东沙河防洪工程建设与生态景观设计

王 璞

（唐山市水务局，河北 唐山 063000）

东沙河穿越遵化市区，是遵化市的母亲河。近些年，由于上游选矿产生的尾矿违法排入河道，造成河道严重淤积。生活及工业污水、垃圾向河道排放，造成了市区环境污染，不仅严重影响人居环境和城市形象，而且给城区防洪安全构成严重威胁[1]。为改变东沙河的环境状况，确保遵化市东沙河两岸人民群众的生命财产安全和保障社会的可持续发展，给人民创造一个良好的生活环境，拟对东沙河进行生态防洪综合治理，在提高东沙河行洪能力，保护经济社会发展和人民群众生命财产安全的同时，为保证城区水面常年有水，拟建设5道橡胶坝，使带状水面覆盖整个城区河道。洪水期间坍坝放水，洪水减小后升坝蓄水，充分利用河道、人工湖、湿地等资源，进行功能分区，建设滨水景观，以自然美和生态美的有机结合，构建城市河道景观。

1 设计洪水

遵化市东沙河生态防洪综合治理工程北起般若院水库输水洞出口，南至唐遵铁路桥，以规划东三环路为界。综合治理工程控制断面以上沙河流域面积为170km2，其中般若院水库流域面积130km2，水库至控制断面区间面积40km2，治理的河道即处在该区间内。工程控制断面处的设计洪水主要由般若院水库下泄洪水和水库至城区段的区间洪水两部分组成。依据《防洪标准》的有关规定[2]，根据工程等别要求，需计算50年一遇、20年一遇和10年一遇3个标准的设计洪水。设计洪水的计算采用水库设计、区间相应和区间设计、水库相应两种组成方式进行洪水组合，从中选取对工程不利组合方式成果作为工程控制断面设计洪水。

1.1 水库、区间及工程控制断面的天然洪水

水库入库洪峰和洪水过程线选用般若院水库1976年水文分析成果，由《河北省唐山地区水文手册》的经验公式法推求[3]；洪量由设计暴雨查降雨～径流关系，得径流深，再乘以流域面积求得，其中降雨等值线图来自《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》[4]。区间设计洪水、工程控制断面天然洪水按同样方法计算，则10年一遇、20年一遇和50年一遇设计洪峰及洪量成果见表1。

表1 不同重现期的设计洪水成果

1.2 水库设计洪水～区间相应洪水组合

（1）般若院水库调蓄计算。般若院水库设计洪水经般若院水库调蓄后，10年、20年和50年一遇最大泄量分别为238m3／s，409m3／s和631m3／s。

（2）工程控制断面洪水。区间相应洪水为城区处的天然洪水错时段减去水库不同重现期的洪水。水库发生设计洪水、区间相应条件下，工程控制断面的洪水为水库设计条件下的泄流过程错时段与区间相应的洪水相加。经计算可得到在该条件下工程控制断面10年一遇、20年一遇和50年一遇3个重现期的洪峰流量分别为324m3／s，435m3／s和670m3／s。

1.3 区间设计洪水～水库相应洪水组合

水库相应天然洪水为城区处的天然洪水减去区间不同设计频率的洪水，水库相应洪水经般若院水库调蓄后，得到水库相应方式的泄水过程。城区处现状条件下的洪水为水库相应的泄水错时段与区间相应的洪水叠加。经计算可知，在该条件下工程控制断面10年一遇、20年一遇和50年一遇3个重现期的洪峰分别为322m3／s，433m3／s和631m3／s。

2 生态景观设计

水利工程景观设计包含了工程设计和景观设计两个方面。工程设计主要涉及功能、安全与经济，景观设计要体现整体性、地方性、生态可持续、独特性原则等，来体现水体景观、建筑物景观和绿化景观完美结合[5]。

遵化市东沙河生态防洪综合治理工程划分为非蓄水河段和蓄水河段，根据遵化市城市发展总体规划，将治理河段分为汇流区、人工湿地沉沙净化区和生态景观区。

2.1 汇流区

般若院水库输水洞出口至规划东三环路上游，包含溢洪道泄洪渠，长8668m，河槽宽窄不一，岸坡结构各异。般若院水库输水洞尾水渠，现状河槽宽度为15～30m，深2.0～3.6m，弯道凹岸及部分河段采用浆砌石挡土墙；在输水洞出口以下1000～2000m处，河槽断面狭窄，河槽宽仅10～26m，以土堤为主；河道右岸遍布尾矿堆和尾矿库，河槽宽30m左右，以土堤为主；河段河槽宽48～60m，以土堤为主；溢洪道泄洪渠下游400m渠段断面宽度35m左右，其余渠段断面不规整，交汇口附近泄洪渠道完全被尾矿砂侵占。

东沙河治理段两岸及区间支汊河沟为泥沙的主要来源，因此综合治理应包括区间支汊河沟的小流域水土保持综合治理。但由于小流域水土保持是一项长期而易反复的工作，故将其列入长期的工程目标，近期主要实施近岸尾矿堆清理及植物固沙等工作。

2.2 沉砂净化区（生态环境区）

沉砂净化区（生态环境区）为东三环路上游至下游弯道，长600m，两岸地势较低。治理方案为将河段扩挖，形成宽100～150m、长500m的低洼湿地，湿地末端设拦沙橡胶坝。该段平时作为湿地，调节气候，汛期拦截推移质泥沙，防止小流量洪水挟带泥沙淤积于市区蓄水河段，遭遇较大洪水，塌坝泄洪，集中排沙。

2.3 生态景观区

生态景观区包括东湖水上公园、东坝主体公园（城市休闲区）、中心蓄水景观带（综合服务区）、中下游防洪景观区（古城风貌区）、下游蓄水景观区（文教科普区）等。利用东二环上游右岸空旷低洼地势的有利条件开挖人工湖，兴建东湖公园，为市民提供休闲娱乐场所，改善人居环境，带动周边房地产及相关行业的发展。

3 景观工程防洪设计

根据不同流量水面线复核东沙河现状河道行洪能力，分析结果：市区以上河段现状过流能力为150～200m3／s，局部达到350～400m3／s，三环路至南关大桥下游1.6km 河段可达450～600m3／s，南关大桥下游至112国道桥河段行洪能力仅为120～150m3／s，河道行洪能力不足10年一遇。

3.1 洪水水面线推算

市区上游段清淤后纵坡为2.3‰～5.8‰，设计底宽16～48m，设计断面为梯形。市区段南关桥以下纵坡为1.67‰，设计底宽45m；东关桥以下纵坡为1.43‰，底宽45～53m；二环桥至东关桥纵坡为1.82‰，三环路以下设计纵坡为2.0‰，三环路至东关桥之间设计底宽45m。市区河道采用复式断面。

上游段治理后仍维持土质河床，市区段护底结构采用混凝土衬砌，拦沙橡胶坝至东关段采用混凝土护坡，东关至南关之间采用浆砌石仰斜式挡墙，南关以下河段采用混凝土挡土墙。

根据推算的橡胶坝坝下水位，确定橡胶坝的淹没系数，再按宽顶堰公式反推坝上水位，然后以该水位作为起推水位进行橡胶坝上游河段水面线的推算，从而得到设计条件下的洪水水面线。其中，市区段50年一遇设计洪峰流量为670m3／s，上游段20年一遇设计洪峰流量435m3／s，输水洞尾水渠和溢洪道泄洪渠20年一遇洪水泄水能力分别为70m3／s和409m3／s。

3.2 堤顶高程确定

规划东三环路上游东沙河河堤为4级堤防，堤顶安全加高取0.3m。根据遵化市总体防洪要求，为避免上游超标洪水漫堤绕过市区防洪堤进入遵化市区，导致市区防洪堤失去意义，在市区上游规划三环路附近利用市区开挖弃土堆砌堤坝，避免上游洪水绕过防洪堤进入市区。三环路和上游高速公路建设时，利用路基作为上游防洪堤，收集坡面水。

由于东沙河穿越遵化市中心，市区段左、右堤均为3级堤防，堤顶安全加高取0.4m。

规划东三环路上游东沙河河堤为4级堤防，堤顶高程按设计水位加堤顶超高确定，安全加高取0.3m，计算超高0.6m。市区段左、右堤均为3级堤防，堤顶高程按设计水位加堤顶超高确定，安全加高取0.4m，计算超高0.7m。现状堤顶高于设计堤顶时，采用现状堤顶高程。洪水水位推算及堤顶高程设计成果见表2。

表2 东沙河河道洪水位与堤顶设计高程

4 水量调节计算

4.1 用水量分析

市区蓄水工程建设后，设计蓄水量74万m3，形成38.6万m2蓄水水域，蓄水工程的水量损耗主要包括渗漏损失量和蒸发量。

水面蒸发量主要与当地的气象条件有关。根据唐山市多年平均水面蒸发量分析，遵化市1981～2000年平均水面蒸发量为1013.3mm，扣除降水的影响并考虑存在非蓄水时段，多年平均净蒸发深度为500mm。

渗漏水量主要与河床基底的土质和地下水位埋深有关。该段河床岩性多为圆砾、砾砂、粉砂，局部地段为杂填土或粉砂淤积层，地下水位埋深大于10m，故河床渗透系数约50～200m／d，属强透水层。在工程治理中，采用土工膜防渗，参照有关规范和类似工程的防渗效果，日均渗漏量按有防渗措施渠道的自由渗漏方法计算。参照《渠道防渗工程技术规范》（SL 18-2004）有关规定[8]，确定渗漏损失水量为0.025m／（m2·d），则年渗漏量为290万m3。通过上述资料分析，蓄水景观工程全年用水量为364万m3。

4.2 水量调节

据般若院水库管理处提供的资料，建库初期以农业灌溉为主，后陆续增加了向遵化建龙、遵化热电厂和北方钢铁公司3个企业的供水任务，年设计供水量分别为500万m3、500万m3和300万m3。

根据般若院水库供水目标的要求进行水库调节，从死库容起调，水库死库容为100万m3。根据已通过河北省水利厅审批的《遵化热电厂二期工程2×300MW供热机组水资源论证报告》中提供的资料，般若院水库50%年份年内径流逐月分配及50%年份农业用水年内逐月分配见表3。

表3 般若院水库入库径流及兴利调节成果 万m3

由表3可以看出，水库在满足北方钢铁厂及农业灌溉用水的条件下，尚有较多的剩余水量，而蓄水景观区需水量为364万m3，显然在50%年份般若院水库完全可满足东沙河生态治理工程所需水量。

为满足建龙、热电厂和北方钢铁公司3个企业用水，先后敷设了般若院水库至热电厂输水管道（DN478×2）和般若院水库至建龙输水管道（DN530），其用水对象只剩下北方钢铁公司。它可以利用管道富裕供水能力补给，以减少由于蒸发、渗漏造成蓄水面降落，而且般若院水库至市区输水管道由工程区通过，取水方便，因此，东沙河可以利用管道补给蓄水工程，提供水源[6]。

5 结论

东沙河是穿越遵化市的一条河流，在河道防洪治理中，注重防洪建设与生态景观建设相结合，在满足河道防洪功能和修复自然生态环境的基础上，模拟自然风光，设置游览景点，将该区域建成集自然生态、水源保护、休闲度假和知识教育功能等为一体的自然生态观赏园和滨水景观区。通过治理使之成为河道自然生态修复的典型示范区。

[1]赵金春，王志霞，孙建华.遵化市洪水资源利用研究[J].南水北调与水利科技，2009（z1）：78-79.

[2]中华人民共和国水利部.GB 50201-1994防洪标准[S].北京：中国计划出版社，1994.

[3]唐山市水利局.唐山市水文手册[M].北京：中国水利水电出版社，1977.

[4]河北省水利厅勘测设计院，河北省水文总站.河北省中小流域设计暴雨洪水图集[R].1985.

[5]魏兴琥，辛晓梅，李越琼.景观设计规划[M].北京：中国轻工业出版社，2010.

[6]周建伟.遵化市地表水资源利用现状与作用[J].河北水利，2011（9）：46-47.