基于遥感影像下三家河现状调查及治理工程设计

曲 涛

(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，沈阳 110002)

0 引 言

河道综合治理工程建设越来越受到重视，为了改善河道生态环境，满足防洪排涝的需求，有许多的地区采用了工程手段，在河道整治调查过程中，传统的地面调查难以宏观判断河道整体情况，因此，遥感手段在河道整治工程中得到了重用。李佳琦等、卢燕南使用遥感手段提取黑臭水体的分布，通过地面验证准确性较高；万智巍等利用遥感影像分析长江荆江河道演变过程；陈齐新等利用遥感数据分析河道流量，结果较为可靠；除了水利行业，遥感技术在地质、测绘等专业也有了较为广泛的应用，是一项较为成熟的技术。河道整治是一个复杂工程，除了水利，环境生态恢复也是一个重要内容，目前，常用的河道治理措施包括：格宾石笼、人工浮岛等，取得了良好的环境效益[1-10]。

1 工程概况

下三家河为大凌河支流，发源于朝阳县西五家子乡。流经联合镇，在联合镇嘎岔村位置汇入大凌河。下三家河全长37.61km，流域面积265km2。河身多弯曲，河床宽50-200m。每年汛期，下三家子河与赵家沟河汇流，对河道两侧的居民及农田带来威胁，例如2006年汛期爆发的一次洪水，冲毁了河道两侧农田及林地2hm2，给当地居民及企业造成巨大损失。

图1 流域概况图

2 下三家河(联合镇林家沟段)现状

为了更加直观确定下三家河(联合镇林家沟段)现状，除了现场调查外，也积极使用遥感影像等技术手段，利用“上帝视角”对河道现状进行分析。目前，河道的主要存在的问题包括：河道淤积、侵蚀、侵占、“跨河”不便、生态破坏严重等问题。

1)现状河道内淤积较为严重，主河槽不明显，滩地沙堆、乱石随处可见；在调查中发现，河道局部段已经进行过疏浚，疏浚土方已平整于两侧岸坎之上，形成为外形较规则的沙埂，沙埂高度较河道高出约3m-5m。经对现状河道进行水面线推求，在河道左岸桩号1+450-2+280，河道右岸桩号1+450-2+058段沙梗高度均高于10a一遇水位线。土埂边坡较陡，坡度约为1∶1。

2)项目区内存在较大河湾，通过对比历年河道演变发现，河道凹岸侧(左岸)逐年受到冲刷侵，耕地受到侵蚀，危及河道左岸农业产区安全。

图2 侵蚀段部位

3)河湾下游，河道左岸目前存在耕地侵占河道的现象，河道被束窄，防洪隐患增加。

图3 河道侵占情况

4)治理附近两岸有村庄多处、产区一处、学校一处，同时也是下三家河流域重要的监管区段，而项目区附近跨河不便对河道监管造成了一定的困扰。

图4 跨河不便区域

5)项目区内存在废旧砂场一处，造成河道沙化严重；两岸植被覆盖较少，水边环境较差，生态环境遭到破坏。

3 工程设计

3.1 石笼护岸工程设计

3.1.1 石笼护岸结构设计

本次工程范围内桩号2+348-1+890段为一处较大河湾，河道左岸为凹岸。经多年水流冲刷，河道岸坎线逐渐外移，威胁河道左岸附近居民区以及产业区，为保护居民生命及财产安全，本次在河湾处布置石笼防护工程。其中左岸防护长度为500m，右岸防护长度为160m。

本次设计于岸坎修整后布置石笼防护工程，主要包括镀锌铁丝石笼护坡及石笼护脚，石笼护坡坡比与修整后岸坎坡比一致，为1∶3，防护高度为3m，根据冲刷计算结果，确定护脚防护深度1.2m。

具体石笼布置形式见图5和图6 。

图5 石笼布置形式

图6 石笼网箱形式

3.1.2 石笼岸坎防护稳定计算

护岸高度H=3m，护岸采用镀锌铁丝石笼网材料。护岸坡比为1∶3，护岸结构单位长度体积V=2.85m3/m，土对石笼护岸基础的摩擦系数μ=0.6,箱笼回填石材为毛石，重度为γ=25kN/m3，孔隙率n=0.3，护岸背填土凝聚力C=0，填土内摩擦角φ=30°，填土重度为18kN/m3。地基承载力特征值fak=120kPa。具体尺寸见图6。

1)主动土压力计算

(1)

(2)

式中：Ka主动土压力系数；φ填土内摩擦角；Ea主动土压力；γ填土重度；h石笼护脚高度。

2)石笼护岸的抗滑稳定计算

(3)

式中：KS抗滑移安全系数；Gn、Gt自重垂直、水平方向分力；Ean、Eat主动土压力垂直、水平方向分力；μ基础摩擦系数。

经计算，抗滑移安全系数KS>1.3，满足稳定要求。

3)石笼护岸的抗倾稳定计算

(4)

式中：Kt每延米抗倾覆安全系数；G每延米护脚的重力；Eax、Eaz主动土压力的水平、垂直分力；x0、xf、zf分别为G、Eax、Eaz至墙趾O点的距离。

经计算，倾覆安全系数Kt>1.6，满足稳定要求。

4)石笼护岸基底压应力的计算

(5)

式中：σmax基底的最大应力；∑G垂直荷载，kN；A底板面积，m2；∑M荷载对底板形心轴的力矩，kN·m；W底板的截面系数，m3。

经计算，基底最大压应力σmax<120kPa。计算结果见表1。

表1 护岸稳定计算结果

综上计算结果表明，石笼防护结构稳定。

3.2 河道疏浚工程设计

本设计疏浚工程主要于0+000-2+400段进行疏浚，疏浚长度为2.4km；

疏浚深度为0.3-0.8m，疏浚土方合计65108 m3(含桩号1+715-2+058河段左岸岸坎后移土方量)。因本次疏浚河段无淤泥开挖，且疏浚土方中含砂石比重较大，故可用于岸坎修整填筑。治理河段由于受水流冲刷、人为挖沙等，岸坎界限较不规则，局部虽然对岸坎进行了防护，但总体上仍不连续。本次设计根据多年河道演变，以及土地确权界限，对项目区内岸坎重新进行规划，详见图7。

图7 岸坎规划图

岸坎边界确定后，对岸坎进行修整，岸坡坡比为1∶3，再进行石笼护坡及护脚铺设，利用多余疏浚土方进行坡面修整，修整后坡比为1∶5，并利用疏浚土方对岸坡背水坡进行修整，修整后背水坡坡比为1∶3。详见图8。

图8 1+778断面典型段图

3.3 植物绿化工程

根据现场调查，洼地上下游均有局部稳定水面显现，且洼地地表土质湿润，故可确定该洼地可通过降滩形成水面，通过种植湿生植物可打造面积为4059m2的湿地。

图9 拟建湿地区域现状图

开挖后滩地的水深应能够保证水生植物生长所需的水深要求，根据滩地的地势高低，开挖深度从0.5-2.2m不等，滩地开挖后回填30cm左右的种植土。湿地水深约0.2-0.5m，保证湿地内植物正常生长。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，从而进一步改善生态环境。

4 结 论

1)通过遥感影像可从宏观角度对下三家河道进行调查，结合现场调查，下三家河主要面临淤积、岸坡侵蚀、侵占、水环境污染严重等问题，河道综合整治十分必要。

2)为了满足防洪需要和达到恢复生态的目的，采用石笼护岸、河道清淤、种植水生植物等措施，经过验算，石笼岸坡稳定性、抗倾覆、抗滑移满足要求。