洛河濕地建設的防洪影響分析

李城涵,孫 晨,宮雪亮,公緒英

(1.山東水文水環境科技有限公司，山東 濟南 250014;2.山東省水利勘測設計院有限公司，山東 濟南 250013)

莒縣洛河人工濕地水質凈化工程位于洛河右岸灘地，對水質進行深度凈化，降低了排入洛河的各項污染物濃度，改善水體水質，改善河道和沿岸的生態壞境，促進洛河流域的生態恢復。由于濕地工程建于河道灘地上，需要進行防洪評價，對工程進行壅水、沖刷計算和基礎深度復核，并從相關規劃、防洪標準適應性、河道泄洪、河勢穩定、防汛搶險、第三方影響等方面對防洪的影響綜合分析[1]。

1 工程概況

1.1 項目概況

本工程在建濕地位于莒縣洛河鎮政府駐地洛河右岸灘地，樁號范圍10+120～10+850，總占地面積約69 畝，其中人工濕地占地面積22.35 畝。

本工程主要由濕地公園、新建沉砂池、集水池、人工濕地、生物指示池、檢測用房等部分組成，大部分位于洛河右岸灘地，只有洛河護岸位于河道左岸。整個工程布置包括河道工程、水處理工程(人工濕地)和生態景觀工程3 部分。

河道工程包括左岸400 m 洛河護岸，原橡膠壩處加設3跨18 m 的翻板閘。水處理工程包括主要構建筑物有進水渠、一級配水渠、一級潛流濕地床、一級集水渠/二級配水渠、二級潛流濕地床、二級集水渠、集水池、生物指示池、在線監測站房，布置在洛河右堤內堤角外緣東側，寬約70 m。生態景觀工程主要是在人工濕地入口處，布置濕地公園。生態景觀工程主要構建筑物有排水溝、人行卵石道、木棧道、擋土墻等。

圖1 工程總平面布置示意圖

1.2 河道斷面情況

項目區范圍內(樁號10+120～10+850)的河道河底高程為128.34 m～129.91 m，設計堤頂高程為135.08 m～136.63 m，主河槽寬度54 m～84 m，左岸灘地寬度20 m 左右，高程133 m左右，右岸灘地寬度44 m～95 m，灘地高程132 m～134.8 m。

2 防洪評價計算

2.1 設計洪水

洛河濕地工程的防洪標準同所在河道的設計標準，為20 年一遇。洛河人工濕地水質凈化工程位于唐家河口下，樁號為10+120～10+850，采用入沭河口的設計洪水成果，P=5%設計洪水流量為1100 m3/s。

2.2 壅水分析計算

為準確反映莒縣洛河人工濕地水質凈化工程建設前后河道的水面流動，本次對工程建成前和工程建成后遭遇20 年一遇洪水情況下的水面線分別進行推求，對比分析工程對河道行洪的影響。

河道水面線按天然河道恒定非均勻流基本方程式計算:

式中:Z1、Z2分別為上、下斷面水位，m;V1、V2分別為上、下斷面流速，m;△hW為水頭損失，m;△hf為沿程水頭損失，m;△hj為局部水頭損失，m。

工程建設前，洛河入沭河口處采用20 年一遇設計流量1100 m3/s，設計水位為119.5 m，本次以該水位作為起始水位。洛河沒有實測資料，根據歷次治理采用的糙率和河床灘地的實際情況分析采用糙率的合理性。確定洛河主河槽糙率取0.03，灘地糙率為0.07。

根據工程設計相關圖紙，濕地工程對原有河灘地進行了下挖，據此對濕地工程范圍內的河道橫斷面數據進行修改和概化。

工程建設前后20 年一遇洪水標準下各典型斷面水位對比情況見表1。

表1 20 年一遇洪水工程建設前后水位對比表

通過天然河道水面線計算，工程建設不會產生壅水。

2.3 河道沖刷計算

檢測室近似單個橋墩，經地質勘察，工程范圍內土壤類型為中粗砂，故沖刷計算采用《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30-2015)中的非黏性土河灘一般沖刷和局部沖刷計算公式，墩形系數為1，計算寬度取檢測室占行洪斷面寬度4 m。

根據有關工程地質資料，及其它洛河有關河床質粒徑資料、洪水資料及水文、地質條件，綜合分析確定沖刷計算參數，成果見表2。

表2 檢測室沖刷計算成果表 單位:m

經計算，發生20年一遇洪水時，檢測室處沖刷深度為1.51 m。

2.4 基礎沖刷深度復核

護岸工程建于左岸主河槽邊坡上，護岸設計基礎深度1.0m。擋墻工程建于左岸主河槽邊坡上，位于人工濕地與原河灘之間，漿砌塊石結構，埋在灘地以下基礎深度為3 m。翻板閘位于右岸主河槽，鋪蓋基礎深度為1.6 m。應對這3 處基礎深度進行復核。

坡腳處沖刷深度計算采用《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)中的順壩及平順護岸沖刷深度公式(D.2.2-1)進行計算[2]。

式中:hs為局部沖刷深度，m;H0為沖刷處的水深，m;Ucp為近岸垂線平均流速，m/s;n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/4～1/6;η為水流流速不均勻系數，根據水流流向與岸坡交角查算;U為行近流速，m/s;Uc為泥沙起動流速，m/s，采用張瑞瑾公式計算。

根據上述公式，發生20 年一遇洪水時基礎沖刷深度的計算成果見表3、表4。

表3 護岸處基礎沖刷深成果表

表4 擋墻處基礎沖刷深成果表

通過計算，護岸處(河槽)基礎沖刷深度為1.43 m，現狀設計基礎埋深為1.0 m，不滿足要求，建議將基礎埋深加大到1.5 m 以下或增加拋石等防護措施，以確保護岸安全;擋墻處(右灘地)基礎沖刷深度為0.89 m，小于其的基礎埋深3 m，無需再采取措施;翻板閘處基礎沖刷深度為1.26 m，小于其鋪蓋基礎深度1.6 m，無需再采取措施。

2.5 洪水對濕地的沖淤影響

由于本工程項目選址地處洛河河道的灘地上，河道發生20 年一遇設計標準洪水時，設計洪水位在133.88 m～134.38 m之間，右岸濕地設計高程在132 m 左右，擋墻設計高程為132.4 m，濕地被洪水淹沒1.48 m～1.98 m。根據洛河流域洪水特性，自然濕地處洪水停留時間較短，雖然不會對濕地工程產生巨大影響，但淹沒會對濕地產生一定的泥沙淤積影響。洪水過后，通過清除濕地表層淤積物、對部分淤積較重的區域換填填料、補植水生植物等措施，可有效恢復濕地功能。

3 防洪影響評價

3.1 與相關規劃的關系與影響分析

洛河治理工程于2018 年已施工完畢，使洛河下游段達到20 年一遇防洪標準。洛河目前無其他治理規劃，故濕地的建設對河道的規劃無影響。

根據洛河岸線利用管理規劃，濕地工程所在河段岸線功能區劃分為岸線保留區。在岸線保留區現狀開發程度不高，因此允許濕地建設、控制開發性綠地建設。濕地工程的建設符合岸線規劃的要求。

3.2 與現有防洪標準的適應性分析

檢測室位于濕地東南角，緊鄰洛河大堤，檢測室底高程同洛河灘地高程為133 m，擋墻頂高程132.4 m，當發生20 年一遇洪水時附近河道斷面設計洪水位為133.88 m，淹沒水深0.88 m。工程建筑物設計防洪標準低于現有防洪標準。同時濕地公園及潛流濕地布置在灘地上，設計高程在132 m 左右，右岸擋墻設計高程為132.4 m，均低于設計洪水位。當發生20 年一遇洪水時，洛河利用灘地行洪，洪水會短暫淹沒濕地公園及潛流濕地。

3.3 對河道泄洪的影響分析

根據工程設計中高程設計內容，工程在設計各濕地單元高程時，遵循不減少洛河行洪斷面，不抬高現狀灘地地面高程的原則，對灘地進行少量下挖，不會產生阻水影響。另外河灘地本身種植苗木，濕地建成后改種景觀樹木及水生植物，糙率變化也不大，同樣不會影響行洪;檢測室位于濕地東南角，緊鄰洛河大堤，尺寸為3 m×4 m，規模小，阻水影響在水面線推算更改河道斷面時已考慮。

工程后濕地底高程為132 m，工程前灘地高程為132 m～133.22 m，灘地整體進行了下挖，增大了河道過流能力。河道內遭遇20 年一遇洪水時，通過天然河道水面線計算，工程建設不會對河道泄洪產生影響[3]。

3.4 對河勢穩定的影響分析

擋墻建成后將改變河道斷面的原有狀況，發生20 年一遇洪水時，使水流的流態流勢發生變化，影響天然河道已形成的動力平衡狀態，有可能使下游段發生河道沖刷現象。

檢測室建于右側灘地，加重對下游河灘的沖刷，對河勢穩定有一定的影響。

3.5 對堤防的影響分析

莒縣洛河人工濕地水質凈化工程建設滿足防滲、防堵塞等方面要求，洛河右堤堤防臨水側與濕地工程間距基本保持5m 的距離，滿足護堤地寬度要求，只有檢測室在護堤地5m范圍內，由于檢測室所在位置并未對灘地進行下挖，所以不會對堤防產生不利影響。

3.6 對防汛搶險的影響分析

因工程需在灘地施工，為了不影響行洪安全，應選擇在非汛期施工，達到不影響防汛搶險的目的，建設單位應與河道主管部門加強聯系，制定應急方案，防范可能發生的汛情。工程運行期不會占用堤頂管理道路，不會對防汛交通及管理道路造成影響。

3.7 對第三人合法水事權益的影響分析

根據洛河岸線利用管理規劃，項目區上游300 m 處有1處洛河崖交通橋、有3 處涵管和1 口大口井，根據水面線推算成果，濕地建設使得附近水位略有下降，不會對橋梁、管涵及大口井造成不利影響。濕地工程的建設可以保持原有水量不變的前提下，優化水質，有效提高水資源可利用量。濕地建設不會對第三人合法水事權益造成影響。

4 結論及建議

4.1 結論

(1)洛河人工濕地水質凈化工程建設符合河道治理規劃以及岸線規劃的要求。

(2)工程設計標準符合現有河道防洪標準，但部分工程建筑物設計防洪標準低于現有防洪標準，檢測室和濕地存在淹沒風險。

(3)通過對工程建設前后水面線的分析，工程建設不會對河道泄洪產生不利影響。

(4)檢測室建設將會導致流速加大，加重對下游河灘的沖刷。擋墻的建設改變了水的流態，對河勢穩定有一定的影響。

(5)工程建設基本不會對洛河堤防產生不利影響。

(6)洛河人工濕地水質凈化工程建議應在非汛期進行施工，以免對防汛搶險造成不利影響。

(7)濕地工程建設對第三人水事合法權益無影響。

4.2 建議

(1)加強與洛河各有關部門的聯系，注意掌握橡膠壩上游的雨、水情信息，制定切實可行的施工期防汛預案，確保施工的安全。

(2)由于工程建設需占用河道，施工期對行洪可能有一定的影響，為確保安全，工程施工期盡量安排在枯水期;施工期做好臨時棄渣場水土保持工作。汛期需拆除河道內臨時圍堰和臨時建筑，確保防洪度汛安全。

(3)在發生20 年一遇洪水時，濕地公園及檢測室有被洪水淹沒的風險。建議做好相應的應急方案及洪水后清淤工作，盡量將檢測室移出灘地。若難以移出，建議將檢測室底高程抬高到20 年一遇洪水位(133.88 m)以上，防止檢測室被洪水淹沒;檢測室周圍采取路面硬化等措施防止洪水沖刷影響。

(4)通過對護岸、擋墻基礎埋深的復核，建議護岸處(河槽)將基礎埋深加大到1.5 m 以下或增加拋石等防護措施;擋墻處和翻板閘處基礎埋深滿足沖刷要求，不需再做額外處理。