盧龍縣教場河污染治理工程設計綜述

李 健，高 蛟，齊益達

（水利部河北水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程背景及基本條件

1.1 工程背景

近年來，渤海海域污染問題已引起黨中央、國務院和社會各界的高度重視。為徹底改善北戴河及相鄰地區近岸海域環境，中央和河北省委、省政府決定從2012年起開展為期3年的“北戴河及相鄰地區近岸海域環境綜合整治行動”，提出“努力使北戴河近岸海域水質2012年有明顯改觀，力爭到2014年重點區域達到I類水質”的總體目標要求。

1.2 工程基本條件

教場河位于秦皇島盧龍縣的中部，為青龍河下游主要支流，發源于盧龍縣下寨鄉的彭家溝村東，流經下寨鄉、盧龍鎮兩個鄉 （鎮）的19個行政村，沿102國道南側由東至西穿城而過，之后西行匯入青龍河，主河道全長20 km，流域面積65.5 km2，河道縱坡在1/1 000～1/600之間，屬于季節性山洪河道，具有源短、流急、暴漲、暴落的特點。

盧龍縣城處于暖溫帶亞濕潤氣候區，屬大陸性季風氣候，四季分明，春季溫涼少雨、夏季炎熱濕潤、秋季干濕相間、冬季寒冷干燥。自10月至次年5月為極地大陸氣團控制，氣候干燥，雨雪稀少，6—9月為熱帶海洋氣團與極地大陸氣團交綏地帶，氣候濕潤多雨，多年平均年降水量706.3 mm；最大年降水量1 092 mm，發生在1953年；最小年降水量323 mm；日最大降水量393.3 mm，年內降水多集中在七八月份，約占全年降水量的70%。縣城多年平均氣溫為10.6℃，1月最冷，平均氣溫-6.2℃，多年平均最低氣溫-15.4℃；7月最熱，平均氣溫24.8℃，多年平均最高氣溫33.4℃；年極端最高氣溫39℃。

教場河流域無實測徑流資料，本次設計主要通過暴雨途徑推算流域設計洪水。設計暴雨采用《秦皇島市水文手冊》中提供的特征時段暴雨等值線圖計算，設計洪水按分段進行計算。經計算，本次設計洪水計算成果與海河水利委員會批復的灤河青龍河口段防洪治理工程可行性研究報告中設計洪水成果基本一致，本次設計該河段設計洪水仍沿用前述批復成果，教場河20、10、5年一遇設計洪峰流量分別為190、128、76 m3/s。

2 工程規劃

2.1 工程任務

教場河污染治理項目的主要任務是：通過對教場河8.1 km河道實施清淤清污及修建護岸堤防工程，結合新建橡膠壩等工程措施，改善渤海灣及河道自身水環境，保證下泄青龍河入渤海水質達標，提高河道防洪能力，恢復河系健康生態系統，優化河系環境，形成城內連續水面，美化縣城環境，支持區域經濟社會的可持續發展。

2.2 工程規模

根據文獻[1]，盧龍縣城為一般城鎮，保護人口小于20萬人，教場河采用20年一遇防洪標準，設計洪水流量為140～190 m3/s。治理范圍內河道左右堤按20年一遇防洪標準設防，教場河污染治理項目等別為Ⅳ等，堤防工程級別為4級。橡膠壩工程等主要建筑物為4級，次要及臨時建筑物為5級，建筑物抗震設防烈度為7度。

3 河道治理布置原則

為達到徹底清污的目的，綜合考慮盧龍縣城防洪問題，根據河道現狀情況和實際地形條件，并與盧龍城區總體規劃相協調，依據文獻[2]，確定以下線路布置原則：

（1）以徹底清除河底污泥、避免污水處理廠達標出水2次污染為清污治理的基本原則。

（2）本著突出重點、統籌兼顧、合理布局的原則，針對上下游、左右岸、干支流情況及防洪工程體系存在的問題，合理確定工程布局。

（3）立足現狀，兼顧長遠，在完善河道防洪工程體系的基礎上，為城區綜合開發搭建平臺。

（4）滿足防洪設計功能及規模要求，并與已實施段工程有較好的銜接性，盡量避免占地和拆遷，就地取材，盡量節省工程投資。

（5）堤線力求自然，各堤段平順連接，并考慮防洪搶險和工程管理的要求。

（6）改善周邊生態環境，不干擾或盡量少干擾社會經濟環境，最終達到技術可靠、經濟合理、環境健康、社會滿意的效果。

根據各個地基處理方案的適用條件，結合本工程的地基情況，確定采用水泥土攪拌法。

4 工程設計

4.1 河道治理工程

本次教場河污染治理工程起自教場河與青龍河主槽交匯處 （教場河防洪閘1 070 m）、設計樁號0+ 000，終至肖家河村東、設計樁號8+100，全長8.1 km。

考慮到建成的趙莊子攔河閘、規劃建設的教場河防洪閘以及樁號1+270－3+400段兩岸已修建的擋土墻工程，本次治理方案根據兩閘的位置將河道分3段分別進行設計，斷面設計依據已（預）建工程情況，努力保障新老工程的順暢銜接。通過對河道實施清淤清污、筑堤防護等綜合措施，使治理后河道實現徹底清污的目標，達到20年一遇洪水標準。

4.1.1 河道治理縱斷面設計

本次教場河治理段全長8.1 km，20年一遇設計洪水流量190 m3/s。治理段現狀河道平均縱坡約為1/1 000～1/600，本次設計充分結合原河道縱坡走勢，考慮到治理段下游防洪閘及中游趙莊子攔河閘的結構布置及其與上下游的銜接關系，將河底縱坡分3段設計，樁號0+000－1+033（防洪閘下海漫）段采用1/800，樁號1+100.3（防洪閘上護底）－4+095.75（趙莊子攔河閘下）段采用1/650，樁號4+120（趙莊子攔河閘上）－4+200段采用1/80，樁號4+200－6+200段采用1/1000，樁號6+200－8+100段采用1/650。樁號1+033、1+100.3、4+120處河底高程為控制性高程，分別為31.86、31.89、38.69 m，3段河道設計河底縱坡分別依此控制性高程推算。

通過對河底污泥進行厚度勘察，教場河全線河底污染層厚度為1.0～1.5 m，按照以上控制高程及縱坡進行河道清淤，多數河段能夠保證清污徹底。對于局部不能徹底清污的河段，施工過程中根據現場情況以徹底清除河底污泥為標準適當增加清污厚度。

4.1.2 河道治理橫斷面設計

本次教場河治理段位于山前平原區，按兩閘位置劃分的3個河段，現狀地形各不相同。本工程針對各河段特點分別擬定斷面方案。

（1）樁號0+000－1+033（防洪閘下海漫）段處于規劃的青龍河防洪堤以內，地勢較平坦，屬于青龍河行洪灘地。河道設計采用底寬40 m方案對行洪主槽進行清淤疏浚，保證教場河主槽平順延伸入青龍河主槽。主槽開挖邊坡按天然穩定邊坡1∶3.0控制。

（2）樁號1+100.3（防洪閘上）-4+095.75（趙莊子攔河閘下）段絕大部分位于縣城主城區內，本段河道既不宜產生過多的工程占地以減少工程投資，又要滿足防洪安全、生態景觀的要求。經方案比選，河道斷面采用復式斷面，下部為漿砌石擋墻矩形槽，擋墻高度根據河道蓄水位確定，墻頂高程為河道蓄水位以下0.7 m，以利于墻頂水生植物生長；擋墻以上河道部分由景觀工程設計、投資，采用梯形斷面，邊坡不陡于1∶3，景觀地形高程不低于20年一遇洪水位+設計超高。

（3）樁號4+120（趙莊子攔河閘上）－8+100段河道斷面變化相對較大，部分河段河底寬窄不一，20～60 m不等，兩岸多村鎮，且部分村鎮緊鄰河道。該段河道治理設計底寬原則上按40 m控制，現狀寬度大于40 m的河段仍然按照現狀寬度確定河底，設計段內寬度基本統一，段間平順漸變，設計河底范圍進行清淤疏浚，兩岸結合村鎮建筑及其他地物采用1∶2.5邊坡對現狀兩岸進行必要筑堤防護。該方案采用堤線自然的治理理念，依據河勢適當整理河道，宜寬則寬，過窄河段適當擴挖，保持并優化了原有行洪寬度，增加了防洪保障率，根據兩岸現狀進行必要筑堤防護，總工程量最小，迎水面護坡防護工程投資較之擋墻更為節省，方案整體經濟性好。

4.2 新建橡膠壩工程設計

為了營造縣城段河道寬闊水面、美化縣城環境，本次設計于河道樁號2+730處新建橡膠壩1座，長40m，寬10 m，高2.5m，上游設10 m混凝土鋪蓋，鋪蓋首端設5.5m寬拋石防沖槽，下游設10 m長混凝土消力池，消力池下接5 m長砌石（石籠）海漫，海漫末段設11.5 m長拋石防沖槽。泵房布置于左岸，沖壩水源為橡膠壩上游靠右岸大口井，壩袋采用充水式，內壓比α＝1.4，壩袋采用雙錨固線。

5 新型生態護岸技術的應用

由于教場河河道縱坡相對較陡，沿岸村莊及彎道多，流量較大，設計流速較高，村莊及彎道處迎水面在行洪期間堤基表層土易受沖刷，影響堤岸安全。因此，本次設計對樁號4+120－8+100段村莊及河道彎道處兩側內坡采用必要防護措施，防止洪水沖刷，保證邊坡穩定。經方案必選，最終選用格賓石籠網墊護坡作為河道護岸形式。

格賓網石籠護岸是近幾年廣泛應用的一種生態護岸技術，具有柔中帶剛、導濾抗沖、護持水土、還原生態、適應變形等優點。格賓網是指經表面防蝕處理的低碳鋼絲通過機械偏織而成的雙鉸六角形柔性金屬網。格賓護坡是將上述金屬網綁扎成不同結構和尺寸的相互連接的網籠、網墊，填入適當的石塊，然后綁扎蓋網形成的石籠、石墊整體護面。當帶土球的植物根系經石間土進入坡體之后，可以起到淺層長期錨固作用，稱為根錨。 植被、石籠、石墊與土坡一四者形成一個剛柔相濟的“板塊”，柔中帶剛，既綠化環境，保持水土，又能適應一定的位移。“板塊”既可以抵抗坡面外水沖刷，也可以排除內水。一兩年后，根系深扎，盤根錯節，起連接作用的格賓網將與具有強大再生力的植被根系共同發揮護坡作用。格賓結構本質上都具有透水性，對地下水的自然作用及過濾作用具有較強的包容性，水中的懸移物和淤泥得以沉淀于填石縫中，有利于自然植物的生長，逐步恢復原有生態環境。

6 效益分析

盧龍縣教場河污染治理項目的效益主要是改善環境和提高防洪效益。受益地區為秦皇島市環渤海地區。秦皇島市是我國重要的旅游城市，通過對河道進行治理，結合污染治理設施的建設運行，能夠保證入海水源的清潔，保護環渤海地區的生態環境，改善渤海水質，有利于增加秦皇島市的環境發展競爭力，對地方經濟發展具有巨大的推動作用。

教場河橫穿縣城，沿河地區村莊密集，經濟較發達，河道周邊地區擁有眾多經濟效益好、可持續發展能力強、運作靈活、多元發展的中小型企業，各項經濟指標在全縣均排名靠前。本工程可提高河道防洪標準，待污染治理項目全部完工后，可使教場河滿足20年一遇標準的防洪要求，保障縣域經濟的持續健康發展，保護人民生命財產免受洪水危害，因此本工程的防洪經濟效益也較大。

同時，教場河污染治理項目能夠營造健康的生態系統，提高當地居民的生活質量，有利于提升縣城整體形象，增強縣城的環境競爭力，對縣域經濟的發展和招商引資都將產生極大的推動作用。因此，工程的實施還具有較高的生態和社會效益。

[1]SL252－2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]GB50286－1998，堤防工程設計規范[S].

[3]GB50288－1999，灌溉與排水工程設計規范[S].

[4]DL 5077－1997，水工建筑物荷載設計規范[S].

[5]SL/T191－2008，水工混凝土結構設計規范[S].

[6]DL5073－2000，水工建筑物抗震設計規范[S].

[7]JTJ319－1999，疏浚工程技術規范[S].

[8]GB50007－2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[9]SL285－2003，水利水電工程進出口設計規范[S].

[10]SL171－1996，堤防工程管理設計規范[S].

[11]JGJ79－2002，建筑地基處理技術規范[S].

[12]GB50201－1994，防洪標準[S].