楊春普

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽 110003)

1 工程概況

法庫縣和平生態(tài)蓄水工程位于遼寧省法庫縣和平鄉(xiāng)，在通江口大橋上游約3.2km處。壩址處河道順直，歷年河道演變不大，壩下游兩側(cè)灘地寬闊、平順，為招蘇臺(tái)河匯流口。壩址上游約600m右側(cè)灘地為周家網(wǎng)村，村屯地勢(shì)較高。針對(duì)遼河干流目前存在的缺少生態(tài)水面、土壤荒漠化、水質(zhì)污染、植物成活率偏低、生態(tài)治理效果不明顯等問題，為改善遼河干流河道生態(tài)環(huán)境，改善遼河水質(zhì)，加快遼河干流河道生態(tài)工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)將遼河建設(shè)成生態(tài)河道的目標(biāo)。本工程通過修建攔河橡膠壩、橫堤、順堤，對(duì)現(xiàn)狀灘地進(jìn)行降灘處理，完建后將形成2445畝濕地，對(duì)改善該處遼河水質(zhì)將起到重大作用。

2 工程建設(shè)必要性

遼河法庫和平橡膠壩壩址處現(xiàn)狀主槽寬度為120m，平灘過流400m3/s，遠(yuǎn)大于非汛期河道天然流量。非汛期徑流通過主槽下泄，而主槽中水流流速較大，缺少具有吸附功能的植物，僅靠自然對(duì)水質(zhì)改善作用非常有限。壩址處現(xiàn)狀河底平均高程在70.70m，左岸灘地為73.20m，右岸灘地為72.20m。根據(jù)《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》要在此處形成大面積的濕地，因此則必須在此地修建不影響行洪的攔河擋水橡膠壩，抬高非汛期的水位，利用主槽兩側(cè)灘地，通過工程和生態(tài)植物措施，形成具有一定庫容的人工濕地。和平橡膠壩修建后，一方面增大了非汛期過流斷面，減緩了水的流速，有利于水中污染物的沉淀，另外灘地中的水生植物將充分的起到吸附作用，也可以很大程度上的改善水質(zhì)。橡膠壩正常運(yùn)行蓄水后，兩側(cè)的灘地將形成淺水濕地，灘地上水生植物的生長能提高灘地的穩(wěn)定性，主槽的位置不會(huì)出現(xiàn)頻繁的演變，同時(shí)減少了風(fēng)沙源，對(duì)改善區(qū)域的環(huán)境作用非常顯著[1]。

3 工程任務(wù)

為了達(dá)到《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》中提出的攔河蓄水工程措施“在主河槽內(nèi)修建橡膠壩，橡膠壩兩側(cè)修建橫向生物堰，在枯水期使河道主槽的水漫過灘地形成淺水濕地，濕地中栽植蒲草等親水植物。另外為防止橡膠壩上游河槽塌岸泥沙進(jìn)入河道，減少因河道平面擺動(dòng)對(duì)橡膠壩運(yùn)行安全造成的影響，計(jì)劃對(duì)每座橡膠壩上下游河道兩側(cè)河槽進(jìn)行必要的工程防護(hù)，河道工程防護(hù)采用格賓石籠等生態(tài)工程措施，以利于水生植物的生長，在發(fā)揮工程防護(hù)作用的同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境”。本次工程的任務(wù)是在通江口大橋上游3.2km修建主槽橡膠壩，對(duì)主槽兩側(cè)的灘地進(jìn)行降灘處理，使該地區(qū)上下游范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的水面，同時(shí)水面漫過灘地形成濕地，在濕地中種植水生植物達(dá)到為遼河干流凈化水質(zhì)的目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上，改善生態(tài)環(huán)境[2-4]。

4 工程規(guī)模設(shè)計(jì)

4.1 橡膠壩長度確定

本次工程在主槽布置橡膠壩的同時(shí)，在橡膠壩的兩側(cè)還要布置橫堤。在橡膠壩長度及橫堤長度的確定上應(yīng)考慮各個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)狀河道的主槽寬度為120m，從壩址上下游來看，壩上游主槽寬度在140-180m，下游主槽寬度130m左右，本著優(yōu)化行洪斷面，優(yōu)化濕地景觀效果等原則，所以確定橡膠壩長度在原有主槽120m寬的基礎(chǔ)上加寬30m。

4.2 橡膠壩底板高程確定

為最大限度地滿足泄洪要求，減少建壩后對(duì)河道的淤積影響，保證洪水安全下泄，根據(jù)《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》規(guī)劃在主槽和兩側(cè)灘地形成穩(wěn)定的水面，考慮遼河多泥沙河流特性，維護(hù)河道自然比降不變，利于行洪和排沙。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，壩址處河底平均高程70.7m，則橡膠壩底板高程確定為70.7m。

4.3 橡膠壩壩高確定

為保證橡膠壩蓄水時(shí)水面高于現(xiàn)狀兩側(cè)灘面0.3-0.5m，根據(jù)壩址兩側(cè)地形條件，左側(cè)灘地高程為73.20m，左岸周家網(wǎng)地面高程為73.70m，為了對(duì)周家網(wǎng)地區(qū)不造成浸沒的影響，初選橡膠壩頂高程不能超過73.70m。右側(cè)灘地高程為72.2m，綜合考慮1、河道灘地降灘土方量2、土方不外運(yùn) 3、土方平衡4、橡膠壩運(yùn)行和管理，確定橡膠壩壩頂高程為73.2m，壩高2.50m。

4.4 橡膠壩規(guī)模選取

橡膠壩總壩長150m，設(shè)計(jì)擋水位73.2m，3跨橡膠壩，壩高2.5m，壩底板頂高程70.7m。左岸橫堤長度為127m，右岸橫堤長度為86m。本次工程在主河槽內(nèi)修建橡膠壩，壩右岸距離山體很近，并且下游濕地面積很小，因此右岸橫堤不過流量，橫堤頂高程與橡膠壩右岸翼墻頂高程73.70m一致，右岸橫堤與右岸山體相接。左岸橫堤按照規(guī)劃中提出的生物堰行式，即在左岸灘地修建高于灘地的生物堰，堰頂高程和橡膠壩高程一致，堰頂和橡膠壩頂同時(shí)過流。左岸為周家網(wǎng)村，地面高程為73.80m，在橡膠壩完建蓄水后避免對(duì)村子造成浸潤影響，在橡膠壩的左岸修建一道1.8km順堤，順堤頂高程為73.70m，順堤距周家網(wǎng)村最近處距離250m，并且采取工程防滲措施，對(duì)該村不會(huì)造成浸潤影響。

4.5 工程規(guī)模合理性分析

工程所在河段距通江口水文站較近，因此選取該站作為代表站進(jìn)行分析。本工程橡膠壩的主要作用是在枯水年份植物生長期滿足濕地用水量，沒用防洪和灌溉的要求。因此在植物生長期應(yīng)該盡量減少橡膠壩塌壩運(yùn)行，以滿足濕地中水生植物生長期用水量。濕地中水生植物生長用水期集中在4-6月份，根據(jù)通江口實(shí)測(cè)4-6月、9-11月徑流量系列進(jìn)行保證率計(jì)算，采用經(jīng)驗(yàn)頻率排頻，選取50%、75%頻率對(duì)應(yīng)的月徑流相近的年份作為典型年，由典型年的4-6月、9-11月實(shí)測(cè)逐日流量資料繪制流量歷時(shí)保證率圖成果，見圖1、圖2。由流量歷時(shí)保證率得到各保證率日平均流量，見1表。

表1 各保證率日平均流量成果表 m3/s

圖1 4—6月逐日流量歷時(shí)保證率圖

圖2 9—11月逐日流量歷時(shí)保證率圖

通過與生產(chǎn)橡膠壩廠家溝通，確定和平橡膠壩設(shè)計(jì)過流能力為36.4m3/s，極限過流能力為56.1m3/s。即當(dāng)溢流流量長時(shí)間超過設(shè)計(jì)過流能力時(shí)，橡膠壩需塌壩運(yùn)行，而橡膠壩短時(shí)間內(nèi)流量達(dá)到甚至超過設(shè)計(jì)流量，橡膠壩可以繼續(xù)運(yùn)行，但是橡膠壩的極限過流能力是56.1 m3/s，一旦過流達(dá)到極限過流能力，則橡膠壩必須塌壩運(yùn)行，防止橡膠壩壩袋因壓力過大而損壞。通過計(jì)算橡膠壩上游溢流水深為30cm時(shí)，橡膠壩和左岸生物堰設(shè)計(jì)流量為73.7m3/s，橡膠壩和左岸生物堰極限流量114.1m3/s。

通過表1比較可以看出，通江口站4-6月各保證率下日平均流量比9-11月份小。本次橡膠壩主要作用保證植物生長期4-6月上下游濕地供水量，盡可能減少塌壩次數(shù)，一般在枯水期運(yùn)用，用4-6月份中P=50%典型年逐日流量成果與橡膠壩和生物堰過流量進(jìn)行比較。可以看出P=50%典型年(1961年)4-6月份91d里共有3d超過橡膠壩和生物堰設(shè)計(jì)流量，沒有超過橡膠壩和生物堰極限過流能力。即需要塌壩運(yùn)行的天數(shù)在0-3d，占總天數(shù)的0%-3%。同時(shí)修建橡膠壩主要用于枯水年份的4-6月保證濕地用水量，即頻率為75%或大于該頻率的年份。從圖1、圖2及表1中可以看出，P=75%的年份日平均流量比P=50%的年份小，實(shí)際塌壩的天數(shù)僅為1d。

通過以上分析可以看出，在枯水年份4-6月濕地供水期，橡膠壩塌壩運(yùn)行的天數(shù)較少，在濕地植物生長期，可以持續(xù)正常運(yùn)行橡膠壩，這就能滿足生態(tài)濕地的用水量，同時(shí)也方便橡膠壩運(yùn)行和管理。因此本次橡膠壩工程所選取的規(guī)模是合適的。

5 濕地工程設(shè)計(jì)

濕地主要的作用包括以下幾點(diǎn)：固灘沉淤、凈化水質(zhì)、保持生態(tài)、美化環(huán)境。橡膠壩建成后，上游水面高程為73.2m，左岸通過降灘形成300-500mm的淺水區(qū)。利用這部分淺灘，通過對(duì)當(dāng)?shù)卦参锶郝涞姆N植來恢復(fù)當(dāng)?shù)卦鷳B(tài)系統(tǒng)?？拷迩f一側(cè)修建2500m長順堤。右岸山坳處地勢(shì)平坦且水流平緩，結(jié)合山體，分層次栽植耐水濕植被如小青楊、菖蒲等，與左岸片林形成呼應(yīng)。淺灘處利用低洼地形，形成800-1200mm池塘，養(yǎng)殖荷花。打造靜水面，形成幽靜的荷塘美景，防腐木棧道蜿蜒其中，步移景異。

下游水面高程70.7m。下游左岸生物堰匯流的水系在灘地上形成300-500mm曲折溪流，利用原有的地形，適當(dāng)進(jìn)行土方的調(diào)整，在灘地上通過堆微地形，來平衡土方，整理陸上水系，形成溪流濕地景觀帶。右岸在提水站下游右岸陸上的原有水塘經(jīng)過處理形成陸上濕地肌理。灘地植物的種植，充分利用當(dāng)?shù)卦鷺浞N，著力恢復(fù)當(dāng)?shù)氐脑季坝^形態(tài)。結(jié)合背景林帶，主要種植低矮的灌木與水生植物，為濕地景觀增加了豐富的層次[5-6]。

主河道兩端種植菖蒲為主的水生植物組團(tuán)，形成粗放、自然的水生濕地景觀。灘地上植物的種植，充分利用當(dāng)?shù)卦鷺浞N，著力恢復(fù)當(dāng)?shù)氐脑季坝^形態(tài)。結(jié)合原有的護(hù)堤林帶，隨山就勢(shì)地種植喬木、灌木與水生植物。喬木以耐水濕、速生的小青楊為主，片林形式栽植。灌木組團(tuán)以具有經(jīng)濟(jì)植物杞柳和紫穗槐為主體，大面積的組團(tuán)方式，在不影響防洪的基礎(chǔ)上來營建粗放的大地景觀肌理。池塘、沼澤內(nèi)重點(diǎn)種植荷花、千屈菜、香蒲等靜水種植植物材料。結(jié)合以波斯菊為主的野生草花組合來打造一條具有地方特色的水上濕地與陸生濕地交相輝映的生態(tài)濕地景觀肌理。

6 結(jié) 語

遼河干流法庫段(和平)生態(tài)蓄水工程2013年開始建設(shè)，2014年并投入運(yùn)行，目前該工程所在區(qū)域被命名為“遼河神龍灣”景區(qū)。本工程通過合理的布局及精細(xì)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了前期規(guī)劃的效果，充分發(fā)揮濕地固灘沉淤、凈化水質(zhì)、保持生態(tài)、美化環(huán)境作用，為今后遼河濕地建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。