小清河復航工程設計要點綜述

張 錚

（山東海洋集團有限公司，山東 濟南 250002）

引言

小清河地處山東省腹地，發(fā)源于山東省濟南市，途徑五市十八縣（區(qū)），在羊口以東注入渤海萊州灣，全長237 km，流域面積約1.5萬平方千米，是一條具有泄洪、排澇、灌溉、供水、航運等多功能綜合利用的河道。近年來，國家對內(nèi)河水運發(fā)展十分重視，《山東省內(nèi)河航道與港口布局規(guī)劃》中將小清河作為我省內(nèi)河“一縱三橫”水運主通道之一。隨后，山東省政府批復了《小清河流域生態(tài)環(huán)境綜合治理規(guī)劃方案》，計劃將小清河打造成一條集防洪、生態(tài)、航運、景觀旅游、文化于一體的黃金水道。

1 復航工程的建設必要性

小清河橫跨濟南、濱州、淄博、東營、濰坊五市，溝通“黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)”“山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)”兩大戰(zhàn)略區(qū)和省會城市群經(jīng)濟圈，是全省政治、經(jīng)濟、科技、文化發(fā)展的重要地區(qū)，在全省國民經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位。流域地區(qū)經(jīng)濟增速大大高于全省平均水平，是我省經(jīng)濟發(fā)展最具活力、潛力的地區(qū)。為促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，小清河沿線各市均加大了招商引資力度，便利的運輸條件是吸引投資的基礎，但小清河現(xiàn)有條件難以滿足沿線相關企業(yè)及區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。

清河復航工程的建設是《小清河流域生態(tài)環(huán)境綜合治理規(guī)劃方案》的重要組成部分，復航工程的建設可以顯著地改善流域內(nèi)的交通運輸結構和生態(tài)環(huán)境，大大減輕區(qū)域內(nèi)公路、鐵路運輸壓力，減少CO2排放量，降低能耗，節(jié)約土地。

小清河的復航可以在省內(nèi)構建起一條運量大、投資省、運輸成本低、占地少、污染小的水上運輸黃金通道，滿足沿線大宗貨物運輸需求，大大減輕區(qū)域交通運輸壓力，發(fā)揮各種運輸方式的比較優(yōu)勢和組合效益，有利于優(yōu)化交通運輸結構，轉(zhuǎn)變交通發(fā)展方式，降低社會綜合物流成本，促進山東省現(xiàn)代綜合運輸體系的建立和完善。

2 通航標準的確定

航道建設標準的確定主要取決于兩個方面：一是根據(jù)腹地經(jīng)濟發(fā)展對交通運輸?shù)囊?，即根?jù)貨運量、船型及運輸船隊等方面的因素來確定；二是根據(jù)河道的自然條件、航道現(xiàn)狀和航道水源、水量的大小，通過整治工程可達到的航道尺度。

小清河沿線工業(yè)企業(yè)發(fā)展迅速，適合水路運輸?shù)奈镔Y增長迅速，預計到2030年通過水路運輸?shù)呢浳锪繉⑦_到4 020萬噸。根據(jù)實地調(diào)查及相關調(diào)研資料，小清河自1966年渠化整治后，由于水利部門的維護，河道現(xiàn)狀基本保持不變，通過對航道進行拓寬浚深可以達到Ⅲ級航道標準，另外根據(jù)《小清河干流綜合治理工程可行性研究報告》，綜合治理后小清河全線洪水設防標準不低于50 a一遇，重要交通設施將不受洪水威脅；沿線共有5級樞紐、36座跨河橋梁、37道輸水輸油管線及11道倒虹吸等跨河建筑物需通過改擴建或拆除新建等工程措施來達到Ⅲ級航道要求。

綜合對運輸需求及航道現(xiàn)狀等因素的分析，考慮小清河復航工程的技術可行性和經(jīng)濟合理性，并與現(xiàn)行《山東省內(nèi)河航道與港口布局規(guī)劃》（2012年4月）相符合，確定小清河復航工程為內(nèi)河Ⅲ級航道。

3 復航工程起終點的選擇

小清河航道規(guī)劃起點為濟南濟青高速公路橋下，而濟青高速橋至主城港區(qū)區(qū)段內(nèi)有青銀高速公路橋、遙墻大橋、機場高速公路橋等多座橋梁跨過小清河，并且這段航道曲折、彎道較多，橋梁和航道改造極為困難，工程投資較大，且通航里程增加不多。綜合考慮小清河濟南段沿線港口布局規(guī)劃及濟南市城市總體規(guī)劃情況，復航起點確定為濟南市荷花路跨小清河橋下200 m處（遷建柴莊節(jié)制閘處），終點為壽光羊口港，擬建航道全長169.2 km。

4 設計通航水位的確定

小清河濟南復航起點至王道閘段為受徑流影響明顯的內(nèi)河航道，王道閘至羊口段為受潮汐影響明顯的感潮段航道，設計通航水位要分段分情況進行分析。

4.1 設計最高通航水位

4.1.1 金家堰至王道閘段

小清河濟南至王道閘段航道為受徑流影響明顯的內(nèi)河航道，為經(jīng)渠化的人工運河，適用于《內(nèi)河通航標準》（GBJ0139—2014）中第6.3.1條關于設閘運河的規(guī)定。綜合考慮小清河行洪、排澇的主要功能和河道、灘地高程等因素，本段航道設計最高通航水位采用5 a一遇除澇水位。

4.1.2 王道閘至羊口港段

王道閘至羊口港河段同時受到徑流和潮流的作用，所以在計算該河段的設計最高通航水位時，需綜合考慮洪水位和潮位的影響。

小清河流域?qū)冱S河沖積平原地貌單元，該處風暴潮屬溫帶風暴潮，具有明顯的季節(jié)性變化，冬半年發(fā)生的次數(shù)遠多于夏半年，尤其秋冬及冬春交替時節(jié)發(fā)生最為頻繁。潮洪相遇時歷時很短，發(fā)生最大洪水洪峰時與風暴潮相遇的概率很小，而且發(fā)生洪水以及風暴潮期間小清河處于停航狀態(tài)，因此本段航道設計最高通航水位取值，王道閘閘下取5 a一遇除澇水位4.27 m，羊口港處設計最高通航水位取高潮累積頻率為5%的潮位2.71 m（剔除風暴潮影響因素）。

4.2 設計最低通航水位

根據(jù)本航道梯級方案以及各梯級特征水位，考慮渠化河段采用設計最低水位銜接和上下游渠段水位的合理銜接的原則，綜合河道底高程、灘地高程、正常擋水位、航道開挖工程量以及對沿線水利設施的影響等因素分段確定本段航道的最低通航水位。

4.2.1 金家堰至王道閘段

本段航道內(nèi)有兩個梯級，分別為金家橋船閘和王道船閘，其中金家堰至金家橋區(qū)間段內(nèi)設有岔河水文站。根據(jù)岔河水文站1983—2010年水位資料繪制日平均水位綜合歷時曲線，見圖1。根據(jù)曲線，求得綜合歷時保證率為98%的低水位為3.68 m。根據(jù)規(guī)范相應要求，金家堰至金家橋區(qū)間段內(nèi)最低通航水位確定為3.7 m。

圖1 岔河水文站日平均水位綜合歷時曲線

小清河金家橋至王道閘段河底比降較緩，原來通航期間未建設王道節(jié)制閘。1998年建設的王道節(jié)制閘正常擋水位為4.0 m，閘上灘地高程3.8～4.4 m，設計最低通航水位水位應低于灘地高程和節(jié)制閘正常擋水位，綜合考慮通航保證率、兩岸農(nóng)田排澇和防鹽堿化要求以及航道開挖工程量，金家橋至王道閘段最低通航水位也取為3.7 m。

4.2.2 王道閘至羊口港段

王道閘至羊口港區(qū)間段受潮汐影響明顯，根據(jù)相應規(guī)范要求，受潮汐影響明顯的河段，設計最低通航水位應采用低潮累積頻率為90%的潮位。根據(jù)羊角溝水文站水位資料繪制低潮水位綜合歷時曲線，確定該區(qū)間段設計最低通航水位為-0.9 m。

5 復航工程水資源論證

航運本身不消耗水量，但需要河道有一定的水量和水深，以保證船只能正常通航。小清河復航工程水資源論證是在區(qū)域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀和綜合規(guī)劃的基礎上，根據(jù)取水地點、水工程開發(fā)地點水源的保障程度，兼顧其他用水戶和生態(tài)環(huán)境的保護，為建設項目提供可靠的供水水源。

5.1 水資源概況

小清河流域水系復雜，支流眾多，一級支流46條，支流多系山洪河道，比降上陡下緩，暴雨期僅一條支流洪水流量就將給干流造成較大的洪水壓力。全流域河網(wǎng)密度為0.266 km/km2，流域完整系數(shù)為0.290。本流域各河流，除干流常年有水外，各支流均為季節(jié)性河流。小清河干流主要由降雨徑流、地下水和城市排水補給。小清河系季節(jié)性河道，徑流主要來源是汛期降水，6～9月份的河道流量約占全年徑流量的80%～90%。

小清河流域工業(yè)發(fā)達，主要分布在膠濟鐵路沿線，濟南、淄博等沿小清河分布的城市污水除回用部分外，大都排入小清河，因此小清河干流水環(huán)境污染較重，南部山區(qū)工業(yè)較少，水庫、河流的水質(zhì)較好。

5.2 來水量分析

小清河復航河段共有唐劉莊、金家閘、岔河、石村4個水文站，其中岔河水文站位于金家堰閘閘以下3 km，控制流域面積5 114 km2。岔河水文站于1968年設站觀測，1971—1982年遷至金家閘觀測，1982年又遷回岔河水文站原址。在計算岔河水文站歷年來水量時，將金家閘站的來水量按面積比法計算到對岔河水文站，形成岔河水文站1968—2010年歷年來水量系列。對岔河水文站1968—2010年年降水量和年來水量系列進行頻率分析，理論曲線采用P-III型曲線，經(jīng)適線，求得不同頻率的年降水量和年來水量，見表1。

表1 不同頻率的年降水量和年來水量

小清河復航河段的最小通航流量，采用水文站實測資料分析綜合歷時保證率95%、98%的流量，作為小清河通航河段的最小通航流量。將岔河水文站的2003—2013年逐日平均流量按最大和最小的差值分級，將特征值分為若干級，統(tǒng)計每個分級中特征值的出現(xiàn)次數(shù)。由高到低逐級累計出現(xiàn)次數(shù)，進行各級別的保證率（累積頻率）的計算，繪制日平均流量的歷時曲線，見圖2。經(jīng)分析小清河岔河水文站設計綜合歷時保證率98%的日平均流量為5.04 m3/s。

圖2 日平均流量的歷時曲線

結合其他水文站分析結果，小清河本流域來水量在綜合歷時保證率95%、98%時的最小流量可以滿足的水牛韓船閘、金家堰船閘、金家橋船閘、王道船閘的下泄水量的要求。

5.3 補水水源分析

5.3.1 本流域徑流補水

小清河沿線有白云湖、芽莊湖等五大蓄滯洪區(qū)，攔蓄汛期尾水，在小清河干流枯水時向小清河補水，非汛期可給小清河補水規(guī)模約4.5 m3/s。但遇枯水年，小清河的來水量較少，攔蓄效益不明顯，小清河岔河站多年平均來水量5.647億立方米，頻率80%的年來水量為2.659億立方米，為多年平均來水量的47%，因此遇枯水年可攔蓄水量較少，補水可靠性較差。

5.3.2 城市中水補水

濟南市污水和沿線淄博市的排污水一直通過小清河排泄，中水是小清河枯季來水重要水源，該水量已包括在實測來水量中。

5.3.3 客水補水

玉符河補水方案，是在玉符河下游新建橡膠壩一座，庫容910萬立方米，根據(jù)玉符河來水量分析計算結果，在豐水年和平水年可進行補水，遇枯水年則難以補水，玉符河與小清河為相鄰流域，豐枯規(guī)律基本一致，因此，玉符河補水遇枯水年則可靠性較差。

利用引黃河水補水。由于黃河與小清河的豐枯規(guī)律不同步，補水方案源頭補水5 m3/s的工程措施正在實施，部分工程已經(jīng)完成，遇枯水年補水的可靠性較高。

利用東平湖補水。當水庫引水控制水位為40.0 m、供水規(guī)模為5.0 m3/s，供水保證率可以達到71.16%，在豐水年和平水年可進行補水，遇枯水年則補水保證率不高。

從補水方案可靠性分析，小清河引客水補水的方案可靠性較高，小清河上游補水規(guī)模按5.0 m3/s考慮是可行的。

5.4 取水影響分析

本航道航運不消耗水量，航道正常運行期間，需要航道有一定的水深，船只過船閘時船閘運行需要下泄部分水量，2020年單個船閘年最大下泄水量為5 474萬立方米，以此推測2030年單個船閘年最大下泄水量為9 982萬立方米，此水量下游可繼續(xù)利用。

枯季徑流主要靠城市中水、地下泉水及灌溉尾水補給，城市中水主要是小清河沿線濟南、淄博、濱州等城市經(jīng)處理后的生活污水、工業(yè)用水等。目前小清河流域內(nèi)共有24座城鎮(zhèn)污水處理廠，污水處理規(guī)模為174萬噸/d，其中僅位于小清河中上游的濟南、淄博兩市污水處理能力就達到141萬噸/d，2010年兩市實際處理污水45 489萬噸，折合流量14.6 m3/s。由于城市污水主要來源于生活污水和工業(yè)用水，故排水量年內(nèi)分配比較均勻，且大部分中水均排入小清河。而小清河航運用水最多只需要5.02 m3/s的流量。因此，小清河航道來水量遠遠大于航運用水量，能夠滿足規(guī)劃水平年的的航運用水，復航工程對區(qū)域水資源影響較小。

6 結語

小清河復航順應國家經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)型的趨勢，完全符合“低碳經(jīng)濟”“綠色經(jīng)濟”可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于節(jié)約能源、土地、改善生態(tài)環(huán)境都將起到積極作用。在“藍黃”兩大國家戰(zhàn)略和省會城市群經(jīng)濟圈建設的號召下，小清河復航工程必將優(yōu)化山東省內(nèi)交通運輸結構、轉(zhuǎn)變交通發(fā)展方式、完善綜合交通運輸體系，帶動周邊地區(qū)經(jīng)濟健康發(fā)展。