东营市广利河河道疏浚工程设计研究

张 燕 江志栋

（山东新汇建设集团有限公司，山东 东营 257000）

0 引言

广利河是东营市中心城区主要防洪、排涝河道之一。广利河自2008 年黄河水城综合治理以来未进行系统治理，现状存在部分河段淤积、边坡损坏等问题，影响河道行洪排涝能力和两岸安全[1]。为保护河道两岸城市、村庄及农田安全，恢复河道行洪排涝能力，改善河道沿线生态和水环境，现规划对广利河及其支流实施治理工程。

1 工程概况

东营市位于山东省北部黄河三角洲地区，渤海西南岸的黄河入海口处，是黄河三角洲的中心城市。广利河位于东营市中部，西起黄河南展大堤王营闸，向东流经垦利区胜坨镇、董集镇和东营区辛店街道、文汇街道、黄河路街道、六户镇、胜利街道、东城街道、东营经济技术开发区，与支脉河合流后入海，全长54.0km，流域面积769.66km2，是集行洪、排涝、排碱、景观、灌溉和航运等功能为一体的重要河道，全线已河道用地确权。

广利河河道综合整治工程主要建设内容是对广利河干流及支流进行河道疏浚、岸坡修复等，治理范围从王营闸（河道桩号0+000）到支脉河交汇口（河道桩号54+000），治理总长54km。其中需要对广利河干流王营闸至天目山路（河道桩号0+000~24+240）、渤海路桥至广利岛末端（河道桩号46+100~47+480）总长25.62km 的河道进行疏浚，维修西四路至明汇闸间破损岸坡570m，对荣乌高速处、明汇闸处增设2 座水质监测站。同时对广利河支流11.53km 进行疏浚，其中清户沟治理总长9.66km，路南支流治理总长1.87km。工程立项总投资为8498.66 万元，资金来源为政府专项债与上级资金。

2 检测分析

广利河横跨整个东营市中心城，两岸分布工厂、村庄、住宅区和商业区，为充分考虑设计方案、施工措施、工程投资等因素，在设计前期对广利河多处节点进行底泥检测，验证底泥的危废性质，以确保方案的可靠性。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中土壤参数的风险筛选表，本次土壤参数均在风险值之下。检测结果见表1。

表1 底泥检测结果

3 河道设计暴雨与设计洪水计算

广利河河道比降上游为1/7000，下游为1/14000，秦家橡胶坝以上保护对象为乡村及农田，防洪标准为20 年一遇，排涝标准为5 年一遇；秦家橡胶坝以下河段为城区段，防洪标准为100 年一遇，排涝标准为10 年一遇。

设计暴雨采用史口、王营、永安镇雨量站1967—2020年实测暴雨资料进行计算。各水文站地理位置、降雨条件相差不大，实测资料系列均为同期发生。广利河流域处于鲁北平原区，根据《山东省中小河流治理工程初步设计设计年实测暴雨》，统计各站最大24h、最大3d 暴雨系列。将各站最大24h、最大3d 暴雨系列进行地区综合后，点绘到一张频率格图上，先用矩法初估统计参数均值X与变差系数Cv，然后采用P-Ⅲ型频率曲线适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为佳，并适当照顾稀遇频率的点据，取Cs=3.5Cv，确定统计参数均值X与变差系数Cv，计算不同频率的最大24h、最大3d 点暴雨量[2-4]。

通过适线计算结果确定暴雨统计参数，求得设计频率最大24h 面雨量P1%=248.98mm，P5%=174.87mm，P10%=142.89mm，P20%=111.01mm；最大3d 面雨量P1%=305.61mm，P5%=216.19mm，P10%=177.49mm，P20%=139.23mm。

广利河处于鲁北平原地区和小清河以北地区，通过《山东省水文图集》“平原区设计雨型成果表”对净雨进行时程分配。然后通过M1 值查《山东省水文图集》中“瞬时单位线法参数与2 小时、6 小时单位线关系表”得到单位线流量过程线，并对其进行单位转换。最后进行汇流计算，将计算得出的不同时段的净雨深逐次与单位线流量相乘得到洪水过程，并对其依次错峰叠加，得出洪水过程线[5]。

2020 年，东营市为有效利用雨洪资源，进行了东营市天鹅湖湿地工程建设。该工程位于广利河下游，根据《中心城城市防汛调度方案》，当广利河明海闸前水位到达2.4m后，天鹅湖湿地开闸分洪170m³/s。经综合分析计算，并考虑天鹅湖湿地的分洪作用后，广利河各断面处不同频率下的洪水流量见表2。

表2 河道流量计算结果

4 河道疏浚工程设计

治理广利河干流疏浚范围为王营闸至天目山路桥，河道桩号0+000~24+240，长度24.24km。王营闸至秦家橡胶坝（河道桩号0+000~6+880）为农田段，淤积严重，房屋农田侵占河道主河槽。综合整治时，河道走向基本维持原有河道中心线走向布置，但在有房屋和农田等特殊段采取避让、截弯取直等方式调整。城区秦家橡胶坝至天目山路桥（河道桩号6+880~24+240）河槽稳定，走势基本顺直，两岸为城区高标准绿化和住宅区。为了维护沿线生态及生产，本次治理工程尽量保持现有河道中心线不变，以减少工程对该段两岸现状的影响。

根据前述水文计算，实施滞洪、分洪工程后，河道承纳的100 年一遇防洪流量、20 年一遇防洪流量、10 年一遇排涝流量、5 年一遇排涝流量见表2。根据地形条件及防洪、排涝对河底高程的要求，结合实际测量资料和沿线拦河建筑物底高程，确定广利河河道比降，见表3。结合现状断面，王营闸至西四路整体采用梯形断面，西四路至明汇闸采用直墙驳岸，明汇闸至明海闸采用梯形断面。根据土质、水深及河道目前运行情况，为保证广利河干流明泓闸上游河道边坡的稳定，广利河河道边坡确定为1 ∶2.5~1 ∶3.0。明泓闸至明汇闸段现状为浆砌石挡墙，现状挡墙基本完好，仅需对破损挡墙进行修复。明汇闸至明海闸为自然护坡和连锁块护坡交错布置，河道边坡为1 ∶3.0。

表3 河道比降计算结果

根据沿线土质、地质条件，结合《水力计算手册》中关于渠道及天然河流粗糙系数的有关说明，广利河上游为沙质河床，两岸侧壁长有杂草，经综合分析，该段河槽糙率为0.025。秦家橡胶坝至明泓闸段现状为衬砌板护坡，经综合分析，该段河槽糙率为0.020。明泓闸至明汇闸间为浆砌石挡墙，综合考虑河道糙率为0.022。明汇闸至明海闸间河道宽阔，两岸岸坡形式不同，综合考虑河槽糙率为0.022。广利河下游经常涨潮、落潮，上有排水的冲刷，河床凭证，两侧岸壁为土质，经综合分析，该段河道糙率为0.022。

结合河道底层资料，经分析计算确定河道不冲流速为0.6m/s~0.8m/s。为不打乱原排水体系，根据现状地面高程及总体排水布局，遵循田间涝水能逐级排出的原则，确定排涝水深为2.5m~3.0m（该水位平均低于现状地面约1m）。

5 河道边坡稳定性计算

区域地下水主要是第四系孔隙潜水，水位埋深受地层岩性、地形地貌和水文气象等因素综合影响。项目区域含水层主要为壤土和砂壤土，具中等透水性。地下水位主要受大气降水水位变化影响。边坡稳定性计算采用简化毕肖普法，计算工况如下：1）施工期，河道内无水，考虑地下水位。2）设计洪水稳定渗流期，河道内为设计洪水位。3）设计排涝水稳定渗流期，河道内为设计排涝水位。4）设计洪水骤降期，设计洪水骤降2.0m。5）设计排涝水位骤降期，设计排涝水骤降2.0m。边坡抗滑稳定安全系数计算方法参考文献[6]、文献[7]。

计算河道边坡抗滑稳定安全系数时，对各层土的物理力学性质指标进行了分层综合统计，各层土的物理性质指标见表4。从表4 可以看出，整套地层以壤土为主，同时含有黏土和砂壤土。由于土体性质的不同，各层土体的物理力学指标也表现出各种差异。2-3 层黏土和5层黏土的含水率较大，均大于40%，其余土层的含水率均位于24.0%~28.0%。2-3 层黏土和5 层黏土的孔隙比也较大，均大于1.0，其余土层的孔隙比为0.7~0.8。土层中，1-2 层素填土、2 层黏土、2-3 层黏土和5 层黏土的抗剪强度和压缩模量均较低，这对边坡的整体稳定性具有一定的不利影响，其中5 层黏土压缩模量值仅有3.0MPa，3 层沙壤土的强度和压缩模量最大，压缩模量值达到8.0MPa，其次为2-1 层壤土和2-2 层砂壤土，压缩模量均为7.0MPa。计算边坡的抗滑稳定性系数时应考虑土体力学指标的差异，对各个参数指标进行合理计算，特别应对试验指标中存在明显离散性的指标进行一定的筛选。

表4 土的力学性质指标

以桩号河道桩号40+230 为例，该处设计河底高程-0.207m，防洪水位5.07m，岸顶高程5.40m。稳定渗流期最不利安全系数计算如图1 所示，计算稳定渗流期最不利安全系数k=1.67 ＞kc=1.15，满足要求。施工期最不利安全系数计算如图2 所示，计算施工期最不利安全系数k=1.57 ＞kc=1.05，满足要求。同样，计算典型断面19+550、20+430、25+000 处，其稳定性计算结果见表5。

图1 河道桩号40+230 稳定渗流期最不利安全系数计算（m）

图2 河道桩号40+230 施工期最不利安全系数计算（m）

表5 边坡稳定性计算成果

6 结论

该文以东营市广利河河道综合整治工程为研究背景，在确定河道设计暴雨和设计洪水的基础上，研究河道边坡、水深、比降、糙率、流量和设计底宽，并对河道边坡稳定性进行分析，得出如下结论。1）河道流域设计频率最大24h 面雨量P1%=248.98mm，P5%=174.87mm，P10%=142.89mm，P20%=111.01mm；最大3d 面雨量P1%=305.61mm，P5%=216.19mm，P10%=177.49mm，P20%=139.23mm。2）结合现状断面，王营闸至西四路整体采用梯形断面，西四路至明汇闸采用直墙驳岸，明汇闸至明海闸采用梯形断面。广利河河道边坡确定为1 ∶2.5~1 ∶3.0，广利河上游沙质河床河槽糙率为0.025，秦家橡胶坝至明泓闸河道糙率为0.022，明汇闸至明海闸河槽糙率为0.022，广利河下游河道糙率为0.022。河道不冲流速为0.6m/s~0.8m/s，确定排涝水深为2.5m~3.0m。3）稳定渗流期边坡抗滑稳定安全系数为1.68~1.85，大于稳定渗流期最小允许安全系数1.15，施工期边坡抗滑稳定安全系数为1.47~1.65，大于施工期最小允许安全系数1.05。