人类早期的文明都是农业文明，人类文明的发展和河道息息相关。人类生活，农耕生产用水都离不开水，四大古文明都发源于河谷平原地区，依河而居，依河而建。堤防工程是人类活动最早修建的水利工程，河谷滩地、平原土壤肥沃，灌溉便利，是人们理想的耕种场所，但易受洪水威胁，为了抵御洪水，保卫家园，人们便开始筑堤，将洪水限制在河道内，形成了早期的堤防工程。
根据河段的划分，中小河流一般为河流水系的河源段或上游段，多属于山区河流，河床纵坡陡，河槽成“V”型，岸坡陡，主流归一，滩槽不明显，多存在冲刷，偶有的滩地多已被开垦为耕地，村庄沿两岸阶地分布，洪水多由瞬时暴雨产生，具有洪峰流量大，历时短，破坏性大的特征。工程设计如同做鞋子，鞋子做的大还是小都可以穿着走路，但合不合脚很重要。设计一个好的堤防工程根本前提就是对河道特性的把握和洪水的了解，在充分了解河道冲淤演化分析的基础上做到因地制宜，因势利导，让堤防和洪水“和谐共处”。
目前堤防工程设计适用的规范为《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），本人通过陇南地区甘泉河堤防工程的设计，依据此规范，以技术人员的角度在此和大家交流一下此类中小河流堤防工程设计经验及心得，总结了一下设计工作中重要内容和易犯错误，如存在技术上的错误和不严谨，欢迎批评指正。
一、现场踏勘
现场踏勘是每个项目设计前期最基本最重要的工作，它是设计人员对工程区河道现状和周边环境最直观的掌握；是工程设计前获得的第一手基础资料；是关乎工程设计能否贴合实际的关键因素。通过现场观察，根据河道洪水留下的痕迹对河道洪水特性有一个直观的了解，通过对河道冲刷情况的观察能够对河势有一个准确的把握，清楚的了解以上内容，才能做到胸有成竹，符合实际，避免凭空设想，闭门造车，胡乱编造。
很多设计人员在踏勘现场时脑中一片空白，不知道该看什么，该记什么，下面就我的经验总结了以下踏勘现场需掌握的内容：
⑴调查清楚工程所在河道水系名称及结构分支；
⑵调查清楚工程区防护对象行政区域划分，道路分布及交通条件，村社名称，学校、医院、工厂等人口密集公益单位，防护对象规模（人口户数、人口数量、耕地面积），明确防护对象与河道的关系；
⑶查看河道现状，拍摄详细影像资料，包括河道两岸边坡岸坎，防护对象，植被，河床物质类型，河势变化及冲淤情况，已建防洪体系、阻洪建筑物及已建其他建筑物，两岸支沟及排水通道，历史洪水痕迹，测量水线与河道深泓线关系等情况。
⑷对于已建堤防加固工程，要详细掌握已建堤防结构形式，量取旧堤堤顶宽度、护坡坡比，堤后空间关系，调查推测出旧堤堤高，基础埋深，分缝填缝等重要数据；
⑸调查清楚主要建筑材料来源、价格，料场分布，运输距离，运输方式；
⑹调查清楚工程区已建堤防常用堤型，结构形式，旧堤主要破坏形式，作为方案比选依据；
二、确定堤防长度
中小河流堤防工程主要任务是护村护地，由于村庄耕地的分散分布，导致堤防跟随村庄耕地插点式分布，不可能形成完整系统的堤线分布，因此堤线布置段落多，单段堤防长度短，河段分布范围广，内容繁杂，需进行详细统计分类，明确各段堤线长度，行政区域、水系归属。同时一般情况下在踏勘现场时，业主会在现场指定每个村落治理范围，设计应根据水力计算，对防洪必要性不足的段落进行删减，合理确定治理长度。
三、堤线布置
堤线布置是堤防工程设计中很重要的问题，关乎到工程具体实施可造作性，工程造价，占地情况以及泄洪安全等重要问题，在布置过程中应反复进行优化调整，主要注意问题有以下几点：
⑴留足行洪宽度，这是堤线布置的核心原则，目前行洪预留宽度的确定是依据阿尔图宁公式计算的稳定河宽，主要由两个数据确定，一个是造床流量，另一个是稳定河宽系数。造床流量大小涉及到洪水设计成果计算和选取频率的问题，我建议造床流量选取常用的2年一遇洪水，不要进行调整，主要调整稳定河宽系数。根据规范要求，稳定河宽系数取值范围为1~1.7，平原河流取1.3以上大值，山区河流取小值，取值范围相对较大，对计算结果影响大，在大原则的基础，我认为具体取值与现状河宽的吻合程度为依据。
中小河流人河争地情况较为严重，河道中的滩地、阶地一般均会被开垦为耕地，泄洪宽度被挤压，均会出现稳定河宽在最小值时也无法满足的情况。对于由于开垦耕地严重占用泄洪宽度的，在堤线布置时根据计算河宽该留足行洪宽度，该征就征，该占就占，保证设计安全。对于村庄或已建堤防等建筑物将河道束窄，无法满足计算泄洪宽度的，应考虑雍水问题，堤高加高。
⑵堤线布置应根据已有岸坎，耕地边缘地埂布置，最大限度减少土方挖填，降低造价；
⑶堤线布置应遵循“藏头裹尾”原则，堤头堤尾要保证安全可靠，防止洪水绕后冲刷，尽量与已建建筑物，旧堤相接，完善防洪体系，保证接头牢固可靠；
⑷堤线在平面上应符合几何美观，直线应与弧线相切，尽量保持顺直，顺应河势变化，减少乖点及弧线段，便于施工。
⑸最大限度减少占地，降低施工难度。
四、堤型选择
堤型选择的原则是因地制宜，根据当地河流岸坡和洪水特性，采用当地常用结构形式。采用当地富有的建筑材料，降低工程造价，采用少占耕地的堤型结构，降低实施难度。随着现代化的治河理念改变，堤防工程应结合生态功能，注重环境改善和环境美化功能，在满足防洪功能的前提下具有美学的结构外表，与周边环境相协调，积极大胆采用新型材料新型结构，提升水利工程的价值。
五、水力计算
水力计算是堤防工程计算的核心内容，是一切设计成果的依据来源，它的计算合理性直接决定堤高和工程造价以及防洪安全性，是工程设计合理性与否及安全性的决定因素，必须予以重视。水力计算是水面线推求的过程，主要计算成果数据是水深和流速，水深是决定堤高的关键数据，流速是决定基础埋深的主要数据，采用合理的方法才能计算出合理的结果。目前规范要求计算采用的公式为能量公式，即确定一个下游水深，采用能量守恒公式依次向上选取断面推算上游水深，逐步推求水面线过程。下面是我总结的水面线推求经验，供大家参考：
⑴能量公式计算要逐断面进行推求，工作量较大，过程繁琐，目前有较多款计算软件，采用软件推求，通过断面建模后，可大大降低工作量，提高效率，同时非常便于编辑和修改，在此向大家推荐由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的水面线计算软件HEC-RAS，它适用于河道稳定和非稳定流一维水力计算,其功能强大,可进行各种涉水建筑物(如桥梁、涵洞、防洪堤、堰、水库、块状阻水建筑物等)的水面线分析计算,同时可生成横断面形态图、流量及水位过程曲线、复式河道三维断面图等各种分析图表,使用起来十分方便简捷。该软件会自动考虑雍水、滩槽过流、无效过流断面，河道平面变化引起的能量损失等因素，计算结果基本满足设计要求。
⑵能力公式推求水面线断面选取很重要，其选取合适与否直接影响计算成果。对于中小河流一般100~200m选取一个计算断面，断面选取河道顺直，河势变化小的渐变流断面上为宜。
⑶中小河流水力计算受边界条件影响较为敏感，为保证计算符合性，应按照工程建成后的断面进行计算。
⑷水力计算受糙率影响大，关于糙率的取值，简便起见，根据水力计算手册和现场河道的特征和植被情况选取确定，一般取值范围为0.35~0.38之间。
⑸水力计算陈果为水深和流速，计算完成后应进行复核，对水面高程与历史洪水痕迹、周边路面、耕地岸坎、村庄等进行比较，确定合理性，对离异较大的水深和流速进行调整，使水面线光滑平顺。
⑹对于不满足泄洪要求的已建桥涵等阻洪建筑物，应考虑上游雍水问题。
⑺在水力计算之前应进行河道深泓线的复核，根据水线高程确定各个断面实际深泓高程，保证基础埋深。
六、堤高确定
堤防工程最终设计成果就是堤高的确定，堤高由水深，基础埋深、超高三要素确定。水深由水力计算确定，基础埋深由冲刷深度计算公式确定，中小河流在计算的冲刷深度加一定的安全深度（一般为0.5m）取整后为基础埋深，计算出的基础埋深应当与邻近区域内已建堤防的基础埋深进行比较，一般来说不能小于已建工程基础埋深。超高由风浪爬高公式和安全超高确定，一般来说中小河流堤防工程计算超高不大于1m，堤高确定需注意一下几点要求:
⑴各个断面堤高确定以后，对堤顶和基础进行调坡，使堤顶和基础平顺；
⑵对于计算堤高相差不大时，为了便于施工，建议将堤高取成等高；
⑶计算出的堤高应与邻近已建堤防、两岸道路、村庄进行比较，如高程相差太大，应进行复核调整，使两者进行拟合。
七、图纸
堤防图纸主要有平布置图、纵断面图、标准横断面图和大断面图，图纸内容比较简单，绘制过程中要求简洁明了，美观大方。对于绘制纵断面图在这里向大家推荐一款国产水利设计CAD辅助软件ZDM，该软件在进行水利工程线性建筑物设计制图时可以大大提高绘图效率，尤其是对于纵断面在导入桩号高程数据后可以一键生成图纸，极大提高出图效率，具体应注意以下细节:
⑴平面布置图应要求简洁，美观，能够突出地形特点和河道特性，标识清楚新建堤线、已建堤线、村庄、耕地、道路等，防护对象和范围明确。标识清楚指北针、村庄名称、河道名称、河流流向及与工程有关的桥涵及水利建筑物，配附工程相关的特性表格、坐标及有针对意义的图纸说明，在图幅满足的情况下，尽量满足河流流向从左至右，从上至下；
⑵线性建筑物纵断面图绘制，在初设和可研阶段横向比例一般采用1:1000，纵向比例根据坡降采用1:100和1:200两种比例。纵断面图一般而言可以采用加长图幅，但由于加长图幅在设计过程中临时出图时不方便，建议将纵断面图断开，采用不加长图。根据1:1000横向比例计算，一张标准A3图幅可绘制300~350m长的堤防纵断面图。
ZDM绘制的纵断面图比较简单，出图后应进行修改，增加地质说明，地质填充，平面特性等内容。
⑶标准横断面图要反应堤防断面结构形式和细节，采用1:50、1:100小比例尺绘制，重点突出堤防细节部位，详细标准尺寸单位；
⑷大断面图主要反应河道断面特性和堤防与保护对象的关系，主要关键点是剖切的河道断面尽量符合实际，突出两岸村庄、耕地、道路、岸坎、河槽等细部特征。一般采用1:100、1:200比例绘制，它是计算工程量的基础，应当选取具有代表性意义断面绘制。
以上就是本人对于中小河流堤防工程的设计工作心得，文章以技术人员的视角出发，起点低，主要突出堤防工程设计工作过程中的实际应用和工作方法，理论知识较少，如有学术上不严谨或错误的地方欢迎批评指正。
