北方地区城市生态防洪河道规划设计

乔光建，赵景窥

（1.河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台 054000；2.邢台市水土保持生态环境建设工作站，河北 邢台 054000）

北方地区城市生态防洪河道规划设计

乔光建1，赵景窥2

（1.河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台 054000；2.邢台市水土保持生态环境建设工作站，河北 邢台 054000）

北方地区降水量受季节影响，丰枯期水量悬殊，河道设计既要考虑生态安全，又要满足防洪要求，因此河道设计大都采用复式断面，在枯水期主河道可满足枯季流量过水需求，在洪水期复式河道漫滩可保证行洪要求。在枯水期，河道漫滩可用于生态绿化或临时性用地。通过对北方地区河道设计分析，河道平面形态主要由岸线、堤线、绿道及蓝线4个部分构成。从生态和防洪两个方面论述北方地区城市河道规划设计的方法，并对河道生态河道功能进行评价，可为城市生态防洪河道设计提供参考。

城市防洪；生态建设；河道防洪规划；北方地区

河流作为城市的一个自然地理要素，是城市规划与建设中必须考虑的一个重要因素，而城市建设反过来对河流也有显著影响。沿河的土地利用方式既受河流的影响，也对河流的各种功能产生作用。在城市规划与建设中既要尊重河流的自然规律，也要充分开发河流的各项生态功能，使其更好地为城市发展服务。这就要求综合规划河流，对河流进行适当的功能定位，在功能定位的基础上协调各类功能，让河流的自然规律与城市发展相匹配，保证城市的可持续发展。

表1 城市河道设计原则

河流从空间结构与服务功能来划分，其平面形态主要由岸线、堤线、绿道及蓝线4个部分构成。城市河流平面形态构成见图1。

图1 城市河流平面形态构成示意图

1 城市河流岸线设计

岸线是维系河流基本形态的自然线形，通常指水位状况下河槽的水迹线。自然河流岸线多是蜿蜒曲折的，其形态有浅滩、深潭，形式各异。岸线区域是水域生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，能为各种水生生物提供栖息和繁殖的空间，对增加动植物物种种源、提高生物多样性和生态系统生产力等均有很强的作用，同时也是人水相亲的自然滨水场所。

1.1 岸线功能区

岸线控制线是指沿河流水流方向或湖泊沿岸周边为加强岸线资源的保护和合理开发而划定的管理控制线。岸线控制线分为临水控制线和外缘控制线。

临水控制线是指为稳定河势、保障河道行洪安全和维护河流健康生命的基本要求，在河岸的临水一侧顺水流方向或湖泊沿岸周边临水一侧划定的管理控制线。

外缘控制线是指岸线资源保护和管理的外缘边界线，一般以河湖堤防工程背水侧管理范围的外边线作为外缘控制线，对无堤段河道以设计洪水位与岸边的交界线作为外缘控制线。

在外缘控制线和临水控制线之间的带状区域即为岸线。岸线既具有行洪、调节水流和维护河流（湖泊）健康的自然生态功能属性，同时在一定情况下，也具有开发利用价值的资源功能属性。任何进入外缘控制线以内岸线区域的开发利用行为都必须符合岸线功能区划的规定及管理要求，且原则上不得逾越临水控制线。

1.2 岸线控制线划分的原则

根据岸线利用与保护的总体目标和要求，结合各河段的河势状况、岸线自然特点、岸线资源状况，在服从防洪安全、河势稳定和维护河流健康的前提下，充分考虑水资源利用与保护的要求，按照合理利用与有效保护相结合的原则划定岸线控制线。

按照流域综合规划、防洪规划、水功能区划及河道整治规划、航道整治规划等方面的要求，统筹协调近远期防洪工程建设、河流生态功能保护、滩地合理利用、土地利用等规划及各部门对岸线利用的要求，按照岸线保护的要求，结合需要与可能合理划定。

应充分考虑河流左右岸的地形地质条件、河势演变趋势及与左右岸开发利用与治理的相互影响，以及河流两岸经济社会发展、防洪保安和生态环境保护对岸线利用与保护的要求等因素，合理划定河道左右岸的岸线控制线。

城市段的岸线控制线应充分考虑城市防洪安全与生态环境保护的要求，结合城市发展总体规划、岸线开发利用与保护现状、城市景观建设等因素。

岸线控制线的划定应保持连续性和一致性，特别是各行政区域交界处，应按照河流特性，在综合考虑各行业要求，统筹岸线资源状况和区域经济发展对岸线的需求等综合因素的前提下，科学合理地进行划定，避免因地区间社会经济发展要求的差异，导致岸线控制线划分不合理。

2 城市河流防洪堤线设计

堤线及防洪线，是指在设定防洪标准下确保河道能够安全行洪的河口控制线。从防洪安全考虑，堤线是保障人民生命财产的根本，是城市河流所承担的一项根本功能。作为城市河流平面形态的一个重要组成部分，在现代城市生态建设中，堤线不仅承担城市防洪安全的功能，且具有保持自然的动态性与连续性的功能。

2.1 堤线布置及堤型选择

河流形态的多样化是生物物种多样化的前提之一，河流形态的规则化、均一化，会在不同程度上对生物多样性造成影响。因此，针对有关条款，建议补充或强调以下要点:

（1）在堤线布置原则中，补充说明应尽可能保留江河湖泊的自然形态，保留或恢复其蜿蜒性或分叉散乱状态，即保留或恢复湿地、河湾、急流和浅滩。

（2）在宽的原则，要处理好行洪和生态保护要求与土地开发利用之间的矛盾，河槽和河漫滩不仅要能满足设计洪水行洪要求，还要保持一定的浅滩宽度和植被空间，为生物的生长发育提供栖息地，发挥河流的自净化功能。

（3）堤型的选择原则，除满足工程渗透稳定和滑动稳定等安全条件外，还应结合生态保护或恢复技术要求，尽量采用当地材料和缓坡，为植被生长创造条件，保持河流的侧向联通性。

2.2 设计洪水流量计算（以邢台市七里河为例）

邢台市七里河位于邢台市区南侧，上游流域面积329.4 km2，七里河流域没有径流量资料，可通过暴雨途径进行分析，计算设计洪水。

七里河流域内设有北河村、西黄村、大贾乡、邢台市雨量站，具有实测1952～2000年成系列雨量观测资料。根据设计洪水计算的需要，暴雨设计计算时段采用1，6，12，72h。不同时段流域设计暴雨雨量由历年实测暴雨系列进行频率计算求得。在进行频率分析时，“63.8”暴雨的经验频率参照《海河流域1963年8月暴雨洪水分析报告》等有关成果进行特大值处理。设计暴雨分析计算成果见表2,设计洪峰流量采用经验法，计算成果见表3。

表2 七里河流域设计暴雨成果

表3 七里河邢台市区断面设计洪峰流量成果

2.3 河流断面设计

在城市河道断面形态规划设计上，既要注重河流防洪排水的功能要求，又要体现城市生态环境和城市景观的要求，尽可能采用复式断面，这样可以加大洪水过水断面，保持河流主槽常年不淤积，增加人们良好的亲水感和视觉的美感。

根据上述分析，城市生态防洪河道一般为复式断面。对于天然河道，只有河槽而没有滩地的河流断面，称为单式河流断面；既有河槽，又有滩地的河流断面，称为复式河流断面。复式河流断面通常是由1个河槽和1个河滩组成 （单侧复式河流断面）或1个河槽和2个河滩组成（双侧复式河流断面）。河槽是在洪水期河底有泥沙运动的部分，壁面较光滑，糙率小；河滩的底面上一般没有泥沙运动，壁面糙率较大。洪水期、高水位时，才有水流通过，因而河滩上可以种植观赏植物。

图2 河道复式断面示意图

2.3.1 河岸高度计算

由于过水断面上不同位置的糙率及断面形状不同，所以进行复式断面水力计算时，一般对河槽和河滩分别计算。

天然河道均匀流基本流量公式为：

式中 Ai为各子断面的过水断面面积 （m）；Ri为各断面的水力半径（m）；ni为各过水断面糙率；Q为流量（m3/s）；i为河底坡度。

根据上述计算结果和资料情况，计算河段糙率，采用典型洪水调查水面线，用实测的线状河道纵横断面资料反推综合糙率。经分析，邢台市七里河城区河段采用主槽糙率0.030，滩地为0.045；河道坡度为0.0075；主河道底宽100m；设计洪峰流量2410m3/s；按双侧对称复式河槽计算，求复式河槽的水深。

已知：n1=0.030，n2=0.045，i=0.0075，b1=100m，b2=75m，m1=1.2，m2=1.5，d2=3.5m，Q=2410m3/s，求h2。

（1）将整个复式断面河槽分成3部分，分别计算过水断面面积。

对于复式断面河道，深槽与浅滩的流速可能相差很大，不能按单一断面计算，而应将断面依滩、槽分成若干子断面，各自作为独立的水流，分别计算过水断面面积、湿周和水力半径（子断面之间的界面不计入湿周），并认为各股水流的水力坡度相同，计算公式为：

利用已知条件，可直接计算h2。对于这类问题，这季节解方程比较复杂，常采用试算法，即先假定h2，计算出流量Q，直到假设的h2计算处的Q值与设计的流量误差最小为止。

将h2带入上式，并进行迭代计算，设计流量Q=2410m3/s时，对应的h2=3.45m，误差最小。则设计滩地以上水深为3.45m；河道设计水深为3.5+3.45=6.95m。

波浪爬坡高度是波浪沿斜面爬升的垂直高度，简称波浪爬高。波浪爬高的大小直接影响土石坝坝顶高程的确定。波浪爬高的数值与波浪要素(波高及波长)、斜面坡度、护面材料、水深及风速等因素有关，需通过计算确定。

根据《堤防工程设计规范》设计计算要求，计算出该河段的安全超高为2.32m。河道堤顶高程计算公式为：

Z=Zp+Rp+e+A

式中Z为堤顶防洪设计高程（m）；Zp为设计洪水相应的坝顶高程（m）；Rp为设计波浪爬高（m）；e为设计壅水高度（m）；A为安全加高（m）。

七里河设计断面河底高程为63.89m。根据上述计算结果，设计水深6.95m，安全超高2.32m。则设计坝顶高程为73.16m。

2.4 岸坡防护

在河流整治工程中，对生态系统冲击最大的因素是水陆交错带的岸坡防护结构。水陆交错带是水域中植物繁茂发育地，为动物的觅食、栖息、产卵、避难所，也是陆生、水生动植物的生活迁移区，至关重要。因此，岸坡防护工程的设计应从强调人与自然和谐的生态建设要求出发，采用与周围自然景观协调的结构形式，在满足工程安全的前提下，确保生态和景观的护岸形式多种多样。在典型的岸坡防护结构中，可尽量使用具有良好反滤和垫层结构的堆石，多孔混凝土构件和自然材质制成的柔性结构，尽可能避免使用硬质不透水材料，如混凝土、浆砌块石等，为植物生长，及鱼类、两栖类动物和昆虫的栖息与繁殖创造条件。

七里河市区段河道岸坡均进行护砌，除局部地段特殊处理外，护砌形式为：河道均采用复式断面，其中主槽岸坡、河底均采用大孔隙混凝土护砌，大孔隙厚15cm，其下设10cm厚水稳沙砾，40cm厚黏土；大堤边坡采用浆砌石石框格护坡。

2.5 景观建设

城市水域整治的景观建设中，可以强调注意保留江河湖泊天然的美学价值，避免将水流置于过多的亭台楼阁等混凝土与砌石形成的人工环境之中。水利工程设施要造成一种人与自然亲近的环境，现代的城市景观设计，应更多注重生物栖息地建设。水利工程还应为公众广泛参与和对儿童进行水环境保护教育创造良好条件。

以邢台市七里河水景观设计为例，滩地的高低、宽窄、大小，都是生态设计的要素，使滩地、堤防在满足泄洪条件下尽可能富于变化。滩地是城市河道展示景观的大舞台。可以做成休闲广场、水上舞台、卵石步道、林荫小径、露天茶座、临水长廊、嬉水乐园、灯光喷泉、涉水台阶等。以植物的多样性，采用乡土物种且为粗放式管理的植物配置原则，营造堤防、滩地景区的植物景观。滩地及堤防内坡推荐种植萱草，又名黄花菜、金针菜，多年生宿根花卉，地下具短粗的根状茎，品种繁多，色彩丰富，适合丛植和群植，金针花不仅让游客大饱眼福，也可食用，具有一定的经济作用。堤防两侧各种植10m宽具备观赏性的树木林带。结合亲水工程在堤坡、滩地修建与景观相协调的多样化人行路［12］。

3 城市河流生态绿道设计

绿道是指能够维持河流生态系统健康发展和人改善区域环境质量的线状廊道，广义上讲是河流绿道。作为城市生态基础设施不可缺少的一部分，绿道对于生物流、物质流和能量流具有重要作用，有防风消浪、水土保持、涵养水源、吸附尘埃、减缓城市热岛效应等功能。

3.1 河流保护功能

沿河绿道，具有保护水资源和环境完整性功能，是决定缓冲带宽度的基本因素。河流不同的位置对应着不同的环境状况，从而应该对应不同的绿道宽度值。研究表明，当河岸植被宽度大于30m时，才能够有效地降低温度、增加河流生物食物供应、有效过滤污染物；当宽度大于80～100m时，才能较好地控制沉积物及土壤元素流失。另外，还应根据周围土地利用方式来确定河流绿道的宽度，如高强度农业活动区和高密度的房地产开发都应该对应更宽的绿道。

3.2 生物保护功能

生物保护型绿道主要包括生物栖息地、生物迁移通道等，主要目的是保护生物多样性。一般来说，随着宽度的增加，环境的异质性随之增加，进而造成物种多样性的增多，因此绿道越宽越好。但是宽度对物种数量的影响效应是不一致的，当宽度较小时，绿道宽度对物种数量影响较小，甚至可以说没有影响。达到一定宽度临界值后，宽度效应才会明显地表现出来，相关研究表明这个临界值应为7～12m。

3.3 都市环境防护功能

绿道对于城市建成区而言具有改善气候、净化大气、隔离噪声等功能。不同的功能对应的绿道宽度要求也不同。

3.3.1 改善局部小气候

研究证明，绿地日均气温的降低值随绿地覆盖度的增加效果愈明显，因此，对于改善城市小气候的环境防护型绿道来说，绿地覆盖率越大则小气候的改善效果就越显著。大量研究表明，要想有效地改善城市小气候，需要达到30%的绿地覆盖率。因此，从降温保湿角度而言，将总面积减去集中绿地面积后除以绿道总长度就是绿道所需要达到的最小宽度。但考虑城市绿地结构布局的统一性、合理性，一般宽度不宜小于20m。

3.3.2 净化空气

对于净化空气的功能来说，绿道内林带的宽度、数量及带间距离的关系与净化效果关系很大。由于飘尘和有毒气体是随空气飘浮的，而气流遇到林带后究竟是越顶而过还是穿过林带，穿透林带时速度降低多少，过滤的效果如何，都与绿道的结构和宽度有关。就绿道的净化过滤效果而言，林带宽度一般以30～40m为宜，过窄的林带防护效果不显著，而过宽的林带又不如分成几条较窄的林带防护效果好。若条件不允许达到上述宽度时，要尽可能用乔灌木和常绿树组成的复层植被，以产生最大的环境防护效果。

3.3.3 隔离噪声

树木、草坪对声传播的衰减影响，已有不少研究。一般的结论是从3m的单行树篱到70m宽的林带都具有一定的减噪效果，减噪量从3.5～7.5dB（A）不等。而宽林带可以降低噪声10～20dB（A）。北京园林科学研究所的研究结果显示，对于减噪为目的的隔声林带来说，效果最大的是面向声源的40～50m厚的一段，从节约土地和经济角度出发，这类林带的宽度一般不超过50m。除林带宽度以外，绿化减噪效果也会因绿化结构的不同产生很大差异。

3.4 都市休闲游憩功能

都市休闲游憩型绿道主要依托城市道路两侧的绿地构建对绿道形成作用。从游憩使用角度构建的绿道，主要表现为各种类型的带状公园、街头线性绿化、林荫道、景观道等，其宽度主要因为没有特定的科学要求而常常受到城市建设的限制。城市中的游憩绿道可分为简单式游憩林荫路、复式游憩林荫路、游园式游憩林荫路。其中，简单式用地最小宽度一般为8m，复式的宽度可达到20m以上，游园式游憩林荫路宽度宜40m以上。

以上从绿道的河流保护功能、生物保护功能、都市环境防护功能和都市休闲游憩功能4个方面分别探讨绿道的宽度及其功能，但在实际的绿道设计中，还应更多地从考虑绿道周边的大环境着手，充分考虑绿道沿线的空间结构及生态元素，才能制定出合理的宽度，有效地发挥绿道在保护生态、休闲游憩及经济发展方面的功效。

4 城市河道蓝线设计

蓝线的概念最初是在城市规划领域中提出的，主要是为了加强对城市水系的保护与管理，保障城市输水供水、防洪防涝和通航安全，以及改善城市人居生态环境。在传统的治河理念中，人们往往忽视蓝线的重要性。近年来，随着城市化建设的不断扩张，土地开发利用与河流地域保护之间的矛盾愈演愈烈，界定蓝线的范围对于河流的保护和管理有着重要的保护意义。

河道蓝线的编制是一项系统性较强的工作，不仅要考虑河道行洪、排涝、航运等功能，还应考虑到人与水的和谐相处。因此，河道蓝线编制的指导思想应是：以人为本、追求人与水和谐相处，保持自然河道所具有的地方特色；与邢台市发展总体思路相一致，坚持科学性、合理性、可行性相统一，做到水资源“安全、资源、环境”协调发展，使河道的经济效益、环境效益、社会效益达到较好的结合。

遵循流域水利规划和区域水利规划的原则。这是河道蓝线编制的依据。流域水利规划是全流域内社会经济发展战略的组成部分，是符合全流域社会经济发展战略的，是为全流域社会经济发展服务的。而区域水利规划是流域规划在一定区域的具体化，必须符合流域水利规划，为区域社会经济发展服务。

5 结语

北方地区河道丰枯期水量悬殊，洪水期来水量大，时间短，大部分时间河道处于少水或无水状态，使河道服务功能发生相应的改变。

针对北方地区城市河道状况，城市河道设计应兼顾生态和防洪双重作用。以复式断面河道为最佳设计方案，使河道在洪水满足防洪要求，在枯水期河道漫滩可作为生态公园用地或休闲游憩场所，也可作为临时性建筑用地等。

城市河流从空间结构与服务功能来划分，平面形态主要由岸线、堤线、绿道及蓝线4个部分构成。在设计规划时，应充分考虑渠道景观、生态的要求，以及在河道走向、河道断面、护岸工程、河滩地利用、堤顶处理等多方面采取措施。

［1］郭红雨.城市滨水景观设计研究［J］.华中建筑，1998（3）.

［2］于哲新.浅谈滨水开发的几个问题［J］.城市规划，1998（2）.

［3］徐欣，张虎.浅谈山水城市建设中水系的治理［J］.人民珠江，2001（1）.

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［5］郝朝德.对城市水利的认识和思考［J］.中国水利，2001（3）.

［7］朱联锡，朱晓帆.在府南河下游修建生态河堤［J］.四川环境，1999，18（3）.

［8］杨芸.论多自然型河流整治法对河流生态环境的影响［J］.四川环境，1999， 18（1）.

［9］周文波，程杭平，尤爱菊.浙江沿海地区城市河道综合治理规划中几个问题的探讨［J］.河口与海岸工程，2000（3）.

［10］疏良仁.重塑城市演水地区景观风貌南宁市朝阳溪沿岸环境景观设计［J］.规划师，1999， 15（3）.

［11］孙寰.城市演水空间的再塑造南通市濠河风景旅游名胜区详细规划［J］.规划师，2000，16（1）.

［12］乔光建.基于水资源短缺地区的城市滨水景观设计规划研究［J］.水科学与工程技术，2010（S0）.

Planning and Design of Urban Ecological Flood Channel in the Northern Region

QIAO Guang-Jian1，ZHAO Jing-kui2
（1.Bureau of Hydrology and Water Resources Survey of Xingtai City， Xingtai 054000，China;2.Soil and Water Conservation and Ecological Environment Construction of Xingtai Workstation， Xingtai 054000，China）

In the northern area,the rainfall influences by the seasons，disparity of water quantify is wide between high flow period and dry period， river design not only should consider ecological safety， and to satisfy the design requirements， so river flood mostly adopts the double entry section in water， it can satisfy flow water demand of withered peniod，and the double entry river floodplains can ensure flood requirements in high flow period.In water withered period，river floodplains can be used for ecological afforestation or temporary land.Through analysis of the north district river design,plane morphology mainly by the river shoreline， weak bank， green road and the blue line four parts.In northern region,the methods of the urban river planning and design from two aspects of ecological and flood control,evaluating the ecological river channel function for flood control，providing reference of urban ecological river design.

urban flood;ecological construction;river flood control planning;northern region

TV87

A

1672-9900（2011）03-0050-04

2011-03-04

乔光建（1956—），男(汉族)，河北沙河人，教授级高级工程师，主要从事水文水资源工作（,Tel）13131961906。