卢龙县教场河污染治理工程设计综述

李 健，高 蛟，齐益达

（水利部河北水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程背景及基本条件

1.1 工程背景

近年来，渤海海域污染问题已引起党中央、国务院和社会各界的高度重视。为彻底改善北戴河及相邻地区近岸海域环境，中央和河北省委、省政府决定从2012年起开展为期3年的“北戴河及相邻地区近岸海域环境综合整治行动”，提出“努力使北戴河近岸海域水质2012年有明显改观，力争到2014年重点区域达到I类水质”的总体目标要求。

1.2 工程基本条件

教场河位于秦皇岛卢龙县的中部，为青龙河下游主要支流，发源于卢龙县下寨乡的彭家沟村东，流经下寨乡、卢龙镇两个乡 （镇）的19个行政村，沿102国道南侧由东至西穿城而过，之后西行汇入青龙河，主河道全长20 km，流域面积65.5 km2，河道纵坡在1/1 000～1/600之间，属于季节性山洪河道，具有源短、流急、暴涨、暴落的特点。

卢龙县城处于暖温带亚湿润气候区，属大陆性季风气候，四季分明，春季温凉少雨、夏季炎热湿润、秋季干湿相间、冬季寒冷干燥。自10月至次年5月为极地大陆气团控制，气候干燥，雨雪稀少，6—9月为热带海洋气团与极地大陆气团交绥地带，气候湿润多雨，多年平均年降水量706.3 mm；最大年降水量1 092 mm，发生在1953年；最小年降水量323 mm；日最大降水量393.3 mm，年内降水多集中在七八月份，约占全年降水量的70%。县城多年平均气温为10.6℃，1月最冷，平均气温-6.2℃，多年平均最低气温-15.4℃；7月最热，平均气温24.8℃，多年平均最高气温33.4℃；年极端最高气温39℃。

教场河流域无实测径流资料，本次设计主要通过暴雨途径推算流域设计洪水。设计暴雨采用《秦皇岛市水文手册》中提供的特征时段暴雨等值线图计算，设计洪水按分段进行计算。经计算，本次设计洪水计算成果与海河水利委员会批复的滦河青龙河口段防洪治理工程可行性研究报告中设计洪水成果基本一致，本次设计该河段设计洪水仍沿用前述批复成果，教场河20、10、5年一遇设计洪峰流量分别为190、128、76 m3/s。

2 工程规划

2.1 工程任务

教场河污染治理项目的主要任务是：通过对教场河8.1 km河道实施清淤清污及修建护岸堤防工程，结合新建橡胶坝等工程措施，改善渤海湾及河道自身水环境，保证下泄青龙河入渤海水质达标，提高河道防洪能力，恢复河系健康生态系统，优化河系环境，形成城内连续水面，美化县城环境，支持区域经济社会的可持续发展。

2.2 工程规模

根据文献[1]，卢龙县城为一般城镇，保护人口小于20万人，教场河采用20年一遇防洪标准，设计洪水流量为140～190 m3/s。治理范围内河道左右堤按20年一遇防洪标准设防，教场河污染治理项目等别为Ⅳ等，堤防工程级别为4级。橡胶坝工程等主要建筑物为4级，次要及临时建筑物为5级，建筑物抗震设防烈度为7度。

3 河道治理布置原则

为达到彻底清污的目的，综合考虑卢龙县城防洪问题，根据河道现状情况和实际地形条件，并与卢龙城区总体规划相协调，依据文献[2]，确定以下线路布置原则：

（1）以彻底清除河底污泥、避免污水处理厂达标出水2次污染为清污治理的基本原则。

（2）本着突出重点、统筹兼顾、合理布局的原则，针对上下游、左右岸、干支流情况及防洪工程体系存在的问题，合理确定工程布局。

（3）立足现状，兼顾长远，在完善河道防洪工程体系的基础上，为城区综合开发搭建平台。

（4）满足防洪设计功能及规模要求，并与已实施段工程有较好的衔接性，尽量避免占地和拆迁，就地取材，尽量节省工程投资。

（5）堤线力求自然，各堤段平顺连接，并考虑防洪抢险和工程管理的要求。

（6）改善周边生态环境，不干扰或尽量少干扰社会经济环境，最终达到技术可靠、经济合理、环境健康、社会满意的效果。

根据各个地基处理方案的适用条件，结合本工程的地基情况，确定采用水泥土搅拌法。

4 工程设计

4.1 河道治理工程

本次教场河污染治理工程起自教场河与青龙河主槽交汇处 （教场河防洪闸1 070 m）、设计桩号0+ 000，终至肖家河村东、设计桩号8+100，全长8.1 km。

考虑到建成的赵庄子拦河闸、规划建设的教场河防洪闸以及桩号1+270－3+400段两岸已修建的挡土墙工程，本次治理方案根据两闸的位置将河道分3段分别进行设计，断面设计依据已（预）建工程情况，努力保障新老工程的顺畅衔接。通过对河道实施清淤清污、筑堤防护等综合措施，使治理后河道实现彻底清污的目标，达到20年一遇洪水标准。

4.1.1 河道治理纵断面设计

本次教场河治理段全长8.1 km，20年一遇设计洪水流量190 m3/s。治理段现状河道平均纵坡约为1/1 000～1/600，本次设计充分结合原河道纵坡走势，考虑到治理段下游防洪闸及中游赵庄子拦河闸的结构布置及其与上下游的衔接关系，将河底纵坡分3段设计，桩号0+000－1+033（防洪闸下海漫）段采用1/800，桩号1+100.3（防洪闸上护底）－4+095.75（赵庄子拦河闸下）段采用1/650，桩号4+120（赵庄子拦河闸上）－4+200段采用1/80，桩号4+200－6+200段采用1/1000，桩号6+200－8+100段采用1/650。桩号1+033、1+100.3、4+120处河底高程为控制性高程，分别为31.86、31.89、38.69 m，3段河道设计河底纵坡分别依此控制性高程推算。

通过对河底污泥进行厚度勘察，教场河全线河底污染层厚度为1.0～1.5 m，按照以上控制高程及纵坡进行河道清淤，多数河段能够保证清污彻底。对于局部不能彻底清污的河段，施工过程中根据现场情况以彻底清除河底污泥为标准适当增加清污厚度。

4.1.2 河道治理横断面设计

本次教场河治理段位于山前平原区，按两闸位置划分的3个河段，现状地形各不相同。本工程针对各河段特点分别拟定断面方案。

（1）桩号0+000－1+033（防洪闸下海漫）段处于规划的青龙河防洪堤以内，地势较平坦，属于青龙河行洪滩地。河道设计采用底宽40 m方案对行洪主槽进行清淤疏浚，保证教场河主槽平顺延伸入青龙河主槽。主槽开挖边坡按天然稳定边坡1∶3.0控制。

（2）桩号1+100.3（防洪闸上）-4+095.75（赵庄子拦河闸下）段绝大部分位于县城主城区内，本段河道既不宜产生过多的工程占地以减少工程投资，又要满足防洪安全、生态景观的要求。经方案比选，河道断面采用复式断面，下部为浆砌石挡墙矩形槽，挡墙高度根据河道蓄水位确定，墙顶高程为河道蓄水位以下0.7 m，以利于墙顶水生植物生长；挡墙以上河道部分由景观工程设计、投资，采用梯形断面，边坡不陡于1∶3，景观地形高程不低于20年一遇洪水位+设计超高。

（3）桩号4+120（赵庄子拦河闸上）－8+100段河道断面变化相对较大，部分河段河底宽窄不一，20～60 m不等，两岸多村镇，且部分村镇紧邻河道。该段河道治理设计底宽原则上按40 m控制，现状宽度大于40 m的河段仍然按照现状宽度确定河底，设计段内宽度基本统一，段间平顺渐变，设计河底范围进行清淤疏浚，两岸结合村镇建筑及其他地物采用1∶2.5边坡对现状两岸进行必要筑堤防护。该方案采用堤线自然的治理理念，依据河势适当整理河道，宜宽则宽，过窄河段适当扩挖，保持并优化了原有行洪宽度，增加了防洪保障率，根据两岸现状进行必要筑堤防护，总工程量最小，迎水面护坡防护工程投资较之挡墙更为节省，方案整体经济性好。

4.2 新建橡胶坝工程设计

为了营造县城段河道宽阔水面、美化县城环境，本次设计于河道桩号2+730处新建橡胶坝1座，长40m，宽10 m，高2.5m，上游设10 m混凝土铺盖，铺盖首端设5.5m宽抛石防冲槽，下游设10 m长混凝土消力池，消力池下接5 m长砌石（石笼）海漫，海漫末段设11.5 m长抛石防冲槽。泵房布置于左岸，冲坝水源为橡胶坝上游靠右岸大口井，坝袋采用充水式，内压比α＝1.4，坝袋采用双锚固线。

5 新型生态护岸技术的应用

由于教场河河道纵坡相对较陡，沿岸村庄及弯道多，流量较大，设计流速较高，村庄及弯道处迎水面在行洪期间堤基表层土易受冲刷，影响堤岸安全。因此，本次设计对桩号4+120－8+100段村庄及河道弯道处两侧内坡采用必要防护措施，防止洪水冲刷，保证边坡稳定。经方案必选，最终选用格宾石笼网垫护坡作为河道护岸形式。

格宾网石笼护岸是近几年广泛应用的一种生态护岸技术，具有柔中带刚、导滤抗冲、护持水土、还原生态、适应变形等优点。格宾网是指经表面防蚀处理的低碳钢丝通过机械偏织而成的双铰六角形柔性金属网。格宾护坡是将上述金属网绑扎成不同结构和尺寸的相互连接的网笼、网垫，填入适当的石块，然后绑扎盖网形成的石笼、石垫整体护面。当带土球的植物根系经石间土进入坡体之后，可以起到浅层长期锚固作用，称为根锚。 植被、石笼、石垫与土坡一四者形成一个刚柔相济的“板块”，柔中带刚，既绿化环境，保持水土，又能适应一定的位移。“板块”既可以抵抗坡面外水冲刷，也可以排除内水。一两年后，根系深扎，盘根错节，起连接作用的格宾网将与具有强大再生力的植被根系共同发挥护坡作用。格宾结构本质上都具有透水性，对地下水的自然作用及过滤作用具有较强的包容性，水中的悬移物和淤泥得以沉淀于填石缝中，有利于自然植物的生长，逐步恢复原有生态环境。

6 效益分析

卢龙县教场河污染治理项目的效益主要是改善环境和提高防洪效益。受益地区为秦皇岛市环渤海地区。秦皇岛市是我国重要的旅游城市，通过对河道进行治理，结合污染治理设施的建设运行，能够保证入海水源的清洁，保护环渤海地区的生态环境，改善渤海水质，有利于增加秦皇岛市的环境发展竞争力，对地方经济发展具有巨大的推动作用。

教场河横穿县城，沿河地区村庄密集，经济较发达，河道周边地区拥有众多经济效益好、可持续发展能力强、运作灵活、多元发展的中小型企业，各项经济指标在全县均排名靠前。本工程可提高河道防洪标准，待污染治理项目全部完工后，可使教场河满足20年一遇标准的防洪要求，保障县域经济的持续健康发展，保护人民生命财产免受洪水危害，因此本工程的防洪经济效益也较大。

同时，教场河污染治理项目能够营造健康的生态系统，提高当地居民的生活质量，有利于提升县城整体形象，增强县城的环境竞争力，对县域经济的发展和招商引资都将产生极大的推动作用。因此，工程的实施还具有较高的生态和社会效益。

[1]SL252－2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[2]GB50286－1998，堤防工程设计规范[S].

[3]GB50288－1999，灌溉与排水工程设计规范[S].

[4]DL 5077－1997，水工建筑物荷载设计规范[S].

[5]SL/T191－2008，水工混凝土结构设计规范[S].

[6]DL5073－2000，水工建筑物抗震设计规范[S].

[7]JTJ319－1999，疏浚工程技术规范[S].

[8]GB50007－2002，建筑地基基础设计规范[S].

[9]SL285－2003，水利水电工程进出口设计规范[S].

[10]SL171－1996，堤防工程管理设计规范[S].

[11]JGJ79－2002，建筑地基处理技术规范[S].

[12]GB50201－1994，防洪标准[S].