重庆市中小河流河道设计技术方案探析

　　重庆市幅员面积 8. 24 万 km2,境内河流以中小河流为主，中小河流流域面积占全市幅员面积65% 以上。按照全国中小河流治理的统一部署，重庆市于 2009 年 12 月启动实施了第一批中小河流治理示范项目，并迅速在全市范围推进中小河流治理。近几年中小河流治理已成为全市水利工作的重要任务之一。为了总结重庆市近年中小河流治理经验，研究分析治理中存在的问题，市里开展了中小河流治理模式调查研究，其中河道设计技术方案研究是重庆市中小河流治理模式调查研究的主要内容之一。

　　1 中小河流分类特点

　　重庆市中小河流按其流经地区不同分为丘陵区河流和山区河流。

　　丘陵区河流主要分布在渝西和渝中部地区，河床大部分海拔高程 200 ~500m.河道平面形态蜿蜒曲折，弯道多。河道纵向比降较缓，一般在 4‰以下，河床及两岸冲刷较小，但淤积严重。河道横断面多呈抛物线形、矩形，河床相对较窄，两岸植被较好。

　　山区河流主要分布在渝东南、渝东北地区，河床大部分海拔高程在 500m 以上。河道地势变化大，平面形态蜿蜒曲折，弯多而急，沿程宽窄相间。河道纵向坡降较陡，一般在 5‰以上，水流急，推移质多、两岸冲刷严重，河势不稳定。河道横断面多呈“V”或“U”型，岸坡较陡，两岸植被较差。该区域大部分地区喀斯特发育，河流中溶洞、暗河等过水通道较多，部分地表河段为间歇性河流，甚至有少数河流并无连续河道，地下暗河、溶洞等是其唯一过水通道。

　　2 河道设计技术方案

　　河道设计技术方案研究主要从平面布置、横断面设计、纵向设计三个方面进行分析。由于丘陵区河道和一般明流山区河道设计技术方案分析时需考虑因素相同点较多，因此，将其归类为一般山丘区河道，技术方案分析时按一般山丘区河道和地下暗河两种情况分类。

　　2. 1 河道平面布置

　　2. 1. 1 一般山丘区河道

　　河道平面布置方案设计主要为堤线、岸坡两方面。重庆近年实施治理项目设计堤线基本沿原岸线布置，仅对局部地段进行调整，尽量顺应天然河势； 岸坡设计对天然稳定岸坡维持现状，不稳定岸坡采取因地制宜护岸措施。设计中出现的问题主要是渠化河道、岸坡平面布置与城镇规划布局出现矛盾、对征地拆迁实施难度估计不足、对运行检修要求考虑不周等。

　　堤线、岸坡布置设计方案，应综合考虑河流洪水特性、河道断面现状、城镇规划、征地拆迁等因素。

　　（ 1） 堤线

　　堤线应进行上下游，左右岸，洪、中、枯期统筹布置，与河势流向相适应，充分发挥天然河道的作用。针对山区河流还要考虑与大洪水的主流线平行，有利于河势控制。尽可能保持河道平面的蜿蜒性，随弯就弯，宽窄相宜。对过度弯曲河道裁弯取直，应进行必要的分析论证。

　　对河道弯曲形成的浅滩可适当缩窄河道断面，所造成雍水以不增大上游防洪压力为限。

　　尽可能利用有利地形，避开软弱地基、深水地带和强透水地基。

　　丘陵区河道可结合治理段功能要求布置分段拦蓄设施，形成水景观和方便利用。

　　典型丘陵区河道堤线布置设计方案如图 1.从图中可看出，河道治理段设计堤线基本沿原岸线布置，随弯就弯，仅局部急弯段进行了截弯取直，两岸堤距 22 ~35m.
　　
　　（ 2） 岸坡

　　应与城镇规划相衔接，统筹考虑土地利用、市政设施、沿河绿化等。尽量少占耕地、拆迁房屋，减少征地拆迁费用。尽量结合工程检修要求布置沿河亲水设施、检修便道和护岸顶部人行便道。

　　2. 1. 2 地下暗河

　　地下暗河的平面布置方案设计主要体现在隧洞进口前的引水渠和暗河洞线。重庆近年实施治理项目设计时，现状岩溶暗河洞线较顺直的，基本保持现状洞线走向不变。设计中出现的问题主要是暗河进出口的水流衔接不畅，对现状岩溶洞内出现的弯道水流重视不够等。

　　暗河洞线布置应综合考虑溶洞沿线地形地质、水力学、施工、运行、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素。

　　暗河洞线应尽量短直，扩洞洞线布置应尽量利用现状溶洞一侧。隧洞进口力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接。当现状暗河部分洞线转角偏大时，可保留原暗河泄洪通道不变，对该段洞线进行局部调整，调整洞线转弯半径不宜小于 5 倍洞径（ 或洞宽） ,转角不宜大于 60°。

　　2. 2 河道横断面设计

　　2. 2. 1 一般山丘区河道

　　河道具有行洪、排涝、供水、灌溉、景观等多种功能，主要功能均是行洪。重庆近年实施治理项目河道横断面一般按照首先满足防洪功能，其次尽量保持河道形态的多样性和与环境的协调性要求进行设计，具体设计中尽量保持河道断面天然性，两岸土地资源较少的城镇老城区一般采用矩形断面，两岸土地资源较多的城镇老城区、新建城区一般采用梯形断面。设计中出现的问题主要是由于对河道及岸坡特性认识不到位，对天然稳定岸坡保护不力、在城镇老城区及山区河道片面强调生态而放缓边坡造成征地范围加大等。

　　河道横断面设计应综合考虑河道功能、城镇规划、征地拆迁、护岸结构等因素。河道横断面按其是否需采取护岸措施可归纳为天然河道断面、人工河道断面（ 矩形断面、梯形断面等） .

　　（ 1） 天然河道断面适宜于现状岸坡自然稳定，植被覆盖较好的山丘区河道的城镇规划区和乡村河段。这类河道两岸不需采取任何治理措施，维持天然河道岸坡的自然形态即可，尽量避免河道断面的规则化。
　　
　　（ 2） 人工河道断面主要有矩形断面、梯形断面等。

　　矩形断面： 适用于现状河道较窄、洪水流量较小的丘陵区、山区明流河道。治理河道的防洪保护对象主要为两岸土地资源较少的城镇老城区和乡村河段。矩形断面占地少，可减少征用土地和旧城拆迁工作，但该断面的护岸结构用料较多，经济性较差。

　　梯形断面： 适用于河道较宽，洪水流量较大的丘陵区河道、山区明流河道。治理河道的保护对象主要为两岸土地资源较多的城镇老城区、乡村河段和新建城区。梯形断面边坡坡比一般为 1∶2 ~1∶3. 5,该断面虽占用土地资源较多，但其护岸结构用料较少，经济性较好。采用梯形断面设计应结合城镇建设、市政景观要求，兼顾市民休闲、近水亲水，绿化美化河道两岸，与城镇沿岸景观相融合。

　　典型河道梯形断面设计如图 2.该河道梯形断面设计采用 2 级边坡，变坡处设在常年水位以上0. 5m 左右，两级边坡之间布置检修平台，边坡上缓下陡，坡度分别为 1∶0. 5、1∶2. 5.

　　2. 2. 2 地下暗河

　　地下暗河的主要功能是行洪、排涝等，以减少洪水淹没面积和淹没历时，防洪保护对象主要为山区溶蚀洼地内现有老场镇和乡村河段。重庆近年实施治理项目地下暗河设计一般是在现有岩溶隧洞基础上扩洞，断面型式主要采用圆拱直墙型。设计中出现的问题主要是断面宽高比取值不合适，造成过水面积相同时洞顶跨度偏大，加大隧洞衬砌量； 扩洞断面布置在原溶洞的两侧，不利于施工。

　　地下暗河隧洞横断面设计应综合考虑功能、地质、水力学、施工、运行等因素。地下暗河横断面型式有圆拱直墙型、圆形等。有压隧洞一般采用圆形断面，无压隧洞一般采用圆拱直墙型断面。

　　隧洞横断面设计应充分利用现有的溶洞过水通道扩洞增流，横断面尺寸应满足设计工况运行时的过流能力要求，无压隧洞洞内设计洪水水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的 15%.

　　2. 3 河道纵向设计

　　2. 3. 1 一般山丘区河道河道纵向设计主要是河道纵坡拟定、水力计算控制断面选择、设计洪水水面线推求等。重庆近年实施治理项目河道纵向设计采取了分段拟定纵坡、分段推求设计洪水水面线等方法，设计中存在问题主要是水力计算控制断面选择不当、设计洪水水面线推求有误等。

　　河道纵向设计应综合考虑现状河床沿程高程、沿程跨河建筑物影响、设计洪水对上下游段的影响、景观要求等因素。

　　（ 1） 设计原则保证汛期泄洪畅通，枯期尽可能形成水景观；尽量使上下游洪水水面线衔接平顺，不受下游洪水顶托；尽可能保留或恢复深潭、浅滩等原有河流地貌形态，避免河道纵向形态规则化；山区河流要注意控制河道河势稳定，避免河道游荡。

　　（ 2） 河道纵坡拟定河道纵坡应根据河道现状纵坡分段拟定，保留河湾和河滩。

　　（ 3） 水力计算控制断面选择首先应调查治理段河道或其下游一定范围内是否有拦河堰、跌坎、跨河桥、水库库尾等控制工程。然后分析这些控制工程在发生设计洪水时是否对治理段产生影响，若影响较大，则可选择其作为控制断面。

　　当治理段末端下游附近无控制工程时，控制断面可选择在河段末端向下游延伸一段距离处。假定选择断面水位发生变化，对治理段末端水位进行敏感性分析，若治理河段末端水位  没有明显变化，说明控制断面位置相对合适，否则向下游重新选取。

　　（ 4） 设计洪水水面线推求设计洪水水面线应根据河道沿程比降、流量、跨河建筑物等情况，从下游向上游分段推求。

　　水面线推算断面分段原则：尽可能使断面间的水力坡度无明显变化；当河流有支流汇入或流量分出等流量突变时，需在突变位置加设断面；当有拦河堰、桥梁等拦（ 跨） 河建（ 构） 筑物时，需在堰（ 桥） 上、下增设断面；一般河道推算断面间距可按 3 ~5 倍河宽选取，当河道形状有明显扩宽或缩窄等变化时，变化位置应增设断面。

　　当河道断面几何特征参数已定时，影响水面线推算的关键参数是河道的糙率系数。糙率系数选择考虑主要因素有河道岸坡及河床粗糙程度、滩地植被、河槽纵横形态的变化等。若有实测洪水资料，可结合河道现状纵横断面资料，分析反推糙率系数。若无实测洪水资料，可参照类似河道治理经验或水力计算手册拟定糙率系数。

　　2. 3. 2 地下暗河纵向设计主要是隧洞进出口水流衔接、隧洞洞身纵坡拟定等。重庆近年实施治理项目地下暗河纵向设计采取了在隧洞进口前布置引水渠衔接水流，洞身纵坡根据进出口高程和水力学计算分析确定。

　　设计中存在问题主要是对河道断面渐变到隧洞断面的引水渠及隧洞洞口段水力学条件分析不到位，导致隧洞进口引水渠与上游河道以及隧洞洞身纵坡相互间衔接处理不当，洪水无法正常进入隧洞泄洪。

　　（ 1） 隧洞进出口水流衔接隧洞进口水流衔接主要靠连接河道与隧洞进口之间的引水渠。引水渠的作用就是将河道水流顺畅引入隧洞，因此，其纵坡设计应根据初拟河道末端底高程和隧洞进口底高程情况，采用水力计算分析确定。引水渠纵坡一般在 0. 015 ~0. 04 之间。

　　隧洞出口水流衔接设计主要是要与下游河道衔接顺畅，保证水流下泄安全，出流平稳。出口为陡坡的，应考虑下游冲刷问题。

　　（ 2） 隧洞洞身纵坡拟定隧洞洞身纵坡拟定应根据泄洪方式（ 有压、无压） 、上下游衔接、施工等因数综合分析确定。有压隧洞的纵坡主要取决于进出口高程，不宜采用平坡或反坡，以方便检修。无压隧洞纵坡应根据水力计算分析确定，洞中流速宜按小于 10m/s 控制，以免锚喷衬砌冲刷破坏。

　　3 结语

　　中小河流治理河道设计技术方案包括河道平面布置、横断面选择、纵向设计三个方面，在具体项目设计中，应统筹协调治理河道空间布局，兼顾各方面的布局要求，达到河流治理的预期效果。