人口分布等影响因素，规划制定了清漳河洪水治导线，对比了规划治导线布设前后的参数变化，论证了布设洪水治导线的合理性。研究成果可为清漳河保护治理提供技术支撑。