邵子玉

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003）

隨著城市的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，加快了城市段河流建設(shè)的步伐，朝陽市大凌河城區(qū)段與十家河城區(qū)段已建成多座橡膠壩，多個(gè)由橡膠壩筑成的人工湖面，兩岸配套綠化園林等景觀措施，使用朝陽市城區(qū)河道形成多個(gè)景觀公園，河道景觀初步建成。整個(gè)橡膠壩設(shè)計(jì)充分與景觀和生態(tài)設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，為建設(shè)新型水利工程邁出成功一步。

1 工程總體設(shè)計(jì)

十家子河人工湖工程主要內(nèi)容包括：橡膠壩工程、人工湖護(hù)岸湖底防滲工程和兩岸景觀綠化工程等。

十家子河橡膠壩回水末端上下游水面連接，橡膠壩必須布設(shè)在上道橡膠壩回水范圍內(nèi)，結(jié)合地形圖、參照左右岸堤防地勘資料并充分考慮上道橡膠壩回水范圍、穿跨河（堤）建筑位置及規(guī)模等各方面因素，確定壩軸線位置，垂直于兩岸堤防。

2 人工湖縱橫段設(shè)計(jì)

2.1 河底確定

根據(jù)平面地形圖分析十家河河道特性可知，由龍城橋至鐵路橋段十家子河道深泓比降大致為0.33%，該段原設(shè)計(jì)20年洪水水面比降約為0.38%，50年設(shè)計(jì)洪水水面比降約為0.36%，為了保證設(shè)計(jì)河底的穩(wěn)定及盡量增加橡膠壩回水范圍，取設(shè)計(jì)河底比降與河道天然深泓比降相等即0.33%。設(shè)計(jì)河底下游控制點(diǎn)為橡膠壩，上游控制點(diǎn)為鐵路橋下，考慮橡膠壩回水范圍，主河道清淤范圍至回水末端3+700斷面。設(shè)計(jì)河底成果見表1。

2.1 庫區(qū)灘地規(guī)模確定

1）灘地寬度確定

表1 橡膠壩庫區(qū)設(shè)計(jì)河底成果表m

十家子河龍城橋至鐵路橋間兩堤（迎水側(cè)堤肩）間距在280～325 m之間，平均寬約305 m，基本呈現(xiàn)由下游向上游逐漸展寬的趨勢。其中橡膠壩所在位置兩堤間距約285 m，庫區(qū)回水水面寬（即主槽頂寬）設(shè)計(jì)為由壩前的165 m向上游逐漸展寬，至3+200位置達(dá)到180 m，3+200以上至3+700 m為等寬180 m，主槽基本居中，兩側(cè)灘地大致等寬，兩灘總計(jì)平均寬度約125 m（包括堤防迎水側(cè)堤坡）。

2）灘地高度確定

考慮生態(tài)及景觀效果，并綜合河道內(nèi)土方平衡等因素，比對(duì)各灘地設(shè)計(jì)方案，最終確定兩岸灘地縱比降由3號(hào)壩至3+600斷面均為0，即灘唇高程均為164.6 m，3+600斷面至3+700斷面為設(shè)計(jì)斷面與天然斷面平順銜接段，其中左灘大致比降約為0.07%，至3+700斷面灘唇高程為165.3 m，右灘大致比降約為0.16%，至3+700斷面灘唇高程約為166.2 m。

為了增加灘地雨水排泄能力，減小灘地雨水的滯留時(shí)間，設(shè)計(jì)灘地橫比降為1/500，由堤腳向?yàn)┐絻A斜。

3）灘地臨水側(cè)邊坡確定

十家子河龍城橋至鐵路橋段兩岸堤防筑堤土料基本為灘地砂礫料及粉土、細(xì)砂，經(jīng)堤防滲透穩(wěn)定計(jì)算，左右岸堤防臨水邊坡均為1∶2.5。考慮此次灘地臨水側(cè)由于橡膠壩修建，受河水長期浸泡影響，安全邊坡應(yīng)較堤防邊坡略大，因此，此次灘地臨水邊坡統(tǒng)一設(shè)定為1∶3。

3 水力計(jì)算

3.1 計(jì)算條件

1）計(jì)算范圍

此次水力計(jì)算計(jì)算范圍為十家子河龍城橋至鐵路橋，河道全長約1.07 km。

2）計(jì)算頻率及洪水成果

十家子河龍城橋至鐵路橋段左岸設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，右岸為50年一遇，因此此次水力計(jì)算頻率分別為5%及2%，對(duì)應(yīng)洪峰流量成果為Q5%=2080 m3/s，Q2%=3230 m3/s。

3）地形資料

平面地形采用實(shí)測1:2000地形圖。橫斷地形資料分為兩個(gè)部分：龍城橋至3+700斷面，采用橡膠壩修建后設(shè)計(jì)斷面；3+700至3+991斷面（鐵路橋下），采用實(shí)測成果。

4）起點(diǎn)水位

此次水力計(jì)算起點(diǎn)水位20年一遇為164.75 m，50年一遇為165.50 m。

5）糙率率定

十家子河龍城橋至鐵路橋段天然河道主槽較小，渠化后大部分河段主槽過流能力也不高，汛期洪水也可漫灘，因此此段河道均采用綜合糙率進(jìn)行水力模擬計(jì)算，綜合糙率值采用與左右岸堤防設(shè)計(jì)時(shí)所用糙率值相同，即0.028。

3.2 計(jì)算方法

計(jì)算模型采用能量方程式進(jìn)行計(jì)算，其中橋壅水計(jì)算采用鮑氏公式，一般斷面間用能量方程式推算。

能量方程式：

式中：Z1，Z2分別為下、上游斷面的水位，m；hf，hj分別為上下斷面間的沿程、局部水頭損失，m；u1，u2分別為下、上游斷面的流速,m/s。

式中：△Z——橋壅水高度，m；ξ——系數(shù)（與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān)）；V——有沖刷情況時(shí)，橋下平均流速，m/s；V1——天然條件下橋位處平均流速，m/s；P——與橋孔沖刷有關(guān)的系數(shù)；W過，W阻——橋的過水和阻水?dāng)嗝婷娣e，m2；VS——橋下設(shè)計(jì)洪水流速，m/s。

3.3 計(jì)算成果

水力計(jì)算結(jié)果，見表2。

表2 十家子河龍城橋至鐵路橋段水力計(jì)算成果表m

3.4 防洪影響分析

龍城橋至鐵路橋兩岸堤防目前均已竣工，其中左岸堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，超高1.5 m；右岸堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，超高1.6 m。橡膠壩及兩岸景觀灘地的建設(shè)改變了堤防設(shè)計(jì)時(shí)水力計(jì)算采用的設(shè)計(jì)河道斷面，河道過洪能力及左右岸堤防設(shè)計(jì)頻率下洪水水位將發(fā)生一定變化。由表2可以看，出現(xiàn)狀左堤頂距橡膠壩及人工湖建成后20年設(shè)計(jì)水位平均有1.14 m的超高富余，但距設(shè)計(jì)超高1.5 m尚有0.36 m差距，現(xiàn)狀右堤頂距橡膠壩及人工湖建成后20年設(shè)計(jì)水位平均有1.28 m的超高富余，但距設(shè)計(jì)超高1.6 m尚有0.32 m差距，結(jié)合城市路網(wǎng)建設(shè)中的堤路結(jié)合加高建設(shè)路面至新堤頂高程。

十家子河是多泥沙河流，雖然橡膠壩的庫區(qū)河底比降基本接近河道天然比降，河道橫斷面與河道天然斷面差別也不大，但仍然很難保證橡膠壩庫區(qū)在中小洪水時(shí)不發(fā)生淤積，及時(shí)進(jìn)行人工清淤至設(shè)計(jì)斷面，以確保行洪斷面的暢通。

4 人工湖蓄水分析

橡膠壩運(yùn)行方式為：春季河道解凍后開始蓄水，汛前塌壩檢修，主汛期塌壩運(yùn)行，汛后再次檢修，檢修后開始蓄水至年終。根據(jù)橡膠壩運(yùn)行方式，人工湖年運(yùn)行最小需水量包括春季蓄水庫容，汛后二次蓄水，以及蒸發(fā)滲透的損失水量。十家子河 3號(hào)湖湖區(qū)面積12.5 hm2，庫容22萬m3，日平均蒸發(fā)滲漏損失35 mm，3—11月合計(jì)蒸發(fā)滲漏損失120萬m3，檢修放水22萬m3，要保證十家子河人工湖的正常運(yùn)行，年需水量為164萬m3。其中，日平均蒸發(fā)滲漏損失為大凌河1號(hào)湖、2號(hào)湖實(shí)際觀測值。

5 景觀配套建設(shè)

人工湖兩岸建設(shè)綠化帶與園林景觀配套，與美化城市建設(shè)和諧統(tǒng)一，結(jié)合朝陽文化底蘊(yùn)布置小品、廣場等園林景點(diǎn)，配置景觀樹林，樹間鋪植草坪。

要以科學(xué)的發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，符合構(gòu)建和諧社會(huì)，發(fā)展民生水利的總體要求，以進(jìn)一步改善大凌河朝陽城區(qū)段生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)朝陽市的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，在注重生態(tài)建設(shè)和確保防洪安全的前提下，把十家子河建設(shè)成為一條健康的、生態(tài)的河流，成為朝陽市的亮點(diǎn)，提升朝陽市的城市品味，為朝陽市民打造一個(gè)優(yōu)美的人居環(huán)境。

6 結(jié) 語

人工湖工程建設(shè)越來越受城市段河流的喜愛，人工湖設(shè)計(jì)堅(jiān)持人與自然和諧發(fā)展，以生態(tài)建設(shè)為背景；防洪安全是前提，是一切設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；提高親水效果；減少硬性護(hù)岸，多用生態(tài)護(hù)岸；水利設(shè)施要充分考慮景觀建設(shè)，把城市河流建設(shè)成“水清、岸綠、景美”的綠色生態(tài)景觀河。