大凌河(佟沙河河口段)綜合治理工程設(shè)計綜述

隋吉慶

(沈陽順源德工程咨詢有限公司，沈陽 110000)

1 河流概況

佟沙河發(fā)源于義縣王家溝村，流經(jīng)李家溝村、單家溝村、八里鋪村、后五里屯村至西關(guān)村匯入大凌河。佟沙河河長8.3km，上游集雨面積18.9km2，平均比降14.87‰，佟沙河大部分時間無水，其來流量隨著河道上游降雨量不同而有很大變化，河口處濕地及植物生長的主要水源依靠大凌河干流滲水和干流下游橡膠壩運行時造成的水流回溯來提供。

綜合治理工程以佟沙河入河口上游1km處為起點(對應(yīng)0+000樁號)，沿河道中心線向下游至佟沙河入河口(對應(yīng)1+043樁號)，全段總長1.043km，如圖1所示?，F(xiàn)狀河道主槽及兩側(cè)灘地存在生活垃圾堆，河道灘地局部存在砂石、磚塊等建筑垃圾堆，平均高度2-3m。

圖1 佟沙河與大凌河堤防相對位置

2 河道綜合治理的必要性

1)河口治理的需要。綜合治理工程所在位置與已實施的“義縣大凌河生態(tài)文明示范區(qū)一期工程”所在位置相鄰，且位于人流量相對較大的義縣城區(qū)西北方向。為向游客展示和諧、有序的大凌河景觀，需要對極個別的治理“死角”進行建設(shè)，而治理區(qū)即為現(xiàn)有“死角”之一，項目區(qū)河道雜亂不堪、河槽不明顯，需要積極開展治理工作。

2)促進當?shù)芈糜伟l(fā)展的需要。工程治理區(qū)河口左岸，有當?shù)卣?guī)劃實施的義縣古城墻修繕工程，為與修繕一新的古城墻相互配合，打造當?shù)芈糜萎a(chǎn)業(yè)的“招牌菜”，本次項目需要在與古城墻毗鄰區(qū)域打造一處生態(tài)修復區(qū)(一區(qū))，從而使其與古城墻構(gòu)成吸引游客的旅游節(jié)點，進而促進當?shù)氐穆糜伟l(fā)展。

3)生態(tài)修復的需要。工程治理區(qū)所在的佟沙河，河道狹窄、比降較大，河道內(nèi)水流流速較大，攜帶有大量的泥沙及其他污染物，在匯流口及其上游修建荷花池與濕地，將在客觀上起到拓寬過水斷面、降低水流流速和沉淀水中雜質(zhì)的作用，從而避免污染物進入大凌河干流，有利于匯流口的生態(tài)修復。

綜上所述，加快大凌河(佟沙河河口段)綜合治理工程，完善河道各項建設(shè)內(nèi)容，對提高河道防洪度汛、改善河道生態(tài)環(huán)境、推動義縣景觀城市建設(shè)、弘揚義縣民族文化具有積極意義，功在當代、利在千秋。

3 河道綜合治理工程設(shè)計

3.1 工程規(guī)劃原則

工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)兼顧河流生態(tài)修復、防洪排澇、社會服務(wù)等要求，使之兼具生態(tài)與經(jīng)濟的雙重功能[1-3]。一方面，采取防洪工程、河道整治、水污染控制及水環(huán)境整治、城鎮(zhèn)景觀建設(shè)、新農(nóng)村環(huán)境建設(shè)、旅游資源開發(fā)等措施，即滿足防洪、供水、環(huán)保、旅游等社會經(jīng)濟功能。另一方面，為改善水文和水質(zhì)條件采取生態(tài)修復措施，河流地貌特征和物種多樣性，部分恢復生態(tài)功能。

因此，河道治理規(guī)劃應(yīng)重點把握以下4點：①綜合性原則：河口濕地工程生態(tài)治理應(yīng)在保證防洪、排澇等基本安全的前提下，綜合考慮河流生態(tài)景觀、水質(zhì)凈化等功能要求，并且兼顧親水活動安全需要。②協(xié)調(diào)性原則：體現(xiàn)項目建設(shè)與及周邊發(fā)展的特點，項目規(guī)劃注重與大凌河干流景觀和當?shù)爻鞘邪l(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。③自然性原則：堅持恢復濕地的生境，充分利用河流現(xiàn)狀水文條件、地貌形態(tài)等因素，以人工修復為輔、自然修復為主；物種的配置及選擇應(yīng)以本土種為主，構(gòu)建穩(wěn)定性及自我維持能力較強的水生態(tài)系統(tǒng)。④經(jīng)濟性原則：項目建設(shè)與社會發(fā)展、經(jīng)濟建設(shè)同步，滿足節(jié)能高效、因地制宜的原則；統(tǒng)籌后期管護與前期建設(shè)，最大程度的降低后期養(yǎng)護費用和前期建設(shè)成本，保證生態(tài)治理的可持續(xù)性發(fā)展[4-5]。

3.2 清淤疏浚及清障工程

為保證河道的過流能力，確保水位的穩(wěn)定，在綜合考慮河道行洪水面線、生態(tài)環(huán)境、河內(nèi)工程建設(shè)的情況，反復比對歷年google圖和實測現(xiàn)狀圖，同時參考橫、縱斷面和水文、水面線數(shù)據(jù)。設(shè)計對治理河段進行清淤疏浚，從兩岸岸坎線開始，以1:3的坡度清淤至與現(xiàn)狀主河槽高程齊平的位置，清淤疏浚典型斷面設(shè)計如圖2所示。

圖2 清淤疏浚典型斷面設(shè)計圖

為改善主河槽形態(tài)及河道水質(zhì)，需要對佟沙河河道(0+000-0+785)實施清淤疏浚及清障治理，其中清淤疏浚總長度785m，清淤量10241m3。清障工程主要是針對河道兩岸的垃圾堆進行清理，可清理生活垃圾5743m3，建筑垃圾4901m3。

3.3 石籠防護工程

為避免主河槽擺動對濱河路橋、鐵路橋基礎(chǔ)、生態(tài)修復區(qū)及濱河濕地造成沖刷破壞，將錦阜鐵路橋上游到濱河路橋(0+570-0+785)兩岸岸坎采用貼坡式石籠進行防護。同時，考慮到河口濕地四周(0+800-1+000)邊坡容易浸泡塌落，為避免其影響河口濕地邊坡穩(wěn)定，采用貼坡式石籠對河口濕地四周進行防護。

采用下式計算石籠護岸工程河道沖刷深度，即：

(1)

式中：hs為局部沖刷深度(m)；Ucp、Uc為近岸垂線平均流速和泥沙的啟動流速(m/s)；黏性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計算；Hp為沖刷處的水深(m)；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4。其中，泥沙的啟動流速Uc、近岸垂線平均流速Ucp的計算公式如下：

(2)

(3)

式中：d50為床沙的中值粒徑，m；H0為行進水流水深，m；rs，r為泥沙與水的重度，kN/m3；g為重力加速度，m/s2；U為行近流速，m/s；η為水流流速不均勻分配系數(shù)，結(jié)合岸坡與流向夾角α查表確定。

根據(jù)治理河段10a一遇天然洪峰流量為43.11m3/s，并結(jié)合上述計算結(jié)果與佟沙河生態(tài)水位較低而岸坡上部土質(zhì)較為松散的實際情況，為使石籠防護發(fā)揮應(yīng)有的防沖效果確定石籠防護工程的頂高程確定為河床以上1.0m。由于計算所得沖刷深度≤0.6m，結(jié)合貼坡式石籠水平段防護的實際效果，確定水平段長度為2.0m。護坡及護腳石籠網(wǎng)箱尺寸均為2m×1m×0.5m，坡比為1∶1.5，石籠防護全長840m。

3.4 濕地工程

濕地工程設(shè)計要注重體現(xiàn)河道生態(tài)多樣性，以達到綜合治理、取得綜合效益的目的[4-6]。為進一步改善生態(tài)環(huán)境，擬對治理河段采用種植植物形成濕地的方法，修復河流生態(tài)?？紤]到河道寬度及所處位置的不同，將濕地工程又分為兩處分別進行設(shè)計。

1)濱河濕地工程。濱河濕地位于佟沙河項目區(qū)起點至濱河路橋(0+000-0+785)，全長785m，濕地面積約10.53hm2。由于該段區(qū)域現(xiàn)有蘆葦長勢較好、且該區(qū)域生態(tài)用水主要依靠上游河道來水供給，不能保證長期存在較高的水位，所以分別在該區(qū)域?qū)嵤┣逵偈杩＜扒逭瞎こ毯蟮膮^(qū)域內(nèi)，以及對貼坡式石籠采用1∶3覆土后的邊坡上補植蘆葦，蘆葦按照16株/m2的密度進行補植。補植蘆葦后，為便于游客進入濕地、親水觀光，在(0+500-0+600)的佟沙河河道左岸修建一處木棧橋，木棧橋長200m，寬2m，臨河拐角處設(shè)置兩處5m×5m的木棧橋平臺，平臺基礎(chǔ)及鋪裝與木棧橋保持一致。

2)河口濕地工程。在濱河路橋至漫水橋(0+800-1+000)之間以弧形方式拓寬佟沙河左岸河道，形成面積14822m2的一處荷花池，因大凌河下游橡膠壩回水水位為61.02m，為保證荷花池池內(nèi)有1m左右的水深，對該區(qū)域的荷花池進行下切，先下切至59.02m，然后在底部回填0.5m厚黏土并夯實以防止水流過度下滲，再回填0.5厚的種植土，以使荷花池池底高程達到60.02m，保證荷花生長過程中有約1m左右的水深。在荷花池四周，在夯實黏土的基礎(chǔ)上用貼坡式石籠作為防護。然后在石籠防護的基礎(chǔ)上，對河道右岸的荷花池邊坡采用種植土按照1∶3的坡比覆土，對河道左岸的荷花池邊坡采用種植土按照1∶5的坡比覆土。為保證成活率，荷花按照1株/m2的密度進行種植。在漫水橋下游(1+000-下游)的區(qū)域下切灘地，平均下切0.2m，形成一處水面，面積約11452m2。

3.5 生態(tài)修復工程

在佟沙河右岸、大凌河濱河路右側(cè)以及義縣防洪墻圍成的三角區(qū)域內(nèi)，清理建筑垃圾堆后，回填種植土并合理布置喬、灌木和花草組合，從而對該區(qū)域進行生態(tài)修復，共修復面積約3hm2，栽種銀杏293株、文冠果150株、叢生白樺67株、紫丁香球28株、連翹球28株、萱草1755m2、三七景天802m2、八寶景天469m2、鳶尾764m2、三葉地錦1184株。

在佟沙河右岸、大凌河濱河路右側(cè)以及義縣防洪墻圍成的三角區(qū)域內(nèi)，在清理建筑垃圾堆后，采用次第堆放土方的形式，形成高于現(xiàn)狀地面0.5-2.5m的兩處小山丘，總面積19638m2。在形成的地形地貌上種植各類喬木、灌木及花卉組合，從而對該區(qū)域進行生態(tài)修復，共修復面積約3hm2，栽種銀杏293株、文冠果150株、叢生白樺67株、紫丁香球28株、連翹球28株、萱草1755m2、三七景天802m2、八寶景天469m2、鳶尾764m2、三葉地錦1184株。

4 結(jié) 論

大凌河(佟沙河河口段)綜合治理工程的實施，有利于提升河道的防洪標準，大大改善沿河帶人居環(huán)境和整體景觀，更好地實現(xiàn)“水清、岸綠、景美、天然”及“人水和諧”目標的實現(xiàn)，更好地促進當?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展。

此外，為確保河道治理工程的正常運用和工程安全，充分發(fā)揮工程效益，促進工程管理的正規(guī)化、制度化和規(guī)范化，必須加強與完善河道及堤防工程的管理，提高工程管理的現(xiàn)代化水平。在重要河段建設(shè)必要的管理設(shè)施，如管理房、生產(chǎn)管理和生活管理設(shè)施進行水位、水質(zhì)觀測，并對涉及工程安全的主要項目如沖淤演變等進行觀測。