石建兵，袁曉龍，王 兵，趙哲光，顏夢(mèng)宇，周利霞

（1.北京北華中清環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司，北京 100048）

流域綜合治理是指為了充分發(fā)揮水土等自然資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以流域?yàn)閱卧?，在全面?guī)劃的基礎(chǔ)上，合理安排農(nóng)林牧等各業(yè)用地，因地制宜地布設(shè)綜合治理措施，治理與開發(fā)相結(jié)合，對(duì)流域水土等自然資源進(jìn)行保護(hù)、改良與合理利用[1～2]。生態(tài)廊道是指具有保護(hù)生物多樣性、過(guò)濾污染物、防止水土流失、防風(fēng)固沙、調(diào)控洪水等生態(tài)服務(wù)功能的廊道類型，其主要由植被、水體等生態(tài)性結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成[3]，它和“綠色廊道”表示的是同一個(gè)概念[4]。建立生態(tài)廊道是景觀生態(tài)規(guī)劃的重要方法，是解決當(dāng)前人類劇烈活動(dòng)造成的景觀破碎化以及隨之而來(lái)的眾多環(huán)境問(wèn)題的重要措施[5～6]。

新鳳河流域位于大興區(qū)北部，流域范圍包括大興區(qū)黃村鎮(zhèn)、西紅門鎮(zhèn)、舊宮鎮(zhèn)、瀛海鎮(zhèn)等。流域西側(cè)分布大興新城、東側(cè)分布亦莊新城，流域下游分布北京城市副中心。新鳳河流域在北京市域格局中占據(jù)了“聯(lián)結(jié)一軸、橫跨兩帶、關(guān)聯(lián)多中心”的重要地位，不僅是北京城市中軸線的延伸，也是橫跨東西兩帶行政區(qū)域的流域。本文以北京市大興區(qū)新鳳河流域的瀛北支流治理工程為例，將流域防洪及水環(huán)境治理為基本出發(fā)點(diǎn)，對(duì)流域綜合治理生態(tài)廊道建設(shè)進(jìn)行研究介紹。

1 流域概況

新鳳河是涼水河的一條較大支流，它西起永定河灌渠，向東南方向穿越黃村新城后，從劉村向東至燒餅莊，再向東北方向，于馬駒橋鎮(zhèn)西北匯入涼水河，是狼垡濕地和三海子公園兩大濕地水資源交換的重要渠道，也是聯(lián)系大興新城水網(wǎng)和亦莊新城水網(wǎng)的重要通道，是大興新城一條重要的濱水景觀帶。該河全長(zhǎng)約30 km，流域面積約166.4 km2，是北京市大興區(qū)北部地區(qū)及黃村新城的主要排水河道，其承擔(dān)了豐臺(tái)區(qū)西南部地區(qū)、大興區(qū)北部地區(qū)、黃村新城大部分地區(qū)及亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)部分地區(qū)的防洪、排水及灌溉任務(wù)。

新鳳河的支流主要有老鳳河、新西鳳河、新建排溝、涼鳳灌渠、安南支流、四海支流等，本次對(duì)新鳳河流域內(nèi)瀛北支流進(jìn)行綜合治理生態(tài)廊道建設(shè)實(shí)踐研究。

圖1 新鳳河流域及瀛北支流位置圖

2 河道現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

瀛北支流屬北運(yùn)河水系涼水河流域新鳳河支流涼鳳灌渠的支溝，河道起點(diǎn)104 國(guó)道，河道自西北向東南，最終匯入涼鳳灌渠，河道全長(zhǎng)約1.92 km，流域面積6.0 km2，20 年一遇洪峰流量32 m3/s，50 年一遇洪峰流量38 m3/s。瀛北支流104 國(guó)道～西毓順路現(xiàn)狀為暗溝，長(zhǎng)約610 m，為1500 mm×1000 mm 鋼筋砼方涵。西毓順路至涼鳳灌渠為明渠，瀛北支流現(xiàn)狀河底寬約3 m，上開口寬約8 m，河深約1.5 m，土質(zhì)邊坡，邊坡坡比約為1∶1.5～1∶2。瀛北支流現(xiàn)狀河道行洪能力不足，局部河道斷面狹窄，河道淤積，部分現(xiàn)有橋梁標(biāo)準(zhǔn)偏低、過(guò)流斷面偏小、形成過(guò)水瓶頸，直接影響到行洪排水安全。河道起點(diǎn)為4000 mm×2500 mm 現(xiàn)狀雨水管道，涵頂高程約33.20 m，雨水管道無(wú)法接入瀛北支流，現(xiàn)狀五環(huán)路以北地區(qū)雨水通過(guò)泵站提升后接入瀛北支流暗溝。

3 工程布置設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案

3.1.1 平面布置

瀛北支流現(xiàn)狀河底寬約3 m，上開口寬約8 m。設(shè)計(jì)河底寬5 m，設(shè)計(jì)上開口寬20 m。河道樁號(hào)0+000～0+602 段河道現(xiàn)狀為暗涵，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行拆除，明渠段在現(xiàn)狀河道的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)狀兩岸拆遷占地情況向河道兩側(cè)適當(dāng)擴(kuò)寬，樁號(hào)1+864～1+914.16 納入涼鳳灌渠治理范圍。

3.1.2 縱斷面設(shè)計(jì)

為減少拆遷占地，控制河道上開口，同時(shí)保證河道設(shè)計(jì)斷面滿足過(guò)流要求，治理起點(diǎn)接現(xiàn)狀雨水管，設(shè)計(jì)河底高程30.40 m，末端渠底高程與涼鳳灌渠設(shè)計(jì)河底高程順接，設(shè)計(jì)河底高程28.09 m，瀛北支流設(shè)計(jì)河道縱坡0.008。

3.1.3 橫斷面設(shè)計(jì)

在水利普查檔案工作開展前，要熟悉和掌握一般檔案工作方法，尊重檔案學(xué)的普遍規(guī)律。認(rèn)真分析水利普查的任務(wù)和目標(biāo)，熟悉檔案普查的工作流程，了解普查的工作方法與資料獲取的手段，根據(jù)普查工作不同階段采取不同工作方式，結(jié)合水利工作的自然、社會(huì)和工程特點(diǎn)，在關(guān)鍵點(diǎn)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)上與普查人員緊密配合協(xié)調(diào)，爭(zhēng)取在第一次全國(guó)水利普查中采用走出去的方式不斷改進(jìn)檔案工作，以適應(yīng)水利普查對(duì)檔案工作的要求。

結(jié)合現(xiàn)有地形、施工條件，本次治理均采用明渠形式。為滿足河道行洪要求，設(shè)計(jì)河底寬5 m，上口寬20 m，斷面形式為梯形斷面，邊坡坡比1∶1.5。河坡護(hù)砌形式綜合考慮河道沖刷、自然生態(tài)及景觀要求綜合確定。經(jīng)計(jì)算，河道斷面流速均大于河床土壤的不沖流速，為防止岸坡淘刷，對(duì)岸坡及河底進(jìn)行防護(hù)。河坡采用400 mm×285 mm×100 mm 生態(tài)砌塊護(hù)砌至岸頂，砌塊孔洞可為植物提供生長(zhǎng)空間。坡腳采用500 mm×800 mmC20 混凝土基礎(chǔ)。為便于控制河道上口寬度及圍網(wǎng)設(shè)置，在岸頂設(shè)置C20 混凝土L 型小墻。

圖2 河道橫斷面圖

3.2 水面線計(jì)算

水面線計(jì)算方法按照天然河道明渠恒定非均勻漸變流的水面線計(jì)算理論進(jìn)行，采用明渠恒定非均勻漸變流基本微分方程，由過(guò)流段的已知斷面推求未知斷面，逐段推算。

式中：Es為斷面比能；Q 為各頻率洪峰流量；h 為水深；i 為河底縱坡；J 為水力坡度；A 為過(guò)流面積；R 為水力半徑；C 為謝才系數(shù)；K 為天然河道流量模數(shù)。

河道糙率根據(jù)河道土質(zhì)情況、植被、護(hù)砌種類、河道平面形態(tài)、水流流態(tài)以及河床組成、床面特征等綜合選用。根據(jù)不同斷面型式，參考《水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）》及已建類似工程，河道糙率采用綜合糙率n=0.025。本次河道治理終點(diǎn)為涼鳳灌渠，瀛北支流匯入涼鳳灌渠處設(shè)計(jì)河道高程為28.09 m，20 年一遇洪水位為31.26 m。瀛北支流匯入涼鳳灌渠處20 年一遇洪水位為31.44 m，本次設(shè)計(jì)以此水位為起算水位。采用美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)HEC-RAS 河流分析系統(tǒng)計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算[7～8]，按分段恒定非均勻流推求水面線。水位計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 水面線計(jì)算表

3.3 堤頂超高計(jì)算

瀛北支流的防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為20 年一遇洪水。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013），堤頂高程不應(yīng)低于20 年一遇洪水位加超高。

式中：Y 為堤頂超高，m；R 為設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e 為設(shè)計(jì)風(fēng)雍水面高度，m；A 為安全加高，m。

根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）附錄 C 計(jì)算，波浪爬高R 和風(fēng)雍水面高度e 計(jì)算合計(jì)為0.04 m，堤防工程的級(jí)別為4 級(jí)，安全加高值A(chǔ) 取不允許越浪值為0.6 m，故堤頂高程計(jì)算為20 年一遇洪水位超高0.64 m，取設(shè)計(jì)岸頂超高為0.7 m。

3.4 沖刷深度計(jì)算

河道沖刷深度按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)公式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，河道沖刷深度計(jì)算值最大約為1.37 m。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 沖刷深度計(jì)算表

3.5 雨水口設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀瀛北支流兩岸共有雨水口16 處。本次治理工程對(duì)其進(jìn)行改建，雨水口采用漿砌石八字墻出口形式，管徑0.3 m～1 m，混凝土材質(zhì)。

3.6 綠化工程

通過(guò)種植大片的多年生地被組合，營(yíng)造綠意盎然的岸坡，形成自然純樸的植物風(fēng)貌。針對(duì)河道設(shè)計(jì)斷面，根據(jù)不同的植生條件和特點(diǎn)，植被修復(fù)包括堤頂綠化修復(fù)、堤坡綠化修復(fù)兩部分。

（1）堤頂生態(tài)防護(hù)。堤頂管理范圍內(nèi)利用行道樹進(jìn)行防護(hù)，整體形成規(guī)則、遮蔭、防風(fēng)與自然、通透相間的空間，形成綠化的天然屏障，同時(shí)起到隔離作用，保障安全。

（2）堤坡生態(tài)防護(hù)。堤坡是滿足河道防洪安全的重要區(qū)域，對(duì)植物的防沖護(hù)坡的功能性提出了更高的要求，同時(shí)也是大面積展示河道綠化的區(qū)域，因此在植物的選擇上采用抗性強(qiáng)的野生及鄉(xiāng)土地被為主的近自然恢復(fù)模式，以恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

瀛北支流生態(tài)廊道建設(shè)工程是完善新鳳河流域防洪體系的重要組成部分，工程內(nèi)容與規(guī)劃統(tǒng)一，堅(jiān)持了可持續(xù)發(fā)展的原則。工程設(shè)計(jì)充分突出以人為本，為人服務(wù)的理念。在有條件的河段，或局部展寬，或設(shè)置局部彎曲，營(yíng)造自然河道景觀。橫斷面設(shè)計(jì)下部邊坡采用生態(tài)磚護(hù)岸型式，放緩河道上部邊坡，維持自然穩(wěn)定，避免了河道邊坡大面積護(hù)砌。該工程不僅滿足了新鳳河流域防洪排水要求，也將極大的改善大興地區(qū)及河道周邊生態(tài)環(huán)境，可以為今后北京市類似生態(tài)治理工程的推進(jìn)和發(fā)展提供指導(dǎo)和借鑒。