王子朝

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710001）

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，廣大市民對(duì)人居環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，特別是對(duì)改善城市河道水環(huán)境，更是關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來，我國(guó)北方許多城市對(duì)城區(qū)河道治理進(jìn)行了大膽嘗試，通過實(shí)施生態(tài)景觀治理工程取得了良好的效果。城市河道生態(tài)景觀治理工程設(shè)計(jì)作為一個(gè)新的科目，也受到了越來越多的重視。

1 設(shè)計(jì)規(guī)模的確定

1.1 工程等別與洪水標(biāo)準(zhǔn)確定

城市河道生態(tài)景觀治理工程應(yīng)充分保障城市防洪安全，工程建設(shè)應(yīng)在不影響河道行洪、不降低河道行洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下進(jìn)行。河道兩岸堤防工程等級(jí)及洪水標(biāo)準(zhǔn)按國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)和《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)，根據(jù)所在城市等級(jí)和相應(yīng)防設(shè)洪水重現(xiàn)期綜合確定。如根據(jù)《甘肅省天水市城市總體規(guī)劃》(2005-2020)，天水市城市等級(jí)將提高至Ⅱ級(jí)(重要城市)，市區(qū)段渭河防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按100年一遇洪水設(shè)防，相應(yīng)兩岸堤防等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

其他工程如橡膠壩、中隔墻、充排水泵站及防滲工程等按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)相應(yīng)確定。如甘肅省天水市渭河城區(qū)段生態(tài)景觀治理工程蓄水區(qū)共規(guī)劃兩座橡膠壩，壩高3.5m，總蓄水量80萬m3，根據(jù)蓄水規(guī)模，工程等別為Ⅴ等小(2)型工程，級(jí)別為5級(jí)。

景觀蓄水區(qū)、濱河生態(tài)園區(qū)可根據(jù)城區(qū)及河道來水情況，選擇河道3年、5年、10年一遇洪水或者其他確定流量作為設(shè)防流量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)河道上游來水大于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，橡膠壩塌壩，蓄水區(qū)泄空，河道全斷面宣泄洪水，確保城防安全。

1.2 設(shè)計(jì)水面線推求

工程相關(guān)的特征洪水主要有兩岸堤防、蓄水區(qū)及濱河生態(tài)園區(qū)設(shè)防洪水等。工程設(shè)計(jì)需要推求的水面線共有4條，分別為全河道過洪，流量為堤防設(shè)防流量(如100年一遇)，工程實(shí)施前后的河道水面線；蓄水區(qū)設(shè)防流量(如5年一遇)，通常為洪水槽泄洪時(shí)的水面線；濱河生態(tài)園區(qū)設(shè)防流量(如10年一遇)，通常為洪水槽加蓄水區(qū)塌壩后河道斷面泄洪時(shí)的水面線。

按以上舉例的洪水標(biāo)準(zhǔn)水面線為例，100年一遇洪水水面線主要用于兩岸堤防的加固加高設(shè)計(jì)；5年一遇洪水水面線主要用于論證蓄水區(qū)規(guī)模以及確定中隔墻頂高程；10年一遇水面線用于確定濱河生態(tài)園區(qū)灘面高程。

1.3 其他分析計(jì)算

主要為工程對(duì)城市防洪的影響分析、不同流量及過水?dāng)嗝媲闆r下，對(duì)工程區(qū)內(nèi)橋梁的安全運(yùn)行分析以及蓄水區(qū)對(duì)沿岸建筑物的浸沒影響分析。重點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括工程實(shí)施后河道的綜合糙率計(jì)算、橋梁雍水計(jì)算、橋梁凈空及基礎(chǔ)沖刷計(jì)算、蓄水區(qū)滲漏及地下水水位壅高計(jì)算等。

2 工程總體布置方案與適用條件

2.1 清洪分治布置方案

結(jié)合河道主槽位置，采用中隔墻將河道分為兩大部分，中隔墻與一側(cè)堤防之間布置為洪水槽行洪，中隔墻與另一側(cè)堤防之間河道規(guī)劃為景觀區(qū)。景觀區(qū)以蓄水為主，同時(shí)利用河堤腳附近較高灘地，通過修建護(hù)灘工程，形成濱河生態(tài)綠地景觀。本方案科學(xué)處理了洪水、泥沙與蓄水之間的矛盾，既形成優(yōu)美的蓄水景觀和濱河生態(tài)園區(qū)，又切實(shí)保證了一定標(biāo)準(zhǔn)下景觀區(qū)的安全運(yùn)行各洪水下泄。

中隔墻平行于兩岸堤防布設(shè)，按設(shè)防蓄水區(qū)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定墻頂高程，進(jìn)口段與一側(cè)堤防之間采用自潰砂質(zhì)子堤臨時(shí)封堵，并與橡膠壩等一起圍護(hù)出景觀蓄水區(qū)。根據(jù)沿線兩岸地面、河槽高程、河道比降及適宜壩高等，綜合確定蓄水梯級(jí)及橡膠壩座數(shù)。中隔墻另一側(cè)為洪水槽，按蓄水區(qū)設(shè)防流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。洪水槽平時(shí)為河道過水通道，當(dāng)來水超過洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，砂質(zhì)子堤自潰，橡膠壩塌壩排空，蓄水區(qū)河道斷面參與行洪。

本方案對(duì)我國(guó)北方多泥沙河流較為適宜。由于河道來沙量較大，全河道攔蓄勢(shì)必造成蓄水區(qū)淤積，橡膠壩需頻繁塌壩排沙，工程運(yùn)行費(fèi)用高難度大。本方案通過設(shè)置洪水槽，可實(shí)現(xiàn)蓄清排渾，擇機(jī)攔蓄清水，混水則通過洪水槽下泄。陜西省寶雞市、咸陽市渭河城區(qū)段及甘肅天水市籍河城區(qū)段生態(tài)景觀治理工程均采用該方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，工程治理效果非常明顯。

2.2 全河道攔蓄方案

充分考慮治理河段水沙特性，盡可能增加蓄水景觀面積，對(duì)河道進(jìn)行全斷面攔蓄，兩岸較高灘地則順勢(shì)布置濱河生態(tài)園區(qū)。本方案平面布置相對(duì)較簡(jiǎn)單，投資亦較低。

本方案對(duì)河道水沙特性要求高，只有當(dāng)治理河段上游修建有大型水庫，河道水情基本得到控制，河水含沙量低、流量穩(wěn)定的情況方可實(shí)施。新疆庫爾勒市孔雀河目前主要受上游博斯騰湖東泵站抽水補(bǔ)給，一年四季流量穩(wěn)定，河水清澈，孔雀河庫爾勒市城區(qū)段即采用該方案進(jìn)行治理，已建成為當(dāng)?shù)乇苁罴{涼的好去處。

3 主要建筑物設(shè)計(jì)

3.1 兩岸堤防加固工程

一般而言，城區(qū)段河道兩岸堤防都已建成，僅需對(duì)其進(jìn)行相關(guān)復(fù)核驗(yàn)算。主要內(nèi)容包括堤距及堤線復(fù)核、堤頂超高復(fù)核及堤身穩(wěn)定、滲流、防沖驗(yàn)算等。對(duì)不滿足要求的堤段，需進(jìn)行加高加固改建。

設(shè)計(jì)時(shí)需注意堤防作為景觀工程的重要組成部分，需根據(jù)景觀設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行景觀改造。為了使工程更生態(tài)環(huán)保，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、建材等?shí)際情況，重點(diǎn)采用生態(tài)技術(shù)護(hù)坡。

3.2 河道疏浚工程

主要目的是對(duì)河道內(nèi)垃圾、河床污泥等進(jìn)行徹底清除和置換，對(duì)亂采、亂挖、亂堆的河床進(jìn)行修復(fù)。蓄水區(qū)河床只需進(jìn)行清表，以保證蓄水水質(zhì)；洪水槽河床應(yīng)根據(jù)確定的疏?？v坡，只挖高不填低，以保證設(shè)防流量的通暢。

河道疏浚應(yīng)遵循河道自然規(guī)律，設(shè)計(jì)以不改變河道縱向態(tài)勢(shì)為原則，疏?？v坡應(yīng)根據(jù)河床地面、水面及河道深泓的自然比降綜合確定。

3.3 中隔墻工程

中隔墻平行兩岸堤線布置，為蓄水河槽和洪水槽的隔墻。設(shè)計(jì)要求考慮擋水、漫頂、過洪、繞流、沖淤等諸多因素，需要進(jìn)行多種工況下的墻身穩(wěn)定、滲流、沖刷計(jì)算。

設(shè)計(jì)主要采用梯形斷面或矩形斷面兩種形式。梯形斷面主要為均質(zhì)土堤斷面，頂寬2m～3m，堤坡1：1.5，全斷面漿砌石或砼護(hù)面，厚度不小于30cm。矩形斷面頂寬2m～3m，采用漿砌石或鋼筋砼箱涵結(jié)構(gòu)，中間填土。兩方案防沖齒墻埋深按沖刷計(jì)算確定，且要求低于斷面深泓1m～3m。在彎道處，要求對(duì)墻體兩側(cè)河床鋪設(shè)干砌石護(hù)灘。均質(zhì)土堤方案投資小，施工速度快，但斷面較大。矩形結(jié)構(gòu)方案投資較高，但斷面小，布置靈活。兩種方案需根據(jù)工程實(shí)際情況比較確定。

3.4 橡膠壩工程工程

根據(jù)工程選址和蓄水區(qū)蓄水級(jí)數(shù)，確定橡膠壩壩址及座數(shù)，依據(jù)蓄水區(qū)河道縱坡、蓄水深度要求，確定壩高、壩長(zhǎng)等基本參數(shù)。

橡膠壩壩型通常選擇為充水枕式橡膠壩，壩高2m～5m，單跨壩長(zhǎng)100m左右，最大長(zhǎng)150m。相關(guān)計(jì)算包括過流計(jì)算、底板穩(wěn)定計(jì)算及邊墩穩(wěn)定計(jì)算等。

3.5 充排水泵站工程

橡膠壩一般要求在洪水預(yù)警后1h～2h內(nèi)排空，由于壩袋自排無法達(dá)到時(shí)間要求，需要設(shè)置泵站進(jìn)行強(qiáng)制抽排。泵站站址應(yīng)選擇于堤防外側(cè)，布置型式有一站一壩、一站多壩等方案。由于橡膠壩充排水管位于壩底板內(nèi)，為了使泵站能夠自動(dòng)充水啟動(dòng)，要求水泵在滿足計(jì)算安裝高程的前提下，比壩底板略低，因此泵站一般設(shè)計(jì)為地下式廠房。

設(shè)計(jì)需注意橡膠壩充水方式選擇，需水泵加壓充水時(shí)，水泵選型時(shí)應(yīng)考慮充水工況。另外，如采用一站多壩方案，需分別進(jìn)行橡膠壩各條排水管水損計(jì)算，使到水泵進(jìn)口處水力損失基本相同，保證各壩袋同時(shí)控空。

3.6 防滲工程工程

為了減少蓄水區(qū)滲流損失，避免沿線兩岸浸沒影響，根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果，需對(duì)蓄水區(qū)進(jìn)行防滲工程設(shè)計(jì)。一般通過對(duì)水平防滲、垂直防滲墻方案的比選確定。

水平方案防滲范圍為整個(gè)蓄水區(qū)，主要采用復(fù)合土工膜、粘土鋪蓋等。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)亟ú那闆r，通過經(jīng)濟(jì)比較確定。為了滿足防沖要求，復(fù)合土工膜或粘土鋪蓋要求埋置于河道深泓以下0.5m。為了有效保護(hù)防滲膜的完整性，要求膜上下各鋪設(shè)10cm中粗砂保護(hù)層，砂層以上30cm覆土必須人工填筑。

垂直砼防滲墻方案設(shè)計(jì)墻厚0.40m，采用C15砼澆筑，墻底深入基巖1.0m，防滲范圍為蓄水區(qū)周邊堤防、中隔墻及橡膠壩基等。

河床覆蓋層較淺，深厚小于15m時(shí)，可優(yōu)先采用垂直防滲墻方案。當(dāng)厚度大于15m時(shí)，由于防滲墻投資大，通常選用水平防滲方案。

4 結(jié)語

城市河道治理工程設(shè)計(jì)不僅要有“防洪、排澇”等水利工程的一般功效，更要日益融入城市園林景觀、生態(tài)環(huán)保以及建筑藝術(shù)等多種內(nèi)容。因此，只有通過對(duì)傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)理念的不斷探索和創(chuàng)新，才能使城市河道從“臟、亂、差”的舊面貌變得越來越美，從而為打造人水和諧、環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)宜居的新型城市做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。陜西水利

[1]劉曉濤.關(guān)于城市河流治理若干問題的思考.

[2]蔣屏等.河道生態(tài)治理工程.北京.中國(guó)水利水電出版社.2003.