李 健，高 蛟，齊益達(dá)

（水利部河北水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程背景及基本條件

1.1 工程背景

近年來，渤海海域污染問題已引起黨中央、國務(wù)院和社會(huì)各界的高度重視。為徹底改善北戴河及相鄰地區(qū)近岸海域環(huán)境，中央和河北省委、省政府決定從2012年起開展為期3年的“北戴河及相鄰地區(qū)近岸海域環(huán)境綜合整治行動(dòng)”，提出“努力使北戴河近岸海域水質(zhì)2012年有明顯改觀，力爭到2014年重點(diǎn)區(qū)域達(dá)到I類水質(zhì)”的總體目標(biāo)要求。

1.2 工程基本條件

教場河位于秦皇島盧龍縣的中部，為青龍河下游主要支流，發(fā)源于盧龍縣下寨鄉(xiāng)的彭家溝村東，流經(jīng)下寨鄉(xiāng)、盧龍鎮(zhèn)兩個(gè)鄉(xiāng) （鎮(zhèn)）的19個(gè)行政村，沿102國道南側(cè)由東至西穿城而過，之后西行匯入青龍河，主河道全長20 km，流域面積65.5 km2，河道縱坡在1/1 000～1/600之間，屬于季節(jié)性山洪河道，具有源短、流急、暴漲、暴落的特點(diǎn)。

盧龍縣城處于暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季溫涼少雨、夏季炎熱濕潤、秋季干濕相間、冬季寒冷干燥。自10月至次年5月為極地大陸氣團(tuán)控制，氣候干燥，雨雪稀少，6—9月為熱帶海洋氣團(tuán)與極地大陸氣團(tuán)交綏地帶，氣候濕潤多雨，多年平均年降水量706.3 mm；最大年降水量1 092 mm，發(fā)生在1953年；最小年降水量323 mm；日最大降水量393.3 mm，年內(nèi)降水多集中在七八月份，約占全年降水量的70%。縣城多年平均氣溫為10.6℃，1月最冷，平均氣溫-6.2℃，多年平均最低氣溫-15.4℃；7月最熱，平均氣溫24.8℃，多年平均最高氣溫33.4℃；年極端最高氣溫39℃。

教場河流域無實(shí)測徑流資料，本次設(shè)計(jì)主要通過暴雨途徑推算流域設(shè)計(jì)洪水。設(shè)計(jì)暴雨采用《秦皇島市水文手冊》中提供的特征時(shí)段暴雨等值線圖計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水按分段進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果與海河水利委員會(huì)批復(fù)的灤河青龍河口段防洪治理工程可行性研究報(bào)告中設(shè)計(jì)洪水成果基本一致，本次設(shè)計(jì)該河段設(shè)計(jì)洪水仍沿用前述批復(fù)成果，教場河20、10、5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量分別為190、128、76 m3/s。

2 工程規(guī)劃

2.1 工程任務(wù)

教場河污染治理項(xiàng)目的主要任務(wù)是：通過對教場河8.1 km河道實(shí)施清淤清污及修建護(hù)岸堤防工程，結(jié)合新建橡膠壩等工程措施，改善渤海灣及河道自身水環(huán)境，保證下泄青龍河入渤海水質(zhì)達(dá)標(biāo)，提高河道防洪能力，恢復(fù)河系健康生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)化河系環(huán)境，形成城內(nèi)連續(xù)水面，美化縣城環(huán)境，支持區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 工程規(guī)模

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，盧龍縣城為一般城鎮(zhèn)，保護(hù)人口小于20萬人，教場河采用20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪水流量為140～190 m3/s。治理范圍內(nèi)河道左右堤按20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，教場河污染治理項(xiàng)目等別為Ⅳ等，堤防工程級(jí)別為4級(jí)。橡膠壩工程等主要建筑物為4級(jí)，次要及臨時(shí)建筑物為5級(jí)，建筑物抗震設(shè)防烈度為7度。

3 河道治理布置原則

為達(dá)到徹底清污的目的，綜合考慮盧龍縣城防洪問題，根據(jù)河道現(xiàn)狀情況和實(shí)際地形條件，并與盧龍城區(qū)總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，依據(jù)文獻(xiàn)[2]，確定以下線路布置原則：

（1）以徹底清除河底污泥、避免污水處理廠達(dá)標(biāo)出水2次污染為清污治理的基本原則。

（2）本著突出重點(diǎn)、統(tǒng)籌兼顧、合理布局的原則，針對上下游、左右岸、干支流情況及防洪工程體系存在的問題，合理確定工程布局。

（3）立足現(xiàn)狀，兼顧長遠(yuǎn)，在完善河道防洪工程體系的基礎(chǔ)上，為城區(qū)綜合開發(fā)搭建平臺(tái)。

（4）滿足防洪設(shè)計(jì)功能及規(guī)模要求，并與已實(shí)施段工程有較好的銜接性，盡量避免占地和拆遷，就地取材，盡量節(jié)省工程投資。

（5）堤線力求自然，各堤段平順連接，并考慮防洪搶險(xiǎn)和工程管理的要求。

（6）改善周邊生態(tài)環(huán)境，不干擾或盡量少干擾社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，最終達(dá)到技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境健康、社會(huì)滿意的效果。

根據(jù)各個(gè)地基處理方案的適用條件，結(jié)合本工程的地基情況，確定采用水泥土攪拌法。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 河道治理工程

本次教場河污染治理工程起自教場河與青龍河主槽交匯處 （教場河防洪閘1 070 m）、設(shè)計(jì)樁號(hào)0+ 000，終至肖家河村東、設(shè)計(jì)樁號(hào)8+100，全長8.1 km。

考慮到建成的趙莊子攔河閘、規(guī)劃建設(shè)的教場河防洪閘以及樁號(hào)1+270－3+400段兩岸已修建的擋土墻工程，本次治理方案根據(jù)兩閘的位置將河道分3段分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，斷面設(shè)計(jì)依據(jù)已（預(yù)）建工程情況，努力保障新老工程的順暢銜接。通過對河道實(shí)施清淤清污、筑堤防護(hù)等綜合措施，使治理后河道實(shí)現(xiàn)徹底清污的目標(biāo)，達(dá)到20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.1 河道治理縱斷面設(shè)計(jì)

本次教場河治理段全長8.1 km，20年一遇設(shè)計(jì)洪水流量190 m3/s。治理段現(xiàn)狀河道平均縱坡約為1/1 000～1/600，本次設(shè)計(jì)充分結(jié)合原河道縱坡走勢，考慮到治理段下游防洪閘及中游趙莊子攔河閘的結(jié)構(gòu)布置及其與上下游的銜接關(guān)系，將河底縱坡分3段設(shè)計(jì)，樁號(hào)0+000－1+033（防洪閘下海漫）段采用1/800，樁號(hào)1+100.3（防洪閘上護(hù)底）－4+095.75（趙莊子攔河閘下）段采用1/650，樁號(hào)4+120（趙莊子攔河閘上）－4+200段采用1/80，樁號(hào)4+200－6+200段采用1/1000，樁號(hào)6+200－8+100段采用1/650。樁號(hào)1+033、1+100.3、4+120處河底高程為控制性高程，分別為31.86、31.89、38.69 m，3段河道設(shè)計(jì)河底縱坡分別依此控制性高程推算。

通過對河底污泥進(jìn)行厚度勘察，教場河全線河底污染層厚度為1.0～1.5 m，按照以上控制高程及縱坡進(jìn)行河道清淤，多數(shù)河段能夠保證清污徹底。對于局部不能徹底清污的河段，施工過程中根據(jù)現(xiàn)場情況以徹底清除河底污泥為標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)增加清污厚度。

4.1.2 河道治理橫斷面設(shè)計(jì)

本次教場河治理段位于山前平原區(qū)，按兩閘位置劃分的3個(gè)河段，現(xiàn)狀地形各不相同。本工程針對各河段特點(diǎn)分別擬定斷面方案。

（1）樁號(hào)0+000－1+033（防洪閘下海漫）段處于規(guī)劃的青龍河防洪堤以內(nèi)，地勢較平坦，屬于青龍河行洪灘地。河道設(shè)計(jì)采用底寬40 m方案對行洪主槽進(jìn)行清淤疏浚，保證教場河主槽平順延伸入青龍河主槽。主槽開挖邊坡按天然穩(wěn)定邊坡1∶3.0控制。

（2）樁號(hào)1+100.3（防洪閘上）-4+095.75（趙莊子攔河閘下）段絕大部分位于縣城主城區(qū)內(nèi)，本段河道既不宜產(chǎn)生過多的工程占地以減少工程投資，又要滿足防洪安全、生態(tài)景觀的要求。經(jīng)方案比選，河道斷面采用復(fù)式斷面，下部為漿砌石擋墻矩形槽，擋墻高度根據(jù)河道蓄水位確定，墻頂高程為河道蓄水位以下0.7 m，以利于墻頂水生植物生長；擋墻以上河道部分由景觀工程設(shè)計(jì)、投資，采用梯形斷面，邊坡不陡于1∶3，景觀地形高程不低于20年一遇洪水位+設(shè)計(jì)超高。

（3）樁號(hào)4+120（趙莊子攔河閘上）－8+100段河道斷面變化相對較大，部分河段河底寬窄不一，20～60 m不等，兩岸多村鎮(zhèn)，且部分村鎮(zhèn)緊鄰河道。該段河道治理設(shè)計(jì)底寬原則上按40 m控制，現(xiàn)狀寬度大于40 m的河段仍然按照現(xiàn)狀寬度確定河底，設(shè)計(jì)段內(nèi)寬度基本統(tǒng)一，段間平順漸變，設(shè)計(jì)河底范圍進(jìn)行清淤疏浚，兩岸結(jié)合村鎮(zhèn)建筑及其他地物采用1∶2.5邊坡對現(xiàn)狀兩岸進(jìn)行必要筑堤防護(hù)。該方案采用堤線自然的治理理念，依據(jù)河勢適當(dāng)整理河道，宜寬則寬，過窄河段適當(dāng)擴(kuò)挖，保持并優(yōu)化了原有行洪寬度，增加了防洪保障率，根據(jù)兩岸現(xiàn)狀進(jìn)行必要筑堤防護(hù)，總工程量最小，迎水面護(hù)坡防護(hù)工程投資較之擋墻更為節(jié)省，方案整體經(jīng)濟(jì)性好。

4.2 新建橡膠壩工程設(shè)計(jì)

為了營造縣城段河道寬闊水面、美化縣城環(huán)境，本次設(shè)計(jì)于河道樁號(hào)2+730處新建橡膠壩1座，長40m，寬10 m，高2.5m，上游設(shè)10 m混凝土鋪蓋，鋪蓋首端設(shè)5.5m寬拋石防沖槽，下游設(shè)10 m長混凝土消力池，消力池下接5 m長砌石（石籠）海漫，海漫末段設(shè)11.5 m長拋石防沖槽。泵房布置于左岸，沖壩水源為橡膠壩上游靠右岸大口井，壩袋采用充水式，內(nèi)壓比α＝1.4，壩袋采用雙錨固線。

5 新型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)的應(yīng)用

由于教場河河道縱坡相對較陡，沿岸村莊及彎道多，流量較大，設(shè)計(jì)流速較高，村莊及彎道處迎水面在行洪期間堤基表層土易受沖刷，影響堤岸安全。因此，本次設(shè)計(jì)對樁號(hào)4+120－8+100段村莊及河道彎道處兩側(cè)內(nèi)坡采用必要防護(hù)措施，防止洪水沖刷，保證邊坡穩(wěn)定。經(jīng)方案必選，最終選用格賓石籠網(wǎng)墊護(hù)坡作為河道護(hù)岸形式。

格賓網(wǎng)石籠護(hù)岸是近幾年廣泛應(yīng)用的一種生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，具有柔中帶剛、導(dǎo)濾抗沖、護(hù)持水土、還原生態(tài)、適應(yīng)變形等優(yōu)點(diǎn)。格賓網(wǎng)是指經(jīng)表面防蝕處理的低碳鋼絲通過機(jī)械偏織而成的雙鉸六角形柔性金屬網(wǎng)。格賓護(hù)坡是將上述金屬網(wǎng)綁扎成不同結(jié)構(gòu)和尺寸的相互連接的網(wǎng)籠、網(wǎng)墊，填入適當(dāng)?shù)氖瘔K，然后綁扎蓋網(wǎng)形成的石籠、石墊整體護(hù)面。當(dāng)帶土球的植物根系經(jīng)石間土進(jìn)入坡體之后，可以起到淺層長期錨固作用，稱為根錨。 植被、石籠、石墊與土坡一四者形成一個(gè)剛?cè)嵯酀?jì)的“板塊”，柔中帶剛，既綠化環(huán)境，保持水土，又能適應(yīng)一定的位移。“板塊”既可以抵抗坡面外水沖刷，也可以排除內(nèi)水。一兩年后，根系深扎，盤根錯(cuò)節(jié)，起連接作用的格賓網(wǎng)將與具有強(qiáng)大再生力的植被根系共同發(fā)揮護(hù)坡作用。格賓結(jié)構(gòu)本質(zhì)上都具有透水性，對地下水的自然作用及過濾作用具有較強(qiáng)的包容性，水中的懸移物和淤泥得以沉淀于填石縫中，有利于自然植物的生長，逐步恢復(fù)原有生態(tài)環(huán)境。

6 效益分析

盧龍縣教場河污染治理項(xiàng)目的效益主要是改善環(huán)境和提高防洪效益。受益地區(qū)為秦皇島市環(huán)渤海地區(qū)。秦皇島市是我國重要的旅游城市，通過對河道進(jìn)行治理，結(jié)合污染治理設(shè)施的建設(shè)運(yùn)行，能夠保證入海水源的清潔，保護(hù)環(huán)渤海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，改善渤海水質(zhì)，有利于增加秦皇島市的環(huán)境發(fā)展競爭力，對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。

教場河橫穿縣城，沿河地區(qū)村莊密集，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，河道周邊地區(qū)擁有眾多經(jīng)濟(jì)效益好、可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)、運(yùn)作靈活、多元發(fā)展的中小型企業(yè)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在全縣均排名靠前。本工程可提高河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，待污染治理項(xiàng)目全部完工后，可使教場河滿足20年一遇標(biāo)準(zhǔn)的防洪要求，保障縣域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)免受洪水危害，因此本工程的防洪經(jīng)濟(jì)效益也較大。

同時(shí)，教場河污染治理項(xiàng)目能夠營造健康的生態(tài)系統(tǒng)，提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，有利于提升縣城整體形象，增強(qiáng)縣城的環(huán)境競爭力，對縣域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和招商引資都將產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。因此，工程的實(shí)施還具有較高的生態(tài)和社會(huì)效益。

[1]SL252－2000，水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB50286－1998，堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50288－1999，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]DL 5077－1997，水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]SL/T191－2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]DL5073－2000，水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]JTJ319－1999，疏浚工程技術(shù)規(guī)范[S].

[8]GB50007－2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[9]SL285－2003，水利水電工程進(jìn)出口設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10]SL171－1996，堤防工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[11]JGJ79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[12]GB50201－1994，防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].