劉香驛

（北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧北票122100）

大凌河閻白段（牤牛營子河）綜合治理工程分析與探討

劉香驛

（北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧北票122100）

以大凌河閻白段（牤牛營子河）綜合治理工程為例，對工程的總體布置、潛壩選型、拋石陡坡、濕地及相關(guān)計(jì)算等方面的內(nèi)容進(jìn)行了論述。工程實(shí)施后，既提高了防洪能力，又充分利用了水生植物的特性，進(jìn)一步凈化水質(zhì)、改善項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境。濕地工程的規(guī)劃與河道生態(tài)景觀工程相結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到保證水量、改善水質(zhì)、美化環(huán)境和護(hù)岸固坡的綜合效果。

河道；綜合治理；潛壩；拋石；濕地

1 工程總布置

本次工程治理長度為1 km，以牤牛營子橋?yàn)楣?jié)點(diǎn)，上游治理長度為498 m，橋下游至河口502 m。工程總體上為“一水、兩帶、兩節(jié)點(diǎn)”布局。其中“一水”為0＋300－0＋500處修建潛壩后形成的濕地湖；“兩帶”為兩岸的綠化帶；“兩節(jié)點(diǎn)”為牤牛營子橋節(jié)點(diǎn)、河口節(jié)點(diǎn)。上游段據(jù)現(xiàn)場勘查生態(tài)狀況較好，兩岸均為林地，所以在河道兩岸岸坎處種植棉槐。在0＋500－0＋600處左岸處為沙土地，無綠化，此次擬種植棉槐及垂柳的灌木喬木相結(jié)合的形式；在右岸岸邊有一處為一座房屋，岸邊有漿砌石擋墻防護(hù)，但此區(qū)域內(nèi)居民投放垃圾較為嚴(yán)重，此次對于岸線封閉，在漿砌石擋墻旁種植垂柳及棉槐，形成一道“樹墻”。在0＋500－0＋600處擬對河道主河槽及河汊清淤，將清淤的土堆放在中間灘地處，形成島嶼并種植草坪，在0＋600處考慮到景觀效應(yīng)，在此處設(shè)計(jì)一道拋石陡坡。牤牛營子橋下游段有大量的建筑垃圾、沙堆、沙坑等。由于投資規(guī)模的限制本次對局部較為嚴(yán)重地段進(jìn)行平整修復(fù)。在樁號0＋300－0＋500處形成一處濕地，并在0＋300處修建壅水v型潛壩，在邊灘濕地處種植蘆葦及千屈菜，重體現(xiàn)河道的生態(tài)多樣性，以達(dá)到綜合治理、取得綜合效益的目的，從而進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在河口處進(jìn)行局部降灘，形成淺流及灘地，保護(hù)鳥類棲息地。

2 潛壩及拋石陡坡工程

在牤牛營子橋下游建設(shè)壅水V型潛壩1座，位于樁號0＋300。其中V型潛壩的壩體段長度為主河槽寬度15 m，左右岸灘地段壩長各為28 m。拋石陡坡長度12 m，拋石堆放的迎水坡坡比為1∶3，背水坡坡比為1∶5。拋石面部用砂土進(jìn)行鋪蓋。

潛壩為V型潛壩，V型堰屬于交叉堰的范疇，V型潛壩有助于坡度控制，減小河岸侵蝕，形成穩(wěn)定的寬深比，維持河道過流能力和泥沙輸移能力。此外，V型潛壩還是一種棲息地加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在平灘高程位置以與岸坡夾角在20°～30°的方向從河岸向上主槽延伸，但在l／3河道平灘寬度位置處開始向下游延伸，形成深泓。V型潛壩示意圖見圖1。

圖1 V型潛壩示意圖

2.1 基本資料

潛壩迎水坡坡比為1∶2，背水坡坡比1∶10，壩頂寬0.5 m。潛壩壩體采用石籠砌筑，埋深1.2 m，基礎(chǔ)也為石籠，下部設(shè)置20 cm厚的砂墊層。

2.2 壅水高度計(jì)算

潛壩泄量校核按堰的形式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)為寬頂堰，泄量計(jì)算采用常規(guī)寬頂堰流量公式計(jì)算：

式中：Q為流量，m3／s；B為潛壩體單寬，m；H0為計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭，H0＝H＋V2／2g，進(jìn)口寬敞，故忽略流速水頭；H為堰上水頭，m；g為重力加速度，m／s2；m為寬頂堰流的流量系數(shù)；a上游堰高，m；σ為淹沒系數(shù)；利用試算法計(jì)算相應(yīng)流量下的堰前水頭，潛水壩水位流量關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 堰上水頭H與流量Q關(guān)系曲線（堰高1m）

2.3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

作用于潛壩上的荷載有：自重、靜水壓力、動(dòng)水壓力、淤沙壓力。

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL25—2006中提供的公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為滑裂面上的摩擦系數(shù)，取為0.4；∑W為作用于計(jì)算截面以上壩體全部荷載對滑裂面的法向分值，kN；∑P這作用于計(jì)算截面以上壩體全部荷載對滑裂面的切向分值，kN。

2.3.1 潛壩自重

潛壩自重按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸與材料重度計(jì)算確定。

式中：H為潛水壩自重，kN；r這石籠的重度，kN／m3；V為潛水壩的體積，m3。

2.3.2 靜水壓力

垂直于潛壩結(jié)構(gòu)表面某點(diǎn)處的靜水壓力應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：Ptr＝ρwgh cosθ為計(jì)算點(diǎn)處的靜水壓力；Ptr＝ρwgh cosθ為水的重度，kN／m3，取為9.81；Ptr＝ρwgh cosθ計(jì)算點(diǎn)的作用水頭。

上游的靜水壓力根據(jù)荷載組合所規(guī)定的水位確定，下游靜水壓力根據(jù)相應(yīng)的不利下游水位計(jì)算確定。

2.3.3 動(dòng)水壓力

作用在潛壩過流面面積上的動(dòng)水壓力（包括時(shí)均壓力和脈動(dòng)壓力），按照面積上各點(diǎn)動(dòng)水壓強(qiáng)的合力計(jì)算。本次設(shè)計(jì)不考慮水流的脈動(dòng)影響結(jié)構(gòu)的安全或引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，所以不考慮脈動(dòng)壓力的影響。

漸變流時(shí)均壓強(qiáng)的代表值，根據(jù)5 a設(shè)計(jì)情況下水流條件，通過計(jì)算，求得水面線后按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：ptr為過流面上計(jì)算點(diǎn)的時(shí)均壓強(qiáng)代表值，kN／m2；ρw為水的密度，kg／m3；h為計(jì)算點(diǎn)的水深，m；θ為底面與水平面的夾角，取為0。

2.3.4 淤沙壓力

作用在壩水閘等擋水建筑物單位長度上的水平淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：

式中：Psk為淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kN／m；γsb為泥沙的浮重度，kN／m3；λsb＝γsb－（1－n）γw；γsb為淤沙的干容重，kN／m3，本次設(shè)計(jì)取為21.5；n為淤沙的孔隙率，本次設(shè)計(jì)取為25%；hs為泥沙淤積厚度，m；φs為淤沙的內(nèi)摩擦角，20°。

2.3.5 結(jié)論

各項(xiàng)作用力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 作用于潛壩上的作用力計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均＞1.05，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.6 防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定

潛壩采用石籠結(jié)構(gòu)，石籠中填充料采用塊石，塊石粒徑為30～50 cm。拋石陡坡的塊石粒徑為30～50 cm。潛壩及拋石陡坡工程防沖標(biāo)準(zhǔn)按塊石保持穩(wěn)定抗沖粒徑公示計(jì)算，流量采取5 a一遇洪水流量Q＝470 m3／s。

式中：d為折算粒徑，m，可按球形折算；V為水流流速；g為重力加速度，9.81m／s；C為石塊運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定系數(shù)，水平底坡＝0.9，傾斜底坡C＝1.2；γs為石塊的重率，可取γs＝2.65 kN／m3；γ為水的重率，γ＝1 kN／m3。

經(jīng)計(jì)算，d＝26 cm，小于所選塊石粒徑范圍，所以工程滿足5 a一遇洪水防沖標(biāo)準(zhǔn)。潛壩工程量統(tǒng)計(jì)表見表2。拋石陡坡工程量統(tǒng)計(jì)表見表3。

表2 潛壩工程量統(tǒng)計(jì)表m3

表3 拋石陡坡工程量統(tǒng)計(jì)表

3 濕地工程

3.1 濕地設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場及資料的統(tǒng)計(jì)，選定項(xiàng)目區(qū)段0.04 m3／s為濕地最低保證水位，修建潛壩后出現(xiàn)壅水，根據(jù)水面計(jì)算，修建潛壩后出現(xiàn)壅水的高程范圍為140.90 m。對0＋300－0＋500處的濕地進(jìn)行降灘，通過地表水及河道徑流進(jìn)行補(bǔ)給。通過對規(guī)劃后高程情況，形成濕地面積1.438 hm2，水深的的范圍為20～35 cm。牤牛營子橋段濕地保證最低水面線計(jì)算成果表見表4。

3.2 邊灘濕地湖設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)注重體現(xiàn)河道的生態(tài)多樣性，以達(dá)到綜合治理、取得綜合效益的目的以進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)擬對規(guī)劃段涼水河邊灘做生態(tài)處理，種植水生植物，營造人工濕地。本次擬種植的植物為挺水水生植物，它不但有景觀效益，對污水的的凈化也起著非常積極的作用。

表4 牤牛營子橋段濕地保證最低水面線計(jì)算成果表

選擇適宜的植物可迅速恢復(fù)生物群落，有效提高生態(tài)效益和景觀效果。根據(jù)適應(yīng)性、本土性、強(qiáng)凈化性和鑒賞性的原則，本次設(shè)計(jì)選擇蘆葦、作為濕地湖的主要植物。水生植物蘆葦?shù)奶匦裕禾J葦?shù)闹仓旮叽?，地下有發(fā)達(dá)的匍匐根狀莖。莖稈直立，稈高1～3 m。葉長15～45 cm。圓錐花序分枝稠密，向斜伸展，花序長10～40 cm。具長、粗壯的匍匐根狀莖，以根莖繁殖為主。多年生水生或濕生的高大禾草，生長在灌溉溝渠旁、河堤沼澤地等［1］。保土固堤植物。葦稈可作造紙和人造絲、人造棉原料，也供編織席、簾等用；嫩時(shí)為優(yōu)良飼料；嫩芽也可食用；花序可作掃帚；根狀莖叫做蘆根，中醫(yī)學(xué)上可入藥。邊灘濕地植物種植種類及工程量見表5。

表5 邊灘濕地植物種植種類及工程量m2

3.3 河槽濕地設(shè)計(jì)原則

河槽濕地參照穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)，采用下挖式1.2 m，在此處為魚類洄游區(qū)，河底為沙石層，為魚類提供生態(tài)環(huán)境。

［1］申軍，李利榮，王順.城市河道景觀設(shè)計(jì)技術(shù)探討［J］.內(nèi)蒙古水利，2012（05）：141－142.

TV85

B

1007－7596（2015）05－0050－03

2015－01－12

劉香驛（1965－），女，遼寧北票人，工程師，從事水利工程施工工作。