遼河干流大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程改造

陳海山

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧沈陽110003）

遼河干流大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程改造

陳海山

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧沈陽110003）

近幾年來，遼河流域持續(xù)性干旱，加上遼河上游水質(zhì)污染嚴(yán)重，危害到流域十分脆弱的生態(tài)環(huán)境。大張生態(tài)抗旱臨時蓄水改造工程是在遼河干流河道干旱缺水條件下進(jìn)行生態(tài)建設(shè)的一種探索和嘗試。文章介紹遼河干流大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程概況和橡膠壩、鋼壩閘、生態(tài)護(hù)坡及濕地的設(shè)計(jì)，以期為今后河道生態(tài)建設(shè)進(jìn)一步完善提供參考。

遼河干流；橡膠壩；生態(tài)蓄水；改造

1 工程概況

遼河大張橡膠壩位于遼寧省臺安縣近郊，遼河干流中下部，北臨遼河大張大橋。近年來，伴隨著對遼河沿線綜合生態(tài)治理的逐步深入，作為遼寧省打造三帶（生態(tài)帶、旅游帶、城鎮(zhèn)帶）的重要試點(diǎn)，對大張大橋橋區(qū)上下游范圍內(nèi)大堤間的土地進(jìn)行全面封育。2011年，遼河大張橡膠壩即大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程建成后，在其上下游沿線相繼實(shí)施了多項(xiàng)生態(tài)濕地治理工程。大張橡膠壩地區(qū)作為整個景觀生態(tài)濕地的核心節(jié)點(diǎn)，其濕地規(guī)模也應(yīng)相應(yīng)增大，以更加充分地發(fā)揮生態(tài)濕地改變水環(huán)境的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)改善的持久性。

遼河干流河道生態(tài)抗旱工程以水土保持、水資源及河道水生態(tài)環(huán)境保護(hù)為主，同時形成人工水面，兼有美化環(huán)境、改善自然景觀等功能。臺安大張橡膠壩是遼河干流河道生態(tài)工程的一部分，是一座生態(tài)抗旱臨時蓄水工程。橡膠壩總長91.00 m，設(shè)計(jì)擋水位6.85 m，橡膠壩壩高2.50 m，壩底板頂高程4.35 m。橡膠壩由兩跨橡膠壩組成，單跨壩長均為45.00 m，中墩厚1.00 m。橡膠壩管理控制房位于壩址左岸，建筑面積250 m2，交通通過左岸堤防與外界聯(lián)系。

2 工程建設(shè)的必要性

在近幾年遼河大規(guī)模建設(shè)中，2011年修建了12座生態(tài)抗旱臨時蓄水工程，2012年修建了4座生態(tài)蓄水工程，這對解決遼河水污染問題都起到了至關(guān)重要的作用。但是，由于工程建設(shè)期間受到了工程占地的影響，因此建設(shè)規(guī)模受限，只能在河道主槽內(nèi)建設(shè)。

由于2012年遼河保護(hù)區(qū)管理局已經(jīng)將1050線以內(nèi)的土地全部收回，生態(tài)蓄水工程不再受占地影響。生態(tài)蓄水工程通過對主槽兩側(cè)灘地進(jìn)行降灘，將河道內(nèi)的水引到灘地上來，形成的人工濕地建設(shè)規(guī)模更大，蓄水量更大，對生態(tài)水環(huán)境的改善更為明顯。為更好地發(fā)揮大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程生態(tài)蓄水、護(hù)岸減淤、防風(fēng)固沙、凈化水體的作用，急需將遼河干流里的水引到灘地上來，擴(kuò)大現(xiàn)有濕地面積，增加濕地的蓄水量，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善的持久性。因此，對大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程改造是十分必要的。

3 主要建設(shè)任務(wù)

改造工程最終目的是擴(kuò)大濕地面積，發(fā)揮濕地凈化水質(zhì)的作用，改善生態(tài)環(huán)境。大張橡膠壩地區(qū)主河槽左岸現(xiàn)狀灘地地勢較高，不適合建設(shè)人工濕地。右岸地勢相對較低，可以通過對現(xiàn)狀右岸套堤與管理路之間的灘地降灘的方式，在右岸灘地上開挖適量的坑塘和溝渠，將遼河水引入坑塘形成陸上濕地，坑塘內(nèi)種植香蒲、千屈菜等水生植物，形成坑塘濕地鏈，坑塘底高程控制在橡膠壩正常蓄水位以下，在橡膠壩正常蓄水的情況下，遼河干流的水自然流入濕地，通過濕地減緩了水的流速，有利于水中污染物的沉淀；另外在濕地內(nèi)種植水生植物，水生植物將充分起到吸附作用，在很大程度上起到改善水質(zhì)的作用。

大張地區(qū)濕地面積的擴(kuò)建，首先需要現(xiàn)狀橡膠壩在非汛期長時間處在擋水狀態(tài)，提供穩(wěn)定的蓄水位，進(jìn)而為濕地提供充足的水源。目前大張橡膠壩下游為河道的彎道，壩址處橡膠壩的寬度小于河道的平均主槽的寬度；通過橡膠壩近2年的實(shí)際運(yùn)行情況來看，在非汛期橡膠壩塌壩的次數(shù)過于頻繁，不能一直提供穩(wěn)定的水位，不能滿足對濕地的長時間供水，又縮短了橡膠壩壩袋使用年限，主要原因是橡膠壩自身調(diào)節(jié)能力有限。因此需要解決現(xiàn)狀橡膠壩的兩點(diǎn)問題：一是增加橡膠壩的調(diào)節(jié)能力；二是增加橡膠壩的寬度。

橡膠壩調(diào)節(jié)問題，可以通過調(diào)節(jié)閘來解決，調(diào)節(jié)閘的形式通過方案比較，結(jié)合遼河已建工程的經(jīng)驗(yàn)和大張地區(qū)今后發(fā)展方向，確定調(diào)節(jié)閘采用鋼壩閘形式。增加15 m鋼壩閘后調(diào)節(jié)能力提高為195.2 m3/s，為引水上灘提供了必要條件。橡膠壩的寬度考慮對稱原則，確定增加一孔45 m的橡膠壩，擴(kuò)建后建筑物總寬度為173.6 m。

4 臨時蓄水工程改造

4.1 橡膠壩設(shè)計(jì)

4.1.1 壩袋充脹介質(zhì)選擇

橡膠壩壩袋充脹介質(zhì)的選擇應(yīng)綜合考慮壩區(qū)自然條件，遵循管理運(yùn)用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。根據(jù)遼寧省內(nèi)橡膠壩設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)查，充水橡膠壩明顯多于充氣橡膠壩，多數(shù)設(shè)計(jì)考慮壩袋氣密性及壩袋過水穩(wěn)定性而選用充水壩，少數(shù)考慮冬季蓄水需求選用充氣壩，但通過充水壩冬季運(yùn)行情況來看，冬季適當(dāng)降低內(nèi)壓完全可以擋水運(yùn)行。因此，工程初擬橡膠壩壩型為充水式，其優(yōu)點(diǎn)：

1）充水式橡膠壩最顯著的特點(diǎn)是適用于低水頭大跨度的攔河工程；操作靈活，有效壩高易于控制；汛期可快速放空壩袋，不影響河道行洪；

2）充水式橡膠壩在壩頂溢流時性能比較穩(wěn)定，過水均勻，對下游沖刷??；

3）充水式橡膠氣密性要求較低，可以降低施工難度，提高運(yùn)行的可靠性；

4）充水式橡膠壩具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、造價低、節(jié)省三材和抗震性能好的特點(diǎn)。

4.1.2 底板高程、壩高及壩袋長度

1）底板高程?？紤]遼河多泥沙的河流特性，為最大限度地滿足泄洪要求，減少建壩后對河道的淤積影響，保證洪水安全下泄，壩底板頂高程采用現(xiàn)狀河道平均高程，并維持河道自然比降不變，利于行洪和排沙。另外考慮到與原有橡膠壩的結(jié)合，確定橡膠壩底板頂高程和原有橡膠壩底板高度一致為4.35 m。

2）壩高。為確保橋梁上下游形成人工水面，且保證蓄水位不高于現(xiàn)狀兩側(cè)灘面，壩高與原有橡膠壩工程一致為2.5 m。

3）壩袋長度。根據(jù)主槽地形，為滿足坍壩時河道設(shè)計(jì)行洪要求，并且避免加大開挖或回填，考慮到與原有橡膠壩更好地結(jié)合，景觀效果等方面，壩長度確定為45 m。

4.1.3 壩袋設(shè)計(jì)

橡膠壩1跨：壩高2.50 m，跨長45.00 m，端部為堵頭式。壩袋計(jì)算應(yīng)考慮兩種運(yùn)行情況：

1）竣工期充水試驗(yàn)：壩袋安裝后，上下游無水，壩袋逐漸充脹至設(shè)計(jì)高度，以檢查錨固及壩體的密封性。

2）正常運(yùn)用：壩前擋水達(dá)到設(shè)計(jì)高度，壩后無水或部分有水。

上述兩種情況中，以第二種情況為壩袋計(jì)算的控制條件。壩袋計(jì)算關(guān)鍵在于選擇合適的內(nèi)壓比，以充分利用壩袋膠布的強(qiáng)度，并盡可能使壩袋面積減少，降低工程造價，計(jì)算壩袋的特征數(shù)值如表1所示。

表1 壩袋計(jì)算表

壩袋徑向強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：T為壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度，kN/m；γ為水的容重，kN/m3；為內(nèi)壓比；為設(shè)計(jì)壩高，2.5 m。

根據(jù)SL227-98《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》，壩袋膠布技術(shù)規(guī)格選用JBD2.5-140-2，其經(jīng)/緯強(qiáng)度為280/140 kN/m。考慮遼河多泥沙特性，壩袋采用兩布三膠，厚度為8 mm。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并結(jié)合遼寧省內(nèi)已建相同高度橡膠壩內(nèi)壓比選擇，且為便于管理控制，選定橡膠壩內(nèi)外壓比a=1.40，安全系數(shù)為9.95，大于規(guī)范要求的6.00，結(jié)構(gòu)安全可靠。

4.2 鋼壩閘設(shè)計(jì)

改造工程修建1孔15 m寬的鋼壩閘，其主要作用一是用鋼壩閘對橡膠壩過流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，二是起到?jīng)_砂閘的作用。通過鋼壩閘的調(diào)節(jié)可以保證橡膠壩頂溢流水深不超過0.3 m，既減少了橡膠壩塌壩的次數(shù)，延長了橡膠壩使用年限，還保證了上游庫區(qū)生態(tài)蓄水量。

鋼壩閘結(jié)構(gòu)主要由上游護(hù)底、防滲鋪蓋、橡膠壩底板、消力池、海漫、下游防沖槽及兩岸翼墻、控制泵房及水源井等組成。上游護(hù)底由4 m水平雙絞格網(wǎng)石籠及10 m斜坡埋入式雙絞格網(wǎng)石籠組成，上游護(hù)底頂高程4.35 m，埋入式石籠潛入深度2 m，石籠均厚0.4 m；防滲鋪蓋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.4 m，底板頂高程為4.35 m，順?biāo)鞣较蜷L6 m；橡膠壩底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.8 m，底板頂高程為4.35 m，中墩頂高程8.35 m，底板順?biāo)鞣较蜷L9 m；下接鋼筋混凝土消力池順?biāo)鞣较蜷L12.5 m，消力池底板頂高程3.65 m，厚0.6 m，與底板采用1∶4斜坡銜接；海漫采用雙絞格網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L30 m，石籠厚0.5 m；下游防沖槽為拋石結(jié)構(gòu)，總長16.5 m，深3 m，底寬1.5 m，上下游邊坡坡比均為1.0∶2.5。

4.3 生態(tài)護(hù)坡工程

4.3.1 岸坡設(shè)計(jì)

工程護(hù)岸長度為上下游各200 m。岸坡護(hù)面的主要作用：一是防止沖刷；二是防止淘刷；三是防止光照老化。設(shè)計(jì)邊坡1∶2，濾層為400 g/m2無紡布，無紡布上壓0.3 m厚雙絞格網(wǎng)石籠生態(tài)護(hù)坡。生態(tài)護(hù)岸尺寸為5 m×2 m，內(nèi)裝塊石直徑25～30 cm。橡膠壩上、下游做岸坡,防護(hù)長度均為200 m，采用0.3 m厚雙絞格網(wǎng)石籠護(hù)坡，格賓網(wǎng)箱護(hù)腳，護(hù)腳斷面尺寸為1 m×1 m。

為使護(hù)岸與灘面銜接良好，并阻止灘面雨水或河水入侵，防止坡面遭到破壞，護(hù)岸石籠在護(hù)頂高程處向外延長，延長的米數(shù)按盡量穩(wěn)定邊坡，減少挖方與工程量的原則，結(jié)合確定的治導(dǎo)線與實(shí)際地形決定，岸上水平段長為2 m。岸坡防護(hù)頂端與現(xiàn)狀地面高程自然連接。護(hù)腳采用1 m×1 m格賓石籠和10 m長的雙絞格網(wǎng)石籠進(jìn)行錨固。

4.3.2 護(hù)面厚度設(shè)計(jì)

根據(jù)GB50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，在波浪作用下，斜坡堤干砌石護(hù)坡的護(hù)面厚度t（m）可按下式計(jì)算：

式中：K1為系數(shù)，干砌石取0.266；rb為塊石的重度，kN/m3；取27 kN/m3；r為水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；H為計(jì)算波高，當(dāng)d/L大于等于0.125時，取H4%；當(dāng)d/L小于0.125時，取H13%；d為堤前水深，m。L

風(fēng)浪計(jì)算采用GB50286-98附錄C中C.1.2-1及C.1.2-2：

4.3.3 護(hù)岸頂部處理

護(hù)岸頂部處理主要有布排錨固、岸頂處理、岸頂防沖。根據(jù)近幾年遼寧地區(qū)險工護(hù)岸的經(jīng)驗(yàn)，在水上部分生態(tài)護(hù)岸的頂端，為使護(hù)岸與灘面銜接良好，以防止在洪水期（超過造床流量）形成后部淘刷，并阻止灘面雨水或河水入侵，防止坡面遭到破壞，將石籠向外延長2.0 m。

4.3.4 護(hù)岸上下游石籠錨固

在石籠護(hù)岸的最上游和最下游，也就是護(hù)岸的起始點(diǎn)位置，為防止上游水流頂沖淘刷和下游水流回流影響，垂直于水流方向，沿生態(tài)護(hù)岸邊緣開挖一個0.5 m×0.8 m的溝槽，把無紡布壓入槽內(nèi)，然后雙絞格網(wǎng)砌筑。

4.4 濕地設(shè)計(jì)

大張橡膠壩改造以后，在右岸管理路與套堤間灘地上開挖適量的溝渠和坑塘，通過已建明渠將遼河水引入坑塘形成陸上濕地，種植以香蒲、千屈菜水生植物，形成坑塘濕地，新建濕地設(shè)計(jì)坑塘底高程為6.35 m，水深為0.3～0.5 m。另外在水生濕地中修建550 m木棧道。工程改造后將在大張橡膠壩右岸形成200 hm2景觀生態(tài)濕地，結(jié)合已建66.67 hm2濕地，濕地總面積為266.67 hm2。

5 結(jié)語

遼河干流大張生態(tài)抗旱臨時蓄水工程改造并投入運(yùn)行后，將使遼河兩岸的生態(tài)環(huán)境大為改觀，呈現(xiàn)人與自然和諧的新氣象，提高人民的生活質(zhì)量，推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益顯著。

［1］趙洪洋.遼河干流雙安橋生態(tài)抗旱臨時蓄水橡膠壩工程設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（10）：92-95.

［2］黃武林.遼河干流鐵嶺以上段橡膠壩與灘地生態(tài)需水工程設(shè)計(jì)［J］.廣西水利水電，2012（2）：37-39.

［3］褚曉偉.文峪河橡膠壩蓄水工程設(shè)計(jì)方案［J］.山西建筑，2012（28）：237-238.

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2016-03-21