大凌河阎白段（牤牛营子河）综合治理工程分析与探讨

刘香驿

（北票市凌河保护区管理局，辽宁北票122100）

大凌河阎白段（牤牛营子河）综合治理工程分析与探讨

刘香驿

（北票市凌河保护区管理局，辽宁北票122100）

以大凌河阎白段（牤牛营子河）综合治理工程为例，对工程的总体布置、潜坝选型、抛石陡坡、湿地及相关计算等方面的内容进行了论述。工程实施后，既提高了防洪能力，又充分利用了水生植物的特性，进一步净化水质、改善项目区生态环境。湿地工程的规划与河道生态景观工程相结合，进而达到保证水量、改善水质、美化环境和护岸固坡的综合效果。

河道；综合治理；潜坝；抛石；湿地

1 工程总布置

本次工程治理长度为1 km，以牤牛营子桥为节点，上游治理长度为498 m，桥下游至河口502 m。工程总体上为“一水、两带、两节点”布局。其中“一水”为0＋300－0＋500处修建潜坝后形成的湿地湖；“两带”为两岸的绿化带；“两节点”为牤牛营子桥节点、河口节点。上游段据现场勘查生态状况较好，两岸均为林地，所以在河道两岸岸坎处种植棉槐。在0＋500－0＋600处左岸处为沙土地，无绿化，此次拟种植棉槐及垂柳的灌木乔木相结合的形式；在右岸岸边有一处为一座房屋，岸边有浆砌石挡墙防护，但此区域内居民投放垃圾较为严重，此次对于岸线封闭，在浆砌石挡墙旁种植垂柳及棉槐，形成一道“树墙”。在0＋500－0＋600处拟对河道主河槽及河汊清淤，将清淤的土堆放在中间滩地处，形成岛屿并种植草坪，在0＋600处考虑到景观效应，在此处设计一道抛石陡坡。牤牛营子桥下游段有大量的建筑垃圾、沙堆、沙坑等。由于投资规模的限制本次对局部较为严重地段进行平整修复。在桩号0＋300－0＋500处形成一处湿地，并在0＋300处修建壅水v型潜坝，在边滩湿地处种植芦苇及千屈菜，重体现河道的生态多样性，以达到综合治理、取得综合效益的目的，从而进一步改善生态环境，实现可持续发展。在河口处进行局部降滩，形成浅流及滩地，保护鸟类栖息地。

2 潜坝及抛石陡坡工程

在牤牛营子桥下游建设壅水V型潜坝1座，位于桩号0＋300。其中V型潜坝的坝体段长度为主河槽宽度15 m，左右岸滩地段坝长各为28 m。抛石陡坡长度12 m，抛石堆放的迎水坡坡比为1∶3，背水坡坡比为1∶5。抛石面部用砂土进行铺盖。

潜坝为V型潜坝，V型堰属于交叉堰的范畴，V型潜坝有助于坡度控制，减小河岸侵蚀，形成稳定的宽深比，维持河道过流能力和泥沙输移能力。此外，V型潜坝还是一种栖息地加强结构，在平滩高程位置以与岸坡夹角在20°～30°的方向从河岸向上主槽延伸，但在l／3河道平滩宽度位置处开始向下游延伸，形成深泓。V型潜坝示意图见图1。

图1 V型潜坝示意图

2.1 基本资料

潜坝迎水坡坡比为1∶2，背水坡坡比1∶10，坝顶宽0.5 m。潜坝坝体采用石笼砌筑，埋深1.2 m，基础也为石笼，下部设置20 cm厚的砂垫层。

2.2 壅水高度计算

潜坝泄量校核按堰的形式进行计算，结构为宽顶堰，泄量计算采用常规宽顶堰流量公式计算：

式中：Q为流量，m3／s；B为潜坝体单宽，m；H0为计入行进流速水头的堰上总水头，H0＝H＋V2／2g，进口宽敞，故忽略流速水头；H为堰上水头，m；g为重力加速度，m／s2；m为宽顶堰流的流量系数；a上游堰高，m；σ为淹没系数；利用试算法计算相应流量下的堰前水头，潜水坝水位流量关系曲线计算结果见图2。

图2 堰上水头H与流量Q关系曲线（堰高1m）

2.3 抗滑稳定计算

作用于潜坝上的荷载有：自重、静水压力、动水压力、淤沙压力。

抗滑稳定计算采用《砌石坝设计规范》SL25—2006中提供的公式进行计算：

式中：K为抗滑稳定安全系数；f为滑裂面上的摩擦系数，取为0.4；∑W为作用于计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的法向分值，kN；∑P这作用于计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的切向分值，kN。

2.3.1 潜坝自重

潜坝自重按结构设计尺寸与材料重度计算确定。

式中：H为潜水坝自重，kN；r这石笼的重度，kN／m3；V为潜水坝的体积，m3。

2.3.2 静水压力

垂直于潜坝结构表面某点处的静水压力应按下式计算：

式中：Ptr＝ρwgh cosθ为计算点处的静水压力；Ptr＝ρwgh cosθ为水的重度，kN／m3，取为9.81；Ptr＝ρwgh cosθ计算点的作用水头。

上游的静水压力根据荷载组合所规定的水位确定，下游静水压力根据相应的不利下游水位计算确定。

2.3.3 动水压力

作用在潜坝过流面面积上的动水压力（包括时均压力和脉动压力），按照面积上各点动水压强的合力计算。本次设计不考虑水流的脉动影响结构的安全或引起结构的振动，所以不考虑脉动压力的影响。

渐变流时均压强的代表值，根据5 a设计情况下水流条件，通过计算，求得水面线后按下式进行计算：

式中：ptr为过流面上计算点的时均压强代表值，kN／m2；ρw为水的密度，kg／m3；h为计算点的水深，m；θ为底面与水平面的夹角，取为0。

2.3.4 淤沙压力

作用在坝水闸等挡水建筑物单位长度上的水平淤沙压力标准值可按下式计算：

式中：Psk为淤沙压力标准值，kN／m；γsb为泥沙的浮重度，kN／m3；λsb＝γsb－（1－n）γw；γsb为淤沙的干容重，kN／m3，本次设计取为21.5；n为淤沙的孔隙率，本次设计取为25%；hs为泥沙淤积厚度，m；φs为淤沙的内摩擦角，20°。

2.3.5 结论

各项作用力计算结果见表1。

表1 作用于潜坝上的作用力计算结果

经计算抗滑稳定安全系数均＞1.05，满足设计要求。

2.3.6 防洪标准的确定

潜坝采用石笼结构，石笼中填充料采用块石，块石粒径为30～50 cm。抛石陡坡的块石粒径为30～50 cm。潜坝及抛石陡坡工程防冲标准按块石保持稳定抗冲粒径公示计算，流量采取5 a一遇洪水流量Q＝470 m3／s。

式中：d为折算粒径，m，可按球形折算；V为水流流速；g为重力加速度，9.81m／s；C为石块运动的稳定系数，水平底坡＝0.9，倾斜底坡C＝1.2；γs为石块的重率，可取γs＝2.65 kN／m3；γ为水的重率，γ＝1 kN／m3。

经计算，d＝26 cm，小于所选块石粒径范围，所以工程满足5 a一遇洪水防冲标准。潜坝工程量统计表见表2。抛石陡坡工程量统计表见表3。

表2 潜坝工程量统计表m3

表3 抛石陡坡工程量统计表

3 湿地工程

3.1 湿地设计

根据现场及资料的统计，选定项目区段0.04 m3／s为湿地最低保证水位，修建潜坝后出现壅水，根据水面计算，修建潜坝后出现壅水的高程范围为140.90 m。对0＋300－0＋500处的湿地进行降滩，通过地表水及河道径流进行补给。通过对规划后高程情况，形成湿地面积1.438 hm2，水深的的范围为20～35 cm。牤牛营子桥段湿地保证最低水面线计算成果表见表4。

3.2 边滩湿地湖设计

本次设计注重体现河道的生态多样性，以达到综合治理、取得综合效益的目的以进一步改善生态环境，实现可持续发展战略为出发点和落脚点。本次设计拟对规划段凉水河边滩做生态处理，种植水生植物，营造人工湿地。本次拟种植的植物为挺水水生植物，它不但有景观效益，对污水的的净化也起着非常积极的作用。

表4 牤牛营子桥段湿地保证最低水面线计算成果表

选择适宜的植物可迅速恢复生物群落，有效提高生态效益和景观效果。根据适应性、本土性、强净化性和鉴赏性的原则，本次设计选择芦苇、作为湿地湖的主要植物。水生植物芦苇的特性：芦苇的植株高大，地下有发达的匍匐根状茎。茎秆直立，秆高1～3 m。叶长15～45 cm。圆锥花序分枝稠密，向斜伸展，花序长10～40 cm。具长、粗壮的匍匐根状茎，以根茎繁殖为主。多年生水生或湿生的高大禾草，生长在灌溉沟渠旁、河堤沼泽地等［1］。保土固堤植物。苇秆可作造纸和人造丝、人造棉原料，也供编织席、帘等用；嫩时为优良饲料；嫩芽也可食用；花序可作扫帚；根状茎叫做芦根，中医学上可入药。边滩湿地植物种植种类及工程量见表5。

表5 边滩湿地植物种植种类及工程量m2

3.3 河槽湿地设计原则

河槽湿地参照稳定塘设计，采用下挖式1.2 m，在此处为鱼类洄游区，河底为沙石层，为鱼类提供生态环境。

［1］申军，李利荣，王顺.城市河道景观设计技术探讨［J］.内蒙古水利，2012（05）：141－142.

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1007－7596（2015）05－0050－03

2015－01－12

刘香驿（1965－），女，辽宁北票人，工程师，从事水利工程施工工作。