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

（北票市凌河保護區管理局，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

（北票市凌河保護區管理局，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、濕地及相關計算等方面的內容進行了論述。工程實施后，既提高了防洪能力，又充分利用了水生植物的特性，進一步凈化水質、改善項目區生態環境。濕地工程的規劃與河道生態景觀工程相結合，進而達到保證水量、改善水質、美化環境和護岸固坡的綜合效果。

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，以牤牛營子橋為節點，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、兩節點”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；“兩節點”為牤牛營子橋節點、河口節點。上游段據現場勘查生態狀況較好，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，但此區域內居民投放垃圾較為嚴重，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，在此處設計一道拋石陡坡。牤牛營子橋下游段有大量的建筑垃圾、沙堆、沙坑等。由于投資規模的限制本次對局部較為嚴重地段進行平整修復。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，重體現河道的生態多樣性，以達到綜合治理、取得綜合效益的目的，從而進一步改善生態環境，實現可持續發展。在河口處進行局部降灘，形成淺流及灘地，保護鳥類棲息地。

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結構，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，基礎也為石籠，下部設置20 cm厚的砂墊層。

2.2 壅水高度計算

潛壩泄量校核按堰的形式進行計算，結構為寬頂堰，泄量計算采用常規寬頂堰流量公式計算：

式中：Q為流量，m3／s；B為潛壩體單寬，m；H0為計入行進流速水頭的堰上總水頭，H0＝H＋V2／2g，進口寬敞，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；a上游堰高，m；σ為淹沒系數；利用試算法計算相應流量下的堰前水頭，潛水壩水位流量關系曲線計算結果見圖2。

圖2 堰上水頭H與流量Q關系曲線（堰高1m）

2.3 抗滑穩定計算

作用于潛壩上的荷載有：自重、靜水壓力、動水壓力、淤沙壓力。

抗滑穩定計算采用《砌石壩設計規范》SL25—2006中提供的公式進行計算：

式中：K為抗滑穩定安全系數；f為滑裂面上的摩擦系數，取為0.4；∑W為作用于計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

潛壩自重按結構設計尺寸與材料重度計算確定。

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

垂直于潛壩結構表面某點處的靜水壓力應按下式計算：

式中：Ptr＝ρwgh cosθ為計算點處的靜水壓力；Ptr＝ρwgh cosθ為水的重度，kN／m3，取為9.81；Ptr＝ρwgh cosθ計算點的作用水頭。

上游的靜水壓力根據荷載組合所規定的水位確定，下游靜水壓力根據相應的不利下游水位計算確定。

2.3.3 動水壓力

作用在潛壩過流面面積上的動水壓力（包括時均壓力和脈動壓力），按照面積上各點動水壓強的合力計算。本次設計不考慮水流的脈動影響結構的安全或引起結構的振動，所以不考慮脈動壓力的影響。

漸變流時均壓強的代表值，根據5 a設計情況下水流條件，通過計算，求得水面線后按下式進行計算：

式中：ptr為過流面上計算點的時均壓強代表值，kN／m2；ρw為水的密度，kg／m3；h為計算點的水深，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準值可按下式計算：

式中：Psk為淤沙壓力標準值，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，本次設計取為21.5；n為淤沙的孔隙率，本次設計取為25%；hs為泥沙淤積厚度，m；φs為淤沙的內摩擦角，20°。

2.3.5 結論

各項作用力計算結果見表1。

表1 作用于潛壩上的作用力計算結果

經計算抗滑穩定安全系數均＞1.05，滿足設計要求。

2.3.6 防洪標準的確定

潛壩采用石籠結構，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準按塊石保持穩定抗沖粒徑公示計算，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為石塊運動的穩定系數，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。

經計算，d＝26 cm，小于所選塊石粒徑范圍，所以工程滿足5 a一遇洪水防沖標準。潛壩工程量統計表見表2。拋石陡坡工程量統計表見表3。

表2 潛壩工程量統計表m3

表3 拋石陡坡工程量統計表

3 濕地工程

3.1 濕地設計

根據現場及資料的統計，選定項目區段0.04 m3／s為濕地最低保證水位，修建潛壩后出現壅水，根據水面計算，修建潛壩后出現壅水的高程范圍為140.90 m。對0＋300－0＋500處的濕地進行降灘，通過地表水及河道徑流進行補給。通過對規劃后高程情況，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算成果表見表4。

3.2 邊灘濕地湖設計

本次設計注重體現河道的生態多樣性，以達到綜合治理、取得綜合效益的目的以進一步改善生態環境，實現可持續發展戰略為出發點和落腳點。本次設計擬對規劃段涼水河邊灘做生態處理，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算成果表

選擇適宜的植物可迅速恢復生物群落，有效提高生態效益和景觀效果。根據適應性、本土性、強凈化性和鑒賞性的原則，本次設計選擇蘆葦、作為濕地湖的主要植物。水生植物蘆葦的特性：蘆葦的植株高大，地下有發達的匍匐根狀莖。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；嫩時為優良飼料；嫩芽也可食用；花序可作掃帚；根狀莖叫做蘆根，中醫學上可入藥。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 河槽濕地設計原則

河槽濕地參照穩定塘設計，采用下挖式1.2 m，在此處為魚類洄游區，河底為沙石層，為魚類提供生態環境。

［1］申軍，李利榮，王順.城市河道景觀設計技術探討［J］.內蒙古水利，2012（05）：141－142.

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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。