遼河保護(hù)區(qū)河道險(xiǎn)工治理研究

馮新偉，劉瑞霞，李斌，段亮，張曉孟，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)河道險(xiǎn)工治理研究

馮新偉1，劉瑞霞2，李斌2，段亮2，張曉孟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

通過對遼河干流河道險(xiǎn)工全面考察，河道險(xiǎn)工成因分析以及河道演變分析結(jié)果，分別采用馬卡維耶夫法、平灘水位法、造床流量保證率法、主汛期月平均流量法對造床流量進(jìn)行了計(jì)算；根據(jù)歷年主槽平均寬法、經(jīng)驗(yàn)公式法、造床流量下現(xiàn)狀河道水面寬法的計(jì)算，同時(shí)充分考慮各河段河道特點(diǎn)、上下游協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并為河道的演變發(fā)展預(yù)留一定空間，綜合確定了遼河干流各河段整治寬度；分別針對遼河兩岸岸坎-緩坡和陡坡，提出了河道險(xiǎn)工綜合治理技術(shù)，為遼河干流防洪工程體系提供技術(shù)支持。

遼河保護(hù)區(qū)；干流；河道險(xiǎn)工；造床流量；整治寬度；治理技術(shù)

河道險(xiǎn)工治理是河道防洪工程體系的重要組成部分，河道大致可分為順直型、蜿蜒型、游蕩型3種。河道險(xiǎn)工，主要發(fā)生在游蕩型和蜿蜒型河段上[1-2]，其最直接的表現(xiàn)就是堤岸坍塌。坍塌主要有2種類型：1)崩塌，大塊堤岸連頂帶坡塌入水中；2)滑脫，部分堤岸向水內(nèi)發(fā)生滑動。這2類險(xiǎn)情，以崩塌最為嚴(yán)重[3]。險(xiǎn)工治理，其目的是防止河岸坍塌，穩(wěn)定河勢，確保堤岸安全。

遼河干流屬于蜿蜒型多沙河流，洪水條件下河道演變劇烈，河勢擺動頻繁。受歷史原因和經(jīng)濟(jì)條件的限制以及險(xiǎn)工段的自身發(fā)展，現(xiàn)有河道整治工程不配套，河勢未得到有效控制，受歷年洪水的沖刷，很多險(xiǎn)工堤岸已經(jīng)損毀，險(xiǎn)工段未能得到有效的控制；同時(shí)河道的自然演變，河勢的變化，使很多險(xiǎn)工已不能發(fā)揮作用，無法滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對防洪的要求。同時(shí)，河道作為遼河保護(hù)區(qū)開展各項(xiàng)治理與保護(hù)工作的平臺，承載著為遼河保護(hù)區(qū)發(fā)展提供基礎(chǔ)性保障的任務(wù)。由此可見，對遼河流域險(xiǎn)工進(jìn)行治理，盡快建成完善與流域區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的防洪工程體系十分緊迫和必要。

1 河道險(xiǎn)工成因分析

險(xiǎn)工是依水的自然運(yùn)動規(guī)律發(fā)展變化而形成的，只要水在流動，就會產(chǎn)生險(xiǎn)工。一般規(guī)律是有灣就出險(xiǎn)，陡灣發(fā)展快、險(xiǎn)重，緩灣發(fā)展慢、險(xiǎn)輕。形成險(xiǎn)工的主要因素有：1)水溜沖淘，由于水溜的浪坎，堤岸失去了平衡，發(fā)生坍塌現(xiàn)象形成險(xiǎn)工；2)彎道環(huán)流，由于橫向環(huán)流的作用，凸岸呈侵入式淤積，凹岸河岸坍塌逼近大堤形成險(xiǎn)工；3)堤距窄，泄流不暢，堤靠近河道，河水流動沖刷大堤形成險(xiǎn)工；4)河岸土質(zhì)差，抗沖能力低，易傾坍、脫落，在受主流沖刷下，逐漸后退形成險(xiǎn)工；5)人為因素，如河道工程施工質(zhì)量低，過量取土、采沙，破壞護(hù)岸林、護(hù)堤林，傾倒廢渣、淤塞河道等[3-5]。

2 遼河干流險(xiǎn)工險(xiǎn)段基本狀況

遼河干流多為蜿蜒型或游蕩型河道，其主河槽的橫向擺動和縱向沖淤變化不斷發(fā)展，造成河道水流長時(shí)間沖兌淘刷岸灘和堤壩，形成多處險(xiǎn)工，危及防洪及生態(tài)工程安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前共有較大彎道156處，彎道凹岸坍塌退蝕，彎頂逼近大堤，水流沖兌大堤堤腳形成險(xiǎn)工，遼河干流共有險(xiǎn)工114處，險(xiǎn)工長度126.117 km，其中，已治理長度15.923 km，需治理長度110.194 km，都是歷年汛期人力、物力投入最多，極易出險(xiǎn)的薄弱環(huán)節(jié)和河道防洪的隱患，是防洪工作的重點(diǎn)。由于河道險(xiǎn)工險(xiǎn)段未得到有效控制，2010年洪水又新形成13處險(xiǎn)工，造成了較為嚴(yán)重的河道險(xiǎn)情。遼河防洪地位十分重要，河道險(xiǎn)工治理事關(guān)遼河河勢穩(wěn)定和防洪安全，必須統(tǒng)籌全局、統(tǒng)一規(guī)劃，在河道中水治導(dǎo)線的控制和指導(dǎo)下進(jìn)行治理，既要兼顧上下游及左右岸的利益,又要分清主次,遵循因勢利導(dǎo),順乎河流的自然演變規(guī)律。

3 河道險(xiǎn)工治理技術(shù)

在河道整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中，造床流量是計(jì)算河寬及沖刷深度最關(guān)鍵的基礎(chǔ)參數(shù)[6-8]。以河道現(xiàn)行流路為基礎(chǔ)，依據(jù)中水整治、因勢利導(dǎo)、以彎導(dǎo)流的原則繪制治導(dǎo)線，則是河道整治措施中的核心問題，治導(dǎo)線擬定是否合理直接關(guān)系到河道整治的成功與否、效益大小[9-11]。

3.1 造床流量的計(jì)算

根據(jù)河道演變分析結(jié)果，分別采用馬卡維耶夫法、平灘水位法、造床流量保證率法、主汛期月平均流量法進(jìn)行造床流量計(jì)算[12-14]，將各方法的計(jì)算結(jié)果與遼河干流河道的具體情況相結(jié)合，最終選定的各河段造床流量見表1。

表1 遼河干流各河段造床流量結(jié)果

Table 1 The dominant discharges of different river sections in Liaohe River m3s

表1 遼河干流各河段造床流量結(jié)果

河段馬卡維耶夫法平灘水位法保證率法平均流量法采用流量福德店—通江口250140125125～135150通江口—清河口清河口—鐵嶺3503502801060160400135～282135～2822801000鐵嶺—石佛寺550940400282～310950石佛寺—柳河口柳河口—六間房550550620520500500310～350310～350600500六間房—盤山閘650580480338550

3.2 整治寬度的確定

根據(jù)歷年主槽平均寬法、經(jīng)驗(yàn)公式法、造床流量下現(xiàn)狀河道水面寬法[15-16]的計(jì)算結(jié)果，充分考慮各河段河道特點(diǎn)、上下游協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并為河道的演變發(fā)展預(yù)留一定空間，綜合確定遼河干流各河段整治寬度見表2。

表2 遼河干流各河段整治寬度

3.3 治導(dǎo)線的確定

治導(dǎo)線劃定應(yīng)遵循：1)遇有支流匯入應(yīng)斷開，為支流匯入和河口演變預(yù)留足夠空間；2)以現(xiàn)有河勢為基礎(chǔ)，盡量做到平順光滑，遇有險(xiǎn)工、護(hù)岸、橋梁橋墩等現(xiàn)有、規(guī)劃控導(dǎo)工程的河勢發(fā)展已受到限制的河段應(yīng)盡量靠近控導(dǎo)工程；3)治導(dǎo)線平面劃定尤其是彎道段的劃定還應(yīng)充分參考河道歷史演變分析成果，在河勢發(fā)展較為劇烈，并對現(xiàn)有防洪工程或河道內(nèi)的重要保護(hù)對象構(gòu)成威脅，且沒有(包括現(xiàn)有和規(guī)劃的)控導(dǎo)工程的河段，應(yīng)結(jié)合工程方案對河勢予以控制，治導(dǎo)線在現(xiàn)狀岸坎后不宜預(yù)留太多。

3.4 治理工程技術(shù)

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，簡稱緩坡，實(shí)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，該類岸坡長約440 km，占現(xiàn)有規(guī)劃岸坎的41.35%；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)狀基本不具備作物生長條件且目前沒有岸坡防護(hù)工程的，屬于河道險(xiǎn)工，簡稱陡坡或陡坎，實(shí)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，該類岸坡長約624 km，占現(xiàn)有規(guī)劃岸坎的58.65%。

3.4.1 緩坡治理工程技術(shù)

緩坡段治理以植被維護(hù)與恢復(fù)為主。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較差，反之較好。根據(jù)現(xiàn)場查勘并結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，植被覆蓋較好的緩坡段以植被維護(hù)和自然恢復(fù)為主，植被較差的坡段可插種適合當(dāng)?shù)厣L的喜水喬灌木(如白漿柳、紅毛柳等)，利用其根系發(fā)達(dá)、生長迅速的特點(diǎn)固定坡面土壤，進(jìn)而漸次恢復(fù)坡面草本植被。由于坡面植被隨季節(jié)性變化較大，進(jìn)行定性定量劃分較為困難，且治理費(fèi)用也較低，所以其治理工程量和費(fèi)用未納入此項(xiàng)工程建設(shè)中。

3.4.2 陡坡治理工程技術(shù)

陡坡按所處河段河道特點(diǎn)及對兩岸防洪、生態(tài)安全的影響劃分為3種類型：

1)陡坡段為重點(diǎn)彎道段，即對河勢發(fā)展及兩岸防洪安全影響較大的彎道陡坎段(即河道險(xiǎn)段)。根據(jù)2010年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，遼河干流共有114處的彎道陡坎段，總長110.2 km，治理的主要思路是在常水位以上削坡，削出寬1 m的平臺，再以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，回填開挖土應(yīng)以表層土為主，表層土不足時(shí)，以下層土補(bǔ)充。

2)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，治理的主要思路與重點(diǎn)彎道段類似，區(qū)別在于坡面采用生態(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(diǎn)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—盤山閘為1∶2.0。

3)陡坡段為順直段及彎道過渡段，這種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，所以這種陡坡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)。

對于河彎較大、彎道發(fā)展速度較快、主河道直逼大堤、嚴(yán)重威脅兩岸防洪安全的陡坎河彎段可在進(jìn)行仔細(xì)論證后裁彎。裁彎是解決河道防洪安全的捷徑，但也是對河道影響尤其是下游河道影響較大的一種治理型式。由于遼河干流鐵嶺丈溝子及新民藍(lán)旗等河段防洪問題突出，可以在遼河來水來沙條件較為理想，以及各方面條件均較為成熟時(shí)，經(jīng)充分論證后采取適當(dāng)?shù)娜斯げ脧澊胧?，裁彎后仍保留老河道，將新老河道之間區(qū)域建設(shè)成小型濕地。

遼河干流福德店匯合口以上，即東、西遼河，仍存在著范圍較長的陡坎，河道主流距大堤較近，作為遼河干流的上游段，其穩(wěn)定與否直接關(guān)系到下游遼河干流的河勢變化，因此，建議將陡坎治理范圍向匯合口上游延伸，即東遼河左岸(昌圖境內(nèi))延伸岸線長度2 km，西遼河右岸延伸岸線長度2 km，結(jié)合匯合口擬建的宣傳教育基地，包括設(shè)置永久標(biāo)志物，增設(shè)瞭望臺、宣傳欄、停車場等設(shè)施，并依據(jù)其岸線類型進(jìn)行相應(yīng)生態(tài)治理。各市統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 遼河干流河勢穩(wěn)定及河道險(xiǎn)工治理統(tǒng)計(jì)

4 主要工程量的確定

遼河干流岸坡生態(tài)治理規(guī)劃包括遼河干流共涉及鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦4個(gè)市14個(gè)縣(區(qū)、市)，規(guī)劃岸線總長度1 064 km，建設(shè)工程總長度625.6 km，按照不同河道岸坎類型分類進(jìn)行整治，規(guī)劃工程措施工程量及護(hù)岸工程處理形式分別見表4和表5。

表4 遼河干流河勢穩(wěn)定及河道險(xiǎn)工治理分市工程量

表5 護(hù)岸工程處理形式

5 結(jié)語

(1) 通過馬卡維耶夫法、平灘水位法、造床流量保證率法、主汛期月平均流量法對造床流量計(jì)算結(jié)果的綜合分析,并結(jié)合河道本身的特點(diǎn)，提出了遼河保護(hù)區(qū)各河段造床流量值；綜合考慮各河段河道特點(diǎn)、上下游協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時(shí)為河道的演變發(fā)展預(yù)留一定空間，確定了遼河保護(hù)區(qū)各河段整治寬度。

(2)河道險(xiǎn)工千差萬別，治理方法也相應(yīng)靈活多變，根據(jù)險(xiǎn)工的現(xiàn)狀及發(fā)展情況選擇了不同的治理形式；采用適宜的材料，運(yùn)用科學(xué)的施工方法，來解決河道的險(xiǎn)工問題。做到既能維護(hù)河道工程的安全，又能少用材料，節(jié)約資金，使河道險(xiǎn)段治理工程合理、科學(xué)。

(3)通過堤防標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、河道整治，完成重點(diǎn)河段砂堤砂基治理，河道險(xiǎn)工得到有效控制，逐步完善遼河干流防洪工程體系，建成與保護(hù)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的防洪減災(zāi)體系，在發(fā)生常遇洪水和較大洪水時(shí)，將保障遼河干流的防洪安全和社會經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展；在遭遇大洪水和特大洪水時(shí)，將保障保護(hù)區(qū)經(jīng)濟(jì)活動和社會生活不會發(fā)生大的動蕩。

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ResearchontheGovernanceofCriticalLeveeSectioninLiaoheConservationArea

FENG Xin-wei1, LIU Rui-xia2, LI Bin2, DUAN Liang2, ZHANG Xiao-meng2, SONG Yong-hui2

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

Through a thorough investigation and cause analyses on the critical Levee sections of the Liaohe River, and the evolution analysis of the water courses, the Makovieve method, the bankfull level method, the guaranteed rate of dominant discharge method and the main flood season average monthly flow method were used to calculate the river dominant discharge, respectively. The regulation river width was determined based on the calculations using the main channel average width of previous years method, empirical formula method and the water course width under current river dominant discharge method, full considerations of the characteristics of each river section, the coordination of up- and down- streams, as well as leaving space for the evolution of the river. With regard to the both banks gentle or steep bank, a comprehensive governance technology on critical levee section was proposed, which could provide technical supports to the flood control system of Liaohe River.

Liaohe Conservation Area; mainstream; critical levee section; river dominant discharge; regulation width of river; governance technology

1674-991X(2013)06-0498-05

2013-07-16

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(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,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.2013.06.077