小清河复航工程设计要点综述

张 铮

（山东海洋集团有限公司，山东 济南 250002）

引言

小清河地处山东省腹地，发源于山东省济南市，途径五市十八县（区），在羊口以东注入渤海莱州湾，全长237 km，流域面积约1.5万平方千米，是一条具有泄洪、排涝、灌溉、供水、航运等多功能综合利用的河道。近年来，国家对内河水运发展十分重视，《山东省内河航道与港口布局规划》中将小清河作为我省内河“一纵三横”水运主通道之一。随后，山东省政府批复了《小清河流域生态环境综合治理规划方案》，计划将小清河打造成一条集防洪、生态、航运、景观旅游、文化于一体的黄金水道。

1 复航工程的建设必要性

小清河横跨济南、滨州、淄博、东营、潍坊五市，沟通“黄河三角洲高效生态经济区”“山东半岛蓝色经济区”两大战略区和省会城市群经济圈，是全省政治、经济、科技、文化发展的重要地区，在全省国民经济发展中具有举足轻重的地位。流域地区经济增速大大高于全省平均水平，是我省经济发展最具活力、潜力的地区。为促进区域经济发展，小清河沿线各市均加大了招商引资力度，便利的运输条件是吸引投资的基础，但小清河现有条件难以满足沿线相关企业及区域社会经济发展的需要。

清河复航工程的建设是《小清河流域生态环境综合治理规划方案》的重要组成部分，复航工程的建设可以显著地改善流域内的交通运输结构和生态环境，大大减轻区域内公路、铁路运输压力，减少CO2排放量，降低能耗，节约土地。

小清河的复航可以在省内构建起一条运量大、投资省、运输成本低、占地少、污染小的水上运输黄金通道，满足沿线大宗货物运输需求，大大减轻区域交通运输压力，发挥各种运输方式的比较优势和组合效益，有利于优化交通运输结构，转变交通发展方式，降低社会综合物流成本，促进山东省现代综合运输体系的建立和完善。

2 通航标准的确定

航道建设标准的确定主要取决于两个方面：一是根据腹地经济发展对交通运输的要求，即根据货运量、船型及运输船队等方面的因素来确定；二是根据河道的自然条件、航道现状和航道水源、水量的大小，通过整治工程可达到的航道尺度。

小清河沿线工业企业发展迅速，适合水路运输的物资增长迅速，预计到2030年通过水路运输的货物量将达到4 020万吨。根据实地调查及相关调研资料，小清河自1966年渠化整治后，由于水利部门的维护，河道现状基本保持不变，通过对航道进行拓宽浚深可以达到Ⅲ级航道标准，另外根据《小清河干流综合治理工程可行性研究报告》，综合治理后小清河全线洪水设防标准不低于50 a一遇，重要交通设施将不受洪水威胁；沿线共有5级枢纽、36座跨河桥梁、37道输水输油管线及11道倒虹吸等跨河建筑物需通过改扩建或拆除新建等工程措施来达到Ⅲ级航道要求。

综合对运输需求及航道现状等因素的分析，考虑小清河复航工程的技术可行性和经济合理性，并与现行《山东省内河航道与港口布局规划》（2012年4月）相符合，确定小清河复航工程为内河Ⅲ级航道。

3 复航工程起终点的选择

小清河航道规划起点为济南济青高速公路桥下，而济青高速桥至主城港区区段内有青银高速公路桥、遥墙大桥、机场高速公路桥等多座桥梁跨过小清河，并且这段航道曲折、弯道较多，桥梁和航道改造极为困难，工程投资较大，且通航里程增加不多。综合考虑小清河济南段沿线港口布局规划及济南市城市总体规划情况，复航起点确定为济南市荷花路跨小清河桥下200 m处（迁建柴庄节制闸处），终点为寿光羊口港，拟建航道全长169.2 km。

4 设计通航水位的确定

小清河济南复航起点至王道闸段为受径流影响明显的内河航道，王道闸至羊口段为受潮汐影响明显的感潮段航道，设计通航水位要分段分情况进行分析。

4.1 设计最高通航水位

4.1.1 金家堰至王道闸段

小清河济南至王道闸段航道为受径流影响明显的内河航道，为经渠化的人工运河，适用于《内河通航标准》（GBJ0139—2014）中第6.3.1条关于设闸运河的规定。综合考虑小清河行洪、排涝的主要功能和河道、滩地高程等因素，本段航道设计最高通航水位采用5 a一遇除涝水位。

4.1.2 王道闸至羊口港段

王道闸至羊口港河段同时受到径流和潮流的作用，所以在计算该河段的设计最高通航水位时，需综合考虑洪水位和潮位的影响。

小清河流域属黄河冲积平原地貌单元，该处风暴潮属温带风暴潮，具有明显的季节性变化，冬半年发生的次数远多于夏半年，尤其秋冬及冬春交替时节发生最为频繁。潮洪相遇时历时很短，发生最大洪水洪峰时与风暴潮相遇的概率很小，而且发生洪水以及风暴潮期间小清河处于停航状态，因此本段航道设计最高通航水位取值，王道闸闸下取5 a一遇除涝水位4.27 m，羊口港处设计最高通航水位取高潮累积频率为5%的潮位2.71 m（剔除风暴潮影响因素）。

4.2 设计最低通航水位

根据本航道梯级方案以及各梯级特征水位，考虑渠化河段采用设计最低水位衔接和上下游渠段水位的合理衔接的原则，综合河道底高程、滩地高程、正常挡水位、航道开挖工程量以及对沿线水利设施的影响等因素分段确定本段航道的最低通航水位。

4.2.1 金家堰至王道闸段

本段航道内有两个梯级，分别为金家桥船闸和王道船闸，其中金家堰至金家桥区间段内设有岔河水文站。根据岔河水文站1983—2010年水位资料绘制日平均水位综合历时曲线，见图1。根据曲线，求得综合历时保证率为98%的低水位为3.68 m。根据规范相应要求，金家堰至金家桥区间段内最低通航水位确定为3.7 m。

图1 岔河水文站日平均水位综合历时曲线

小清河金家桥至王道闸段河底比降较缓，原来通航期间未建设王道节制闸。1998年建设的王道节制闸正常挡水位为4.0 m，闸上滩地高程3.8～4.4 m，设计最低通航水位水位应低于滩地高程和节制闸正常挡水位，综合考虑通航保证率、两岸农田排涝和防盐碱化要求以及航道开挖工程量，金家桥至王道闸段最低通航水位也取为3.7 m。

4.2.2 王道闸至羊口港段

王道闸至羊口港区间段受潮汐影响明显，根据相应规范要求，受潮汐影响明显的河段，设计最低通航水位应采用低潮累积频率为90%的潮位。根据羊角沟水文站水位资料绘制低潮水位综合历时曲线，确定该区间段设计最低通航水位为-0.9 m。

5 复航工程水资源论证

航运本身不消耗水量，但需要河道有一定的水量和水深，以保证船只能正常通航。小清河复航工程水资源论证是在区域水资源开发利用现状和综合规划的基础上，根据取水地点、水工程开发地点水源的保障程度，兼顾其他用水户和生态环境的保护，为建设项目提供可靠的供水水源。

5.1 水资源概况

小清河流域水系复杂，支流众多，一级支流46条，支流多系山洪河道，比降上陡下缓，暴雨期仅一条支流洪水流量就将给干流造成较大的洪水压力。全流域河网密度为0.266 km/km2，流域完整系数为0.290。本流域各河流，除干流常年有水外，各支流均为季节性河流。小清河干流主要由降雨径流、地下水和城市排水补给。小清河系季节性河道，径流主要来源是汛期降水，6～9月份的河道流量约占全年径流量的80%～90%。

小清河流域工业发达，主要分布在胶济铁路沿线，济南、淄博等沿小清河分布的城市污水除回用部分外，大都排入小清河，因此小清河干流水环境污染较重，南部山区工业较少，水库、河流的水质较好。

5.2 来水量分析

小清河复航河段共有唐刘庄、金家闸、岔河、石村4个水文站，其中岔河水文站位于金家堰闸闸以下3 km，控制流域面积5 114 km2。岔河水文站于1968年设站观测，1971—1982年迁至金家闸观测，1982年又迁回岔河水文站原址。在计算岔河水文站历年来水量时，将金家闸站的来水量按面积比法计算到对岔河水文站，形成岔河水文站1968—2010年历年来水量系列。对岔河水文站1968—2010年年降水量和年来水量系列进行频率分析，理论曲线采用P-III型曲线，经适线，求得不同频率的年降水量和年来水量，见表1。

表1 不同频率的年降水量和年来水量

小清河复航河段的最小通航流量，采用水文站实测资料分析综合历时保证率95%、98%的流量，作为小清河通航河段的最小通航流量。将岔河水文站的2003—2013年逐日平均流量按最大和最小的差值分级，将特征值分为若干级，统计每个分级中特征值的出现次数。由高到低逐级累计出现次数，进行各级别的保证率（累积频率）的计算，绘制日平均流量的历时曲线，见图2。经分析小清河岔河水文站设计综合历时保证率98%的日平均流量为5.04 m3/s。

图2 日平均流量的历时曲线

结合其他水文站分析结果，小清河本流域来水量在综合历时保证率95%、98%时的最小流量可以满足的水牛韩船闸、金家堰船闸、金家桥船闸、王道船闸的下泄水量的要求。

5.3 补水水源分析

5.3.1 本流域径流补水

小清河沿线有白云湖、芽庄湖等五大蓄滞洪区，拦蓄汛期尾水，在小清河干流枯水时向小清河补水，非汛期可给小清河补水规模约4.5 m3/s。但遇枯水年，小清河的来水量较少，拦蓄效益不明显，小清河岔河站多年平均来水量5.647亿立方米，频率80%的年来水量为2.659亿立方米，为多年平均来水量的47%，因此遇枯水年可拦蓄水量较少，补水可靠性较差。

5.3.2 城市中水补水

济南市污水和沿线淄博市的排污水一直通过小清河排泄，中水是小清河枯季来水重要水源，该水量已包括在实测来水量中。

5.3.3 客水补水

玉符河补水方案，是在玉符河下游新建橡胶坝一座，库容910万立方米，根据玉符河来水量分析计算结果，在丰水年和平水年可进行补水，遇枯水年则难以补水，玉符河与小清河为相邻流域，丰枯规律基本一致，因此，玉符河补水遇枯水年则可靠性较差。

利用引黄河水补水。由于黄河与小清河的丰枯规律不同步，补水方案源头补水5 m3/s的工程措施正在实施，部分工程已经完成，遇枯水年补水的可靠性较高。

利用东平湖补水。当水库引水控制水位为40.0 m、供水规模为5.0 m3/s，供水保证率可以达到71.16%，在丰水年和平水年可进行补水，遇枯水年则补水保证率不高。

从补水方案可靠性分析，小清河引客水补水的方案可靠性较高，小清河上游补水规模按5.0 m3/s考虑是可行的。

5.4 取水影响分析

本航道航运不消耗水量，航道正常运行期间，需要航道有一定的水深，船只过船闸时船闸运行需要下泄部分水量，2020年单个船闸年最大下泄水量为5 474万立方米，以此推测2030年单个船闸年最大下泄水量为9 982万立方米，此水量下游可继续利用。

枯季径流主要靠城市中水、地下泉水及灌溉尾水补给，城市中水主要是小清河沿线济南、淄博、滨州等城市经处理后的生活污水、工业用水等。目前小清河流域内共有24座城镇污水处理厂，污水处理规模为174万吨/d，其中仅位于小清河中上游的济南、淄博两市污水处理能力就达到141万吨/d，2010年两市实际处理污水45 489万吨，折合流量14.6 m3/s。由于城市污水主要来源于生活污水和工业用水，故排水量年内分配比较均匀，且大部分中水均排入小清河。而小清河航运用水最多只需要5.02 m3/s的流量。因此，小清河航道来水量远远大于航运用水量，能够满足规划水平年的的航运用水，复航工程对区域水资源影响较小。

6 结语

小清河复航顺应国家经济增长方式转型的趋势，完全符合“低碳经济”“绿色经济”可持续发展战略，对于节约能源、土地、改善生态环境都将起到积极作用。在“蓝黄”两大国家战略和省会城市群经济圈建设的号召下，小清河复航工程必将优化山东省内交通运输结构、转变交通发展方式、完善综合交通运输体系，带动周边地区经济健康发展。