夏 熙，朱 林，于建忠，金美華

(江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

傳統(tǒng)的河流治理工程斷面設(shè)計(jì)多以滿足汛期行洪、過流(通航)能力為主要目標(biāo)，考慮減少阻水以利洪水下泄和減少?zèng)_刷以利堤防穩(wěn)定，往往令河流進(jìn)入快排模式，河流只是作為消化洪澇水的通道。而在非洪泛期，這種快排通道式的河道也不能充分發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)功能。隨著新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)理念的不斷深入，河道工程設(shè)計(jì)需加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)與保護(hù)共治共享意識(shí)，讓綠色一體化成為高質(zhì)量發(fā)展的鮮明標(biāo)識(shí)。吳淞江(江蘇段)整治工程地處長三角一體化經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，通過水域開闊段河道斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，利用多余土方塑造水下淺灘地形，能夠較大程度恢復(fù)護(hù)岸與主河(航)道間的生境連續(xù)性，改善河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性。此外，水下淺灘地形塑造，能消化部分河道開挖的棄土、減少對(duì)有限土地資源的占用，相應(yīng)節(jié)省工程投資?？蔀榻窈蠖喙δ苌鷳B(tài)河道優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

吳淞江源于江蘇省境內(nèi)東太湖的瓜涇口，經(jīng)瓜涇港、吳淞江、蘇州河至上海市黃浦公園入黃浦江，全長約109.5km，歷史上是太湖排水入海的主要通道之一。其中吳淞江江蘇段均位于蘇州市境內(nèi)，流經(jīng)蘇州吳江區(qū)、吳中區(qū)、工業(yè)園區(qū)及昆山市，全長約61.7km。河道總體呈東西走向，由于河道形成的歷史原因，現(xiàn)狀河道蜿蜒曲折，現(xiàn)狀口寬50～690m(平均210m)，底寬11～550m(平均50m)，河底高程為-4.7～-0.7m(平均-2.2m)。

吳淞江整治工程是國務(wù)院批復(fù)的《太湖流域防洪規(guī)劃》、《太湖流域綜合規(guī)劃》等確定的流域綜合治理骨干工程之一，并已列入國家172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程項(xiàng)目。工程建成后，將進(jìn)一步增加太湖洪水外排出路，提高流域和陽澄淀泖區(qū)防洪除澇能力，提升生態(tài)修復(fù)能力，改善區(qū)域水資源、水環(huán)境和航運(yùn)條件等。目前，吳淞江(江蘇段)整治工程一期工程已經(jīng)開工建設(shè)，正在抓緊開展其余工程的前期工作。

2 水域開闊段斷面設(shè)計(jì)

吳淞江現(xiàn)狀河道斷面變化起伏較大，經(jīng)分析，江蘇境內(nèi)現(xiàn)狀河口寬度大于設(shè)計(jì)河口寬的河道長度為32.12km，占江蘇境內(nèi)河道總長52%。以不影響防洪和通航安全為前提，選擇現(xiàn)狀口寬滿足航道寬度不小于142m(河道轉(zhuǎn)彎段單側(cè)再擴(kuò)大20m)、主行洪通道寬度不小于122m的河段作為水域開闊段進(jìn)行河道斷面優(yōu)化研究，同時(shí)還需保證淺灘填筑寬度不小于20m。因此，吳淞江(江蘇段)水域的開闊段沿河總長約30.3km，其中北岸16.5km，南岸13.8km。

2.1 常規(guī)斷面設(shè)計(jì)方案

斷面從河底高程-3.0m起，以1∶5邊坡開挖至現(xiàn)狀灘面(水域開闊段現(xiàn)狀平均灘面高程1.2m)，沿河護(hù)岸采用工字型砌塊生態(tài)擋墻，護(hù)岸底高程取為2.0m，頂高程取與青坎同高5.0m，青坎寬度為3m，青坎后側(cè)為堤防，堤頂高程6m，堤頂寬6m，堤防內(nèi)外坡1∶2，外堤腳外設(shè)置5m的護(hù)堤地管理范圍，如圖1所示。

圖1 水域開闊段河道斷面圖——常規(guī)斷面(高程單位：m,尺寸單位：cm)

2.2 優(yōu)化斷面設(shè)計(jì)方案

為滿足防洪需求，改善通航條件，河道整治常對(duì)礙航淺灘進(jìn)行開挖疏浚，平緩起伏不平的自然河床縱剖面，減小縱比降，試圖將河流形態(tài)規(guī)則化、邊界不透水固化，用平直的河堤與陡峻邊坡代替自然河流蜿蜒的岸線與平緩的淺灘，這破壞了動(dòng)植物親水環(huán)境與近岸生物的生存條件。結(jié)合生態(tài)文明建設(shè)需求，同時(shí)考慮后期生態(tài)廊道的建設(shè)，對(duì)水域開闊段河道斷面進(jìn)行優(yōu)化研究，提出如下設(shè)計(jì)構(gòu)思。

斷面從河底高程-3.0m起，以1∶5邊坡開挖至現(xiàn)狀灘面。為防止船行波對(duì)大堤的沖刷，兼顧生態(tài)效果，沿河護(hù)岸采用預(yù)制砼聯(lián)鎖塊生態(tài)護(hù)坡，護(hù)坡底高程取為2.9m(設(shè)計(jì)灘面高程)，頂高程取與青坎同高5.0m，青坎寬度為3m，青坎后側(cè)堤防設(shè)計(jì)同常規(guī)斷面。同時(shí)在淺灘外側(cè)設(shè)置圍擋，在航道與淺灘間形成分隔，一方面防止船行波的淘刷，另一方面也利于淺灘的土方填筑，如圖2所示。

圖2 水域開闊段河道斷面圖——優(yōu)化斷面(河道浚深+淺灘塑形)(高程單位：m,尺寸單位：cm)

3 方案分析

3.1 防洪及航運(yùn)影響分析

3.1.1防洪影響分析

為分析水域開闊段淺灘填筑對(duì)河道行洪能力的影響，以吳淞江河底高程、斷面形式、堤防護(hù)岸布置等情況為基礎(chǔ)，建立二維水動(dòng)力模型，選取典型段作為數(shù)值模型計(jì)算范圍，比較有、無淺灘時(shí)規(guī)劃范圍內(nèi)流速，分析在優(yōu)選布局條件下規(guī)劃斷面有、無淺灘填筑對(duì)河道行洪的影響。

由圖3可知，圖中空白處為實(shí)際高程較高洪水未淹沒處，即河道內(nèi)地勢較高與堤防處。通過數(shù)值模擬分析，水域開闊段兩側(cè)無論是否填筑淺灘，主行洪范圍均位于河道中央，兩側(cè)部分河面流速緩慢，小于0.05m/s，近似為“靜水區(qū)”。同時(shí)結(jié)合平面布置，淺灘填筑主要位于水域開闊段的靜水區(qū)，未對(duì)河道主行洪通道造成阻礙。

圖3 典型段流速分布示意圖

由此可見，對(duì)于吳淞江水域開闊型河段，河道兩側(cè)填筑一定范圍的淺灘，對(duì)河道行洪不構(gòu)成威脅。此外，依據(jù)瓜涇口水文站、周巷站水位站水位資料進(jìn)行分析，河道常水位高于2.9m(設(shè)計(jì)灘面高程)的頻率約占整個(gè)計(jì)算周期的88%，淺灘填筑的設(shè)計(jì)灘面基本位于常水位以下，進(jìn)一步佐證淺灘塑形對(duì)河道行洪無影響。

3.1.2航運(yùn)影響分析

根據(jù)《江蘇省干線航道網(wǎng)規(guī)劃》，吳淞江航道規(guī)劃等級(jí)為三級(jí)。目前蘇申外港線至界浦港段已按照三級(jí)航道整治實(shí)施，水域開闊段淺灘塑形所在的航段，航道口寬、底寬分別按照80、45m控制。由圖4可知，本次設(shè)計(jì)的淺灘塑形段外邊緣與設(shè)計(jì)航道中心線距離均大于等于60m，與現(xiàn)狀及規(guī)劃航道中心線距離較遠(yuǎn)，兩側(cè)淺灘距離不小于142m，遠(yuǎn)大于規(guī)劃航道口寬尺度要求，其實(shí)施不影響航道日常通行，也為后期航道的提檔升級(jí)創(chuàng)造了更加有利的條件，符合航道規(guī)劃要求。同時(shí)淺灘塑形段在設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮現(xiàn)有碼頭的存在，與現(xiàn)有臨近碼頭也存在一定安全距離，避免對(duì)碼頭進(jìn)出港及待泊產(chǎn)生不利影響。因此，水域開闊段淺灘塑形對(duì)航運(yùn)安全無影響。

圖4 水域開闊段與航道斷面關(guān)系圖

3.2 棄土處置

按常規(guī)河道斷面設(shè)計(jì)，水域開闊段河道總棄土共322萬m3，相應(yīng)需要棄土區(qū)面積117萬m2，共計(jì)1754畝。而優(yōu)化斷面方案中構(gòu)筑水下淺灘地形需缺土調(diào)配74萬m3，通過水下淺灘塑形除能消化超寬水域段開挖的全部水下方外，還可消納臨近河段部分水下方。因此，優(yōu)化斷面方案無需占地棄土。此外，隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，地方政府面臨著棄土無處堆放的問題，進(jìn)一步減少棄土區(qū)面積能提高主管部門的積極性，降低了工程實(shí)施難度，便于加快推進(jìn)工程的建設(shè)進(jìn)度，對(duì)“寸土寸金”的蘇南地區(qū)具有顯著的優(yōu)勢。

3.3 環(huán)境影響分析

早期為滿足防洪需求、改善通航條件對(duì)吳淞江進(jìn)行了大量工程化改造，兩岸構(gòu)筑立式或陡峻的不透水護(hù)岸，使得岸線平直化、河道斷面結(jié)構(gòu)單一，缺乏自然河流平緩的淺灘。河道通航對(duì)底質(zhì)擾動(dòng)頻繁，水體透明度低，阻礙沉水植物萌發(fā)生長，且河道整治對(duì)礙航淺灘進(jìn)行開挖疏浚，使得河道斷面缺少自然河道的深淺連續(xù)變化，破壞了近岸生物的生存條件。目前開闊段河道內(nèi)沉水植物幾乎無法生長，浮游植物種類少密度低，浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物種類數(shù)量稀少，總體上河流生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力低下，無法支持完整、穩(wěn)定的食物鏈網(wǎng)。加之近岸淺灘生境缺失，造成洄游魚類產(chǎn)卵、索餌條件不足，不利于魚類、鳥類生存繁育。在水域開闊段河道塑造淺灘地形能夠較大程度恢復(fù)護(hù)岸與航道間的生境連續(xù)性，預(yù)期可顯著增加河流生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力，改善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性，提升生態(tài)系統(tǒng)功能。主要表現(xiàn)在：

(1)修復(fù)受損河道生境，提高生物多樣性

根據(jù)現(xiàn)狀河道全線寬度不同，填筑淺灘部分是孤立的，但更多的是成群分布，呈現(xiàn)出犬牙交錯(cuò)狀，這樣的布置形式有利于形成水流的豐富變化和生境的差異性，為水生植物提供可附著生長的河床，形成陸地與水體最為活躍的交互界面，具有獨(dú)特的生態(tài)價(jià)值和資源供應(yīng)能力。同時(shí)淺灘區(qū)域流速較低、透明度良好，有利于沉水植物萌發(fā)生長，同時(shí)配置本土挺水植物、浮葉植物等，使附著在河床上的生物數(shù)量大大增加，為河道動(dòng)物提供豐富的餌料、良好的生存空間和棲息場所，將有利于浮游動(dòng)物、底棲生物的生長繁殖，同時(shí)也為多種魚類、兩棲動(dòng)物和鳥類等提供了棲息地和繁衍地，對(duì)魚類資源的增殖具有一定的促進(jìn)作用。

(2)提升河道水質(zhì)，優(yōu)化濱河景觀

淺灘的存在能夠增加河床的表面積及河道內(nèi)環(huán)境，改善水體自然復(fù)氧，有利于加快有機(jī)物的氧化分解，促進(jìn)硝化作用和脫氮作用，增強(qiáng)水體的自凈能力。淺灘填筑后打造生態(tài)濕地，篩選多種氮磷吸附能力較強(qiáng)的水生植物，結(jié)合植物生長習(xí)性、季相特點(diǎn)等因素，合理配置濕生植物群落，形成由陸生生態(tài)系統(tǒng)向水生生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶，修復(fù)和強(qiáng)化水體自凈能力。水生植物由水向陸形成變化的縱向植被帶，隨季節(jié)改變營造不同的水生態(tài)景觀，美化了河岸人文環(huán)境。同時(shí)，待后期水生植物在淺灘上自然生長成型，利于防止和減輕船行波對(duì)河岸的侵蝕淘刷。

此外，淺灘填筑工程施工期采取分段施工、人工驅(qū)魚等生態(tài)減緩措施，施工完成后采取人工增殖放流等生態(tài)恢復(fù)措施的前提下，施工期對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響是暫時(shí)的、可逆的。同時(shí)合理利用河道底泥進(jìn)行水域開闊段河道斷面地形重塑，減少了底泥在運(yùn)輸和堆放過程中的廢氣和噪聲對(duì)沿線及周邊環(huán)境的影響，進(jìn)一步避免了棄土區(qū)的尾水排放對(duì)周邊水環(huán)境的影響。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

按常規(guī)方案，河道棄土統(tǒng)一輸送至棄土區(qū)，按蘇州工業(yè)園區(qū)段的棄土區(qū)距離工程所在地60km計(jì)算，填筑臨河淺灘與運(yùn)至棄土區(qū)土方單價(jià)相差30元/m3，若再考慮棄土區(qū)水保、環(huán)保措施和臨時(shí)占地的費(fèi)用，因此在相同河段范圍下，參照類似工程造價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化后的河道浚深+淺灘塑形相比傳統(tǒng)河道治理節(jié)省投資約1.5億元。此外，由于地鐵等工程建設(shè)的大量出土，堆放在棄土區(qū)的棄土后期未必能全部消化掉，達(dá)不到復(fù)墾的條件，土地將無法再利用。根據(jù)太湖流域其它工程經(jīng)驗(yàn)，臨時(shí)占地可能會(huì)變成永久占地來存放棄土，因此投資差距還有進(jìn)一步擴(kuò)大的可能。

4 結(jié)語

(1)以不影響防洪、航運(yùn)安全為前提，優(yōu)化水域開闊段河道斷面設(shè)計(jì)，采用河道浚深+淺灘塑形方案，可減少棄土322萬m3，節(jié)約棄土占地1754畝，節(jié)省投資約1.5億元。

(2)水域開闊段利用河道開挖出的多余土方填筑淺灘，不僅達(dá)到工程棄土資源化利用、減少棄土占用土地的目的，同時(shí)增加沿岸生物多樣性，提升水體自凈和生態(tài)修復(fù)能力。

(3)以吳淞江(江蘇段)整治工程為契機(jī)，始終堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，下階段利用淺灘地形打造吳淞江綠色生態(tài)廊道，推進(jìn)長三角綠色一體化發(fā)展進(jìn)程，逐步落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)要求。