東營市廣利河河道疏浚工程設計研究

張 燕 江志棟

（山東新匯建設集團有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

廣利河是東營市中心城區(qū)主要防洪、排澇河道之一。廣利河自2008 年黃河水城綜合治理以來未進行系統(tǒng)治理，現(xiàn)狀存在部分河段淤積、邊坡?lián)p壞等問題，影響河道行洪排澇能力和兩岸安全[1]。為保護河道兩岸城市、村莊及農田安全，恢復河道行洪排澇能力，改善河道沿線生態(tài)和水環(huán)境，現(xiàn)規(guī)劃對廣利河及其支流實施治理工程。

1 工程概況

東營市位于山東省北部黃河三角洲地區(qū)，渤海西南岸的黃河入海口處，是黃河三角洲的中心城市。廣利河位于東營市中部，西起黃河南展大堤王營閘，向東流經墾利區(qū)勝坨鎮(zhèn)、董集鎮(zhèn)和東營區(qū)辛店街道、文匯街道、黃河路街道、六戶鎮(zhèn)、勝利街道、東城街道、東營經濟技術開發(fā)區(qū)，與支脈河合流后入海，全長54.0km，流域面積769.66km2，是集行洪、排澇、排堿、景觀、灌溉和航運等功能為一體的重要河道，全線已河道用地確權。

廣利河河道綜合整治工程主要建設內容是對廣利河干流及支流進行河道疏浚、岸坡修復等，治理范圍從王營閘（河道樁號0+000）到支脈河交匯口（河道樁號54+000），治理總長54km。其中需要對廣利河干流王營閘至天目山路（河道樁號0+000~24+240）、渤海路橋至廣利島末端（河道樁號46+100~47+480）總長25.62km 的河道進行疏浚，維修西四路至明匯閘間破損岸坡570m，對榮烏高速處、明匯閘處增設2 座水質監(jiān)測站。同時對廣利河支流11.53km 進行疏浚，其中清戶溝治理總長9.66km，路南支流治理總長1.87km。工程立項總投資為8498.66 萬元，資金來源為政府專項債與上級資金。

2 檢測分析

廣利河橫跨整個東營市中心城，兩岸分布工廠、村莊、住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)，為充分考慮設計方案、施工措施、工程投資等因素，在設計前期對廣利河多處節(jié)點進行底泥檢測，驗證底泥的危廢性質，以確保方案的可靠性。根據(jù)《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》中土壤參數(shù)的風險篩選表，本次土壤參數(shù)均在風險值之下。檢測結果見表1。

表1 底泥檢測結果

3 河道設計暴雨與設計洪水計算

廣利河河道比降上游為1/7000，下游為1/14000，秦家橡膠壩以上保護對象為鄉(xiāng)村及農田，防洪標準為20 年一遇，排澇標準為5 年一遇；秦家橡膠壩以下河段為城區(qū)段，防洪標準為100 年一遇，排澇標準為10 年一遇。

設計暴雨采用史口、王營、永安鎮(zhèn)雨量站1967—2020年實測暴雨資料進行計算。各水文站地理位置、降雨條件相差不大，實測資料系列均為同期發(fā)生。廣利河流域處于魯北平原區(qū)，根據(jù)《山東省中小河流治理工程初步設計設計年實測暴雨》，統(tǒng)計各站最大24h、最大3d 暴雨系列。將各站最大24h、最大3d 暴雨系列進行地區(qū)綜合后，點繪到一張頻率格圖上，先用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)均值X與變差系數(shù)Cv，然后采用P-Ⅲ型頻率曲線適線，以理論頻率曲線與經驗點據(jù)擬合較好為佳，并適當照顧稀遇頻率的點據(jù)，取Cs=3.5Cv，確定統(tǒng)計參數(shù)均值X與變差系數(shù)Cv，計算不同頻率的最大24h、最大3d 點暴雨量[2-4]。

通過適線計算結果確定暴雨統(tǒng)計參數(shù)，求得設計頻率最大24h 面雨量P1%=248.98mm，P5%=174.87mm，P10%=142.89mm，P20%=111.01mm；最大3d 面雨量P1%=305.61mm，P5%=216.19mm，P10%=177.49mm，P20%=139.23mm。

廣利河處于魯北平原地區(qū)和小清河以北地區(qū)，通過《山東省水文圖集》“平原區(qū)設計雨型成果表”對凈雨進行時程分配。然后通過M1 值查《山東省水文圖集》中“瞬時單位線法參數(shù)與2 小時、6 小時單位線關系表”得到單位線流量過程線，并對其進行單位轉換。最后進行匯流計算，將計算得出的不同時段的凈雨深逐次與單位線流量相乘得到洪水過程，并對其依次錯峰疊加，得出洪水過程線[5]。

2020 年，東營市為有效利用雨洪資源，進行了東營市天鵝湖濕地工程建設。該工程位于廣利河下游，根據(jù)《中心城城市防汛調度方案》，當廣利河明海閘前水位到達2.4m后，天鵝湖濕地開閘分洪170m3/s。經綜合分析計算，并考慮天鵝湖濕地的分洪作用后，廣利河各斷面處不同頻率下的洪水流量見表2。

表2 河道流量計算結果

4 河道疏浚工程設計

治理廣利河干流疏浚范圍為王營閘至天目山路橋，河道樁號0+000~24+240，長度24.24km。王營閘至秦家橡膠壩（河道樁號0+000~6+880）為農田段，淤積嚴重，房屋農田侵占河道主河槽。綜合整治時，河道走向基本維持原有河道中心線走向布置，但在有房屋和農田等特殊段采取避讓、截彎取直等方式調整。城區(qū)秦家橡膠壩至天目山路橋（河道樁號6+880~24+240）河槽穩(wěn)定，走勢基本順直，兩岸為城區(qū)高標準綠化和住宅區(qū)。為了維護沿線生態(tài)及生產，本次治理工程盡量保持現(xiàn)有河道中心線不變，以減少工程對該段兩岸現(xiàn)狀的影響。

根據(jù)前述水文計算，實施滯洪、分洪工程后，河道承納的100 年一遇防洪流量、20 年一遇防洪流量、10 年一遇排澇流量、5 年一遇排澇流量見表2。根據(jù)地形條件及防洪、排澇對河底高程的要求，結合實際測量資料和沿線攔河建筑物底高程，確定廣利河河道比降，見表3。結合現(xiàn)狀斷面，王營閘至西四路整體采用梯形斷面，西四路至明匯閘采用直墻駁岸，明匯閘至明海閘采用梯形斷面。根據(jù)土質、水深及河道目前運行情況，為保證廣利河干流明泓閘上游河道邊坡的穩(wěn)定，廣利河河道邊坡確定為1 ∶2.5~1 ∶3.0。明泓閘至明匯閘段現(xiàn)狀為漿砌石擋墻，現(xiàn)狀擋墻基本完好，僅需對破損擋墻進行修復。明匯閘至明海閘為自然護坡和連鎖塊護坡交錯布置，河道邊坡為1 ∶3.0。

表3 河道比降計算結果

根據(jù)沿線土質、地質條件，結合《水力計算手冊》中關于渠道及天然河流粗糙系數(shù)的有關說明，廣利河上游為沙質河床，兩岸側壁長有雜草，經綜合分析，該段河槽糙率為0.025。秦家橡膠壩至明泓閘段現(xiàn)狀為襯砌板護坡，經綜合分析，該段河槽糙率為0.020。明泓閘至明匯閘間為漿砌石擋墻，綜合考慮河道糙率為0.022。明匯閘至明海閘間河道寬闊，兩岸岸坡形式不同，綜合考慮河槽糙率為0.022。廣利河下游經常漲潮、落潮，上有排水的沖刷，河床憑證，兩側岸壁為土質，經綜合分析，該段河道糙率為0.022。

結合河道底層資料，經分析計算確定河道不沖流速為0.6m/s~0.8m/s。為不打亂原排水體系，根據(jù)現(xiàn)狀地面高程及總體排水布局，遵循田間澇水能逐級排出的原則，確定排澇水深為2.5m~3.0m（該水位平均低于現(xiàn)狀地面約1m）。

5 河道邊坡穩(wěn)定性計算

區(qū)域地下水主要是第四系孔隙潛水，水位埋深受地層巖性、地形地貌和水文氣象等因素綜合影響。項目區(qū)域含水層主要為壤土和砂壤土，具中等透水性。地下水位主要受大氣降水水位變化影響。邊坡穩(wěn)定性計算采用簡化畢肖普法，計算工況如下：1）施工期，河道內無水，考慮地下水位。2）設計洪水穩(wěn)定滲流期，河道內為設計洪水位。3）設計排澇水穩(wěn)定滲流期，河道內為設計排澇水位。4）設計洪水驟降期，設計洪水驟降2.0m。5）設計排澇水位驟降期，設計排澇水驟降2.0m。邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算方法參考文獻[6]、文獻[7]。

計算河道邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)時，對各層土的物理力學性質指標進行了分層綜合統(tǒng)計，各層土的物理性質指標見表4。從表4 可以看出，整套地層以壤土為主，同時含有黏土和砂壤土。由于土體性質的不同，各層土體的物理力學指標也表現(xiàn)出各種差異。2-3 層黏土和5層黏土的含水率較大，均大于40%，其余土層的含水率均位于24.0%~28.0%。2-3 層黏土和5 層黏土的孔隙比也較大，均大于1.0，其余土層的孔隙比為0.7~0.8。土層中，1-2 層素填土、2 層黏土、2-3 層黏土和5 層黏土的抗剪強度和壓縮模量均較低，這對邊坡的整體穩(wěn)定性具有一定的不利影響，其中5 層黏土壓縮模量值僅有3.0MPa，3 層沙壤土的強度和壓縮模量最大，壓縮模量值達到8.0MPa，其次為2-1 層壤土和2-2 層砂壤土，壓縮模量均為7.0MPa。計算邊坡的抗滑穩(wěn)定性系數(shù)時應考慮土體力學指標的差異，對各個參數(shù)指標進行合理計算，特別應對試驗指標中存在明顯離散性的指標進行一定的篩選。

表4 土的力學性質指標

以樁號河道樁號40+230 為例，該處設計河底高程-0.207m，防洪水位5.07m，岸頂高程5.40m。穩(wěn)定滲流期最不利安全系數(shù)計算如圖1 所示，計算穩(wěn)定滲流期最不利安全系數(shù)k=1.67 ＞kc=1.15，滿足要求。施工期最不利安全系數(shù)計算如圖2 所示，計算施工期最不利安全系數(shù)k=1.57 ＞kc=1.05，滿足要求。同樣，計算典型斷面19+550、20+430、25+000 處，其穩(wěn)定性計算結果見表5。

圖1 河道樁號40+230 穩(wěn)定滲流期最不利安全系數(shù)計算（m）

圖2 河道樁號40+230 施工期最不利安全系數(shù)計算（m）

表5 邊坡穩(wěn)定性計算成果

6 結論

該文以東營市廣利河河道綜合整治工程為研究背景，在確定河道設計暴雨和設計洪水的基礎上，研究河道邊坡、水深、比降、糙率、流量和設計底寬，并對河道邊坡穩(wěn)定性進行分析，得出如下結論。1）河道流域設計頻率最大24h 面雨量P1%=248.98mm，P5%=174.87mm，P10%=142.89mm，P20%=111.01mm；最大3d 面雨量P1%=305.61mm，P5%=216.19mm，P10%=177.49mm，P20%=139.23mm。2）結合現(xiàn)狀斷面，王營閘至西四路整體采用梯形斷面，西四路至明匯閘采用直墻駁岸，明匯閘至明海閘采用梯形斷面。廣利河河道邊坡確定為1 ∶2.5~1 ∶3.0，廣利河上游沙質河床河槽糙率為0.025，秦家橡膠壩至明泓閘河道糙率為0.022，明匯閘至明海閘河槽糙率為0.022，廣利河下游河道糙率為0.022。河道不沖流速為0.6m/s~0.8m/s，確定排澇水深為2.5m~3.0m。3）穩(wěn)定滲流期邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.68~1.85，大于穩(wěn)定滲流期最小允許安全系數(shù)1.15，施工期邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.47~1.65，大于施工期最小允許安全系數(shù)1.05。