遼河保護(hù)區(qū)河道防洪能力提升工程研究

馮新偉，林齊，段亮，宋永會*

1.遼寧水利職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012

遼河保護(hù)區(qū)河道防洪能力提升工程研究

馮新偉1，林齊2，段亮2，宋永會2*

1.遼寧水利職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012

針對遼河河道泥沙淤積嚴(yán)重而導(dǎo)致的河床主槽升高、防洪能力降低以及汛期洪水威脅堤防等問題，提出了河道清淤疏浚綜合整治工程技術(shù)和方案。通過對遼河重點河段清淤范圍的劃定，對柳河口—卡力馬—六間房—盤山閘—曙光橋以及石佛寺壩前—魯家大橋段5個河段的清淤斷面進(jìn)行了設(shè)計，采用設(shè)計橫斷面與現(xiàn)狀橫斷面套繪的方法對清淤量進(jìn)行了核算，河道清淤總長度達(dá)194.79 km，清淤量為6 373.13 萬m3。對遼河干流岸坡生態(tài)治理進(jìn)行了設(shè)計，設(shè)計岸線總長度1 064 km，建設(shè)工程總長度625.6 km，最終達(dá)到遼河河勢穩(wěn)定、消除險工的河道綜合治理的目的。

遼河保護(hù)區(qū);清淤疏浚;綜合整治;斷面設(shè)計

遼河為典型多泥沙河流，年淤積量多達(dá)400萬m3，且具有游蕩型河道特性[1-3]。由于主河道擺動頻繁，外加支流攜帶泥沙的匯入，遼河中下游河道淤積問題尤為嚴(yán)重。該流域西部為黃土丘陵和半沙漠草原地區(qū)，土壤貧瘠且植被覆蓋率低，水土流失較為嚴(yán)重，是造成遼河多沙以及河道淤積的主要原因。遼河的水量來源主要是汛期暴雨洪水，枯水期地表徑流量較少，河道豐枯期水量變化差距大，洪峰所挾帶的大量泥沙導(dǎo)致河道發(fā)生漫灘淤積，造成主槽淤積。另外，遼河中游近40年建設(shè)了大型水庫8座，中小型水庫100多座，汛期攔蓄量達(dá)30億～40億m3，削減洪峰流量改變了河道水量時空分布，降低了河道中水流挾沙能力，雖減輕了河道沖刷，但加劇了河道淤積。

目前，由于河道淤積導(dǎo)致遼河干流河段存在如下主要問題：1)中水河槽尚未得到治理，河道易擺動使河勢變化形成險段；2)泥沙淤積使主槽河底淤高泄流能力下降，造成防洪標(biāo)準(zhǔn)降低；3)部分堤段為砂基砂堤，在高水位時極易出險，堤段存在臨堤串溝，灘地橫比降大，對堤防構(gòu)成較大威脅[4-8]。

1 河道清淤的必要性

遼河流域是振興東北老工業(yè)基地的核心區(qū)域，保證流域內(nèi)的防汛安全，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會具有重要意義。但由于泥沙淤積造成的河床厚度提升，再加上受歷史原因和經(jīng)濟(jì)條件限制，遼河堤防工程質(zhì)量還存在較多問題，老堤中的砂基和砂堤段始終沒有得到徹底治理，存在較大隱患[9-10]。如果這些質(zhì)量問題得不到解決，一旦洪水期遼河洪水沖破套堤逼向大堤，極容易導(dǎo)致堤防沖潰決口，進(jìn)而造成不可估量的洪災(zāi)損失。

以遼河干流六間房—盤山閘段為例，因盤山閘關(guān)閘蓄水使上游超飽和含沙水流在該段流速降低，挾沙能力減小，泥沙在該段淤積較重，易造成“小水出大災(zāi)”的惡果。即使汛期洪峰流量不到五年一遇，但是洪水下泄時由于主槽淤積嚴(yán)重，泄流能力降低，灘地過流占了一半以上，而灘地上的套堤、樹林等又阻礙了洪水下泄，灘地橫比降導(dǎo)致洪水直沖大堤，也易造成洪災(zāi)后果。而盤山閘—曙光橋段為感潮河段，由于上游蓄水易使潮流挾帶的泥沙在此段淤積，加上盤山閘泄流遇上潮水頂托，也使上游下泄泥沙落淤，嚴(yán)重的河床淤積影響盤山閘泄流，抬高后的河床流速降低，進(jìn)一步加劇泥沙落淤，形成惡性循環(huán)。

對遼河主河道進(jìn)行清淤疏浚后，一方面可減輕支流河泥沙對遼河中下游河道的淤積，保持其穩(wěn)定的泄洪能力；另一方面可利用清淤泥沙吹填灘區(qū)洼地、臨堤串溝、淤臨淤背加固堤防，并可結(jié)合遼河下游中水河槽治理，消除險工，穩(wěn)定河勢。因此，對遼河河道實施清淤疏浚是非常必要的。

2 清淤范圍的確定

本著擴大主槽過流斷面利于泄洪渡汛以及消除灘地橫比降的原則，對清淤范圍進(jìn)行確定。通過對遼河干流河勢演變圖進(jìn)行分析，整治線中的河彎形態(tài)參數(shù)的取值以整治段中較平順河彎為依據(jù)。經(jīng)過對設(shè)計河段內(nèi)各彎道的河彎數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計分析，除吳家河彎外，大部分彎道的河彎幅度(Hm)約為大堤堤距的14～13，即500～700 m，河彎跨度(Lm)為800～1 000 m，符合Lm=50Q平0.5的要求，但不滿足人工裁彎的條件，即引河進(jìn)出口交角控制在30°以內(nèi)，裁彎比宜控制在3～7。

根據(jù)整治線設(shè)計因勢利導(dǎo)、重點整治的原則，結(jié)合遼河下游的具體情況，充分利用現(xiàn)有工程及天然節(jié)點因勢利導(dǎo)、合理布置。護(hù)岸、丁壩等工程在確定清淤整治線中起著節(jié)點控制作用[11-15]，是整治線設(shè)計的關(guān)鍵性重點控導(dǎo)工程，這些工程是人工形成的節(jié)點，它們上下呼應(yīng)，左右配合，且符合設(shè)計中總的控導(dǎo)思想。整治線按如下5段劃分：

(1)柳河口(L128)—卡力馬(L108)段

該段屬游蕩性河道，是整治的重點河段，該段河道主流擺動遷徒頻繁，且擺幅較為劇烈。河段由于泥沙淤積嚴(yán)重，洪水猛漲猛落，河床構(gòu)成物質(zhì)松散。根據(jù)河勢演變圖，進(jìn)行河勢分析，通過逐步調(diào)整流路，使之成為穩(wěn)定的微彎河道。

(2)卡力馬(L108) —六間房(L92)段

該段河道為過渡段，主槽整治寬度為250 m，河道小型河彎較多，河彎河道比較穩(wěn)定。整治線的主要控制節(jié)點有卡力馬、三道崗、付家屯等。

(3)六間房(L92)—盤山閘(L51)段

該段河道屬彎曲型河道，河彎河道比較穩(wěn)定，除彎道彎頂下挫以外，歷年河勢變化不大，整治措施主要以控制彎頂?shù)臎_刷下延為主，個別陡彎和畸形彎道在時機成熟時應(yīng)進(jìn)行必要的裁彎。

(4)盤山閘(L51)—曙光橋(L25)段

該段河道大部分為盤錦城市段，河道較為平順，主槽整治寬度250 m。整治線的主要控制節(jié)點有鐵路橋、盤錦橋、油管橋和盤山橋。

(5)石佛寺壩前—魯家大橋段

該段河道為石佛寺庫區(qū)段，河道較為平順，主槽整治寬度250 m。整治線的主要控制節(jié)點是魯家大橋。石佛寺水庫，經(jīng)過幾年來的蓄水運用，已經(jīng)在壩前淤積一定高度，石佛寺水庫修建后，成為河道上的一個節(jié)點，限制了河道主槽的自由擺動，水庫低水位運行后，水位壅高，流速減緩，水流挾沙力下降，河道將淤積抬高，其淤積特點是大洪水以灘地淤積為主，小洪水以主槽淤積為主。

3 清淤工程設(shè)計

3.1 清淤斷面設(shè)計

清淤斷面的設(shè)計，首先要使清淤后的河床相對較穩(wěn)定，河床形態(tài)(設(shè)計水深、 河寬、比降)和來水來沙條件(如流量、含沙量、粒徑等)及河床地質(zhì)條件之間達(dá)到動態(tài)平衡，盡量使河槽不沖刷不淤積；其次，應(yīng)使槽內(nèi)的縱向流速大于清淤前的流速，最好能沿程遞增，以提高輸沙的能力，帶走上游來沙。為了使清淤后河道主流集中，防止出現(xiàn)橫向水流，清淤橫斷面應(yīng)盡量設(shè)計成窄深形狀，以使主槽內(nèi)流量分配及流速最大，從而保證較好的泄流和輸沙能力。各河段清淤縱橫斷面設(shè)計尺寸如表1所示。

表1 各河段清淤縱橫斷面設(shè)計尺寸

3.2 清淤量計算

清淤量的計算采用設(shè)計橫斷面與現(xiàn)狀橫斷面套繪的方法，計算各斷面的清淤面積[16-18]，然后根據(jù)斷面間距計算工程量，其公式為：

V=[(S0+S1)×L0-1+(S1+S2)×L1-2+
…+(Sn-1+Sn)×L(n-1)-n]2

其中，V為清淤體積(清淤量)；S0，S1，S2，…，Sn為各斷面清淤面積；L0-1，L1-2，…，L(n-1)-n為各斷面間距。

在工程量計算中，橫斷面套繪應(yīng)遵循以下原則：1)盡量使清淤量最少；2)河彎處以挖凸岸為主；3)清淤后河道穩(wěn)定性最好；4)清淤后河道回淤量最少；5)統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有取水等工程設(shè)施要求。

本次河道清淤總長度為194.79 km，清淤量為6 373.13 萬m3，具體工程量如表2所示。

表2 各河段清淤量

3.3 排淤場選擇

遼河歷史上修筑堤防多從迎水側(cè)灘地取土，在堤腳形成臨堤串溝，有的串溝沿堤幾百米長，并且一個連著一個，對堤防安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本次清淤排淤場的選擇，首先要本著淤臨固堤的原則，將排淤場設(shè)在堤防迎水坡臨堤灘地上，排出淤沙主要用于吹填臨堤串溝、洼地和取土坑等，以加固堤防；其次，排淤場的位置要避開取水口、排水口、電纜、光纜等穿堤穿河建筑物；第三，為了不影響行洪，保證行洪寬度，排淤場寬度應(yīng)盡量縮窄，遇到主槽靠近堤防的河段，盡量不要布置排淤場；第四，為了降低征地費用，遵循在滿足排淤量的條件下少占地的原則；最后，排淤場選擇結(jié)合挖泥船的性能考慮挖泥船的拋泥距離，考慮施工限制條件，滿足施工要求。

根據(jù)本次設(shè)計河段河道內(nèi)的具體情況，兩岸滿足排淤條件的河段有：左岸沿大堤由L27至L128號斷面之間滿足排淤條件的地段，總長147 345 m；右岸沿大堤由L27至L126號斷面之間滿足排淤條件的地段，總長139 611 m。排淤場所在位置的地貌主要有堤腳串溝、堤腳護(hù)堤林、荒地、水田、旱田等，占地面積左岸9.73 km2、右岸9.27 km2，總計19 km2。

3.4 河道綜合整治

遼河兩岸岸坎可按陡峭程度及植被覆蓋情況大致分為2類：1)現(xiàn)狀坡比較緩，水流兌岸情況不嚴(yán)重，坡面基本有植被覆蓋或經(jīng)簡單整型、覆土即可具備植物生長條件的，本次設(shè)計中簡稱緩坡，實際劃分中大致標(biāo)準(zhǔn)可按柳河口—卡力馬段坡比緩于1∶1.5，其他段緩于1∶1控制，該類岸坡占現(xiàn)有設(shè)計岸坎的41.35%，約440 km；2)現(xiàn)狀坡比較陡，水流兌岸情況嚴(yán)重，水下及水上邊坡現(xiàn)狀基本不具備植物生長條件，且目前沒有岸坡防護(hù)工程的，屬于河道險工，本次設(shè)計中簡稱陡坡或陡坎，實際劃分中大致標(biāo)準(zhǔn)可按柳河口—卡力馬段坡比陡于1∶1.5，其他段陡于1∶1控制，該類岸坡占現(xiàn)有設(shè)計岸坎的58.65%，約624 km。分別針對以上2種岸坡進(jìn)行綜合整治。

緩坡段坡面植被覆蓋情況因岸坎高差、岸坎坡度、坡面土質(zhì)及河槽水位變動幅度不同而略有變化，岸坎高差大、坡度陡峭、坡面土質(zhì)差(粉土、細(xì)沙為主的坡面)、水位變動幅度大的坡面植被覆蓋情況差些，反之則好一些。通過現(xiàn)場查勘及結(jié)合各地特點，對于緩坡段植被較好的應(yīng)以維護(hù)和自然恢復(fù)為主，對于緩坡段植被較差的則采取插種一些適合當(dāng)?shù)厣L的灌木(如白漿柳、紅毛柳等喜水樹種)，利用灌木根系發(fā)達(dá)、生長迅速的特點固定坡面土壤，進(jìn)而漸次恢復(fù)坡面雜草野花等植被。由于坡面植被隨季節(jié)性變化較大，在設(shè)計中進(jìn)行定性定量劃分較為困難，且治理費用也較低，當(dāng)?shù)乜筛鶕?jù)具體情況在日常管理過程中施行。

陡坡按所處河段河道特點及對兩岸防洪和生態(tài)安全的影響劃分為3種類型：第1種，陡坡段為重點彎道段，即對河勢發(fā)展影響較大同時對兩岸防洪安全影響也較大的彎道陡坎段(即河道險段)，據(jù)2010年最新調(diào)查統(tǒng)計遼河干流共有114處總長110.2 km，治理的主要思路是在常水位以上開始進(jìn)行削坡，先削出寬1 m的一個平臺，然后以1∶2.5的邊坡削到坎頂，坡面、平臺、平臺以下(清河口以上為水平10 m，以下為水平13 m)采用耐腐蝕性較好的鉛絲石籠(0.4 m厚)防護(hù)，平臺上壓0.5 m鉛絲石籠壓重穩(wěn)固坡面石籠及水下石籠，坡面石籠上覆0.4 m厚坡面開挖土，回填開挖土以表層土為主，表層土不足時以下層土補充。第2種，陡坡段為一般彎道段，即對河勢發(fā)展及兩岸防洪安全影響不大，但對生態(tài)安全構(gòu)成威脅的彎道陡坎段，遼河干流全段共有該種岸坡83.8 km，治理的主要思路是在常水位以上開始進(jìn)行削坡，先削出寬1 m的一個平臺，然后以一定邊坡削到坎頂，平臺、平臺以下(清河口以上為水平10 m，以下為水平13 m)采用耐腐蝕性較好的鉛絲石籠(0.4 m厚)防護(hù)，平臺上壓0.5 m鉛絲石籠壓重穩(wěn)固平臺及水下石籠，坡面采用生態(tài)防護(hù)(如稻草墊、三維植被網(wǎng)等措施)，由于坡面不設(shè)自重較大的硬性防護(hù)，所以削坡坡度相比重點彎道段可以略陡，具體操作可按清河口以上為1∶1；清河口—柳河口為1∶1.5；柳河口—卡力馬為1∶2.0；卡力馬—六間房為1∶1.5；六間房至盤山閘為1∶2.0。第3種，陡坡段為順直段及彎道過渡段，由于河道演變速度相對較慢且其演變對防洪及生態(tài)安全影響也較小，遼河干流全段共有該種岸坡430.0 km，治理的主要思路與一般彎道段較為類似，區(qū)別在于坡面以自然恢復(fù)為主，不采取工程措施防護(hù)。

4 結(jié)論

(1)通過對遼河流域河道清淤疏浚，可緩解由于泥沙淤積而提升河床，進(jìn)而導(dǎo)致汛期洪水對堤岸的沖擊問題?？偳逵倭繛? 373.13萬m3，排淤堆放場土方2 525萬m3，混凝土工程4 480 m3，鋼筋制作安裝448 t，泄水鋼管25 200 m。工程的實施將有力提升遼河干流的防洪能力。

(2)遼河干流岸坡生態(tài)治理設(shè)計包括遼河干流共涉及鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦4個市14個縣(區(qū)、市)，設(shè)計岸線總長度1 064 km，建設(shè)工程總長度625.6 km。最終達(dá)到河勢穩(wěn)定、消除險工的河道綜合治理的目的。

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ResearchonFloodControlCapacityImprovementEngineeringforLiaoheConservationArea

FENG Xin-wei1, LIN Qi2, DUAN Liang2, SONG Yong-hui2

1.Liaoning Water Conservancy Vocational College, Shenyang 110122, China 2.Department of Urban Water Environment Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Against the problems of siltation caused Liaohe River main channel rising, flood control ability decreasing, and flood threat to embankments during flood season, a river dredging engineering and comprehensive treatment program was proposed. The dredging scope of critical river in Liaohe was designated, five dredging sections of Liuhe-Kalima-Liujianfang-Panshan Dike-Shuguang Bridge and Shifosi Dam-Lujia Bridge were designed, and the dredging quantity was calculated and verified by overlapping the designed and the present sections. The total dredging length is 194.79 km, and the dredging quantity is 63.7×106m3. Furthermore, the ecological management to the embankments of Liaohe River was designed, which covers a shoreline length of 1 064 km, and an engineering length of 625.6 km. As a result, a comprehensive target was achieved by stabilizing the river and eliminating the critical risk levee sections.

Liaohe Conservation Area; dredging; comprehensive improvement; section design

1674-991X(2013)06-0493-05

2013-07-16

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07202-004,2012ZX07202-005)；遼寧省遼河保護(hù)區(qū)治理與保護(hù)“十二五”規(guī)劃研究(201010261)

馮新偉(1956—)，男，副教授，主要從事水利工程研究，fxw001@163.com

*通訊作者:宋永會(1967—)，男，研究員，博士，主要從事水污染防治技術(shù)研究，songyh@creas.org.cn

X321

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.076