辽河保护区河道清障技术研究
2013-11-01刘晓玲段亮宋永会刘雅萍
刘晓玲,段亮,宋永会,刘雅萍
1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地,北京 100012 3.辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁 沈阳 110006
辽河保护区河道清障技术研究
刘晓玲1,2,段亮1,2,宋永会1,2*,刘雅萍3
1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地,北京 100012 3.辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁 沈阳 110006
辽河历年来洪涝灾害频繁,虽然过去开展过多次河道恢复工作,但近年随着违规阻水障碍物增多,其行洪安全问题日益突出。研究分析了历年辽河保护区河道清障情况,基于河障实地踏勘成果,确立了辽河保护区河道清障的范围与目标;研究了辽河保护区河道清障技术,探讨了清障效果;针对研究过程中发现的问题,提出了措施建议。辽河保护区河道恢复是解决河道行洪安全问题的主要途径之一,有助于实现辽河保护区的防洪安全和生态安全的双赢。
辽河保护区;河道;清障;技术
注:由辽宁省辽河保护区管理局提供。
辽河过去开展过多次河道清障工作,对防御洪涝灾害起到了显著的效果[1]。但近年来由于辽河保护区周边农村经济的高速发展等诸多原因,河道管理范围内依然存在着一些严重制约河道行洪安全的因素[8-10],如河道内设障严重,套堤等阻水障碍物大多已发展到河道主槽位置;由于套堤等阻水障碍物的存在,常遇洪水无法进入滩地,造成滩唇淤高,临堤串沟得不到有效淤填,形成滩地横比降;河道内行洪障碍物多属土地、林业、铁路、交通、农业等部门管辖,管理混乱,国家和地方防洪法规和管理条例难以有效执行等。这些因素已造成了河道实际行洪能力大幅度降低,在大洪水来临时将极易造成堤防出险,对沿河两岸人民生命与财产安全造成极大的威胁[11-12]。因此,开展辽河保护区内河道清障技术研究,有效提高河道的泄洪能力,是解决河道行洪安全问题的关键途径,有助于实现辽河保护区的防洪安全和生态安全的双赢。
1 辽河河道历年恢复情况与设障现状
1.1 辽河干流河道基本特征
辽河保护区内辽河福德店至双台子河口段习惯称作辽河干流,流经铁岭、沈阳、鞍山、盘锦4市的昌图、开原、银州区、铁岭县、康平、沈北新区、法库、新民、辽中、台安、盘山、大洼、兴隆台、双台子等县(区),全长538 km,流域面积3.79万km2。根据辽宁省辽河保护区管理局提供的2010年辽河干流现状资料,绘制辽河干流河道分布图(图1)。
据辽宁省辽河保护区管理局提供的资料统计归纳出辽河干流各河段基本情况与河道的主要特征,如表1所示。福德店—清河口河段长127 km,平均河宽150 m,弯曲系数1.57,宽深比2.5~10.9,河床比降0.21‰,属蜿蜒型河道。清河口—石佛寺段河长75 km,河道两岸多为连绵丘陵,支流发育,左侧支流清河、柴河、汎河汇入,河道平面形态蜿蜒曲折,边滩交错,平均河宽250 m,河床比降0.19‰,河道冲淤变化基本平衡,河道较为稳定。石佛寺—柳河口段长100 km,河道平面摆动幅度较大,约3~5 km,历史上造成多处自然裁弯,平均河宽200 m,河床比降0.19‰,因受泥沙淤积上延影响,柳河口附近比降略变小。柳河口—卡力马河段长55 km,受柳河泥沙淤积影响,河床逐年抬高,平均河宽240 m,河床比降0.17‰,河槽宽浅,宽深比为7.54~37.42,具有游荡性河道特征,主槽摆动频繁,河道不稳定。卡力马—盘山闸河段长117 km,平均河宽200 m,河床比降0.12‰。受上游来沙及下游盘山闸长期关闸蓄水的影响,河床逐年淤高,以卡力马—六间房河段、盘山闸附近较为严重,该段河床横向摆动较小,平面变化不大。盘山闸—河口段长64 km,为感潮河段。平均河宽230~780 m,河床比降0.07‰,河槽属窄深型。
表1 辽河保护区干流河道主要特征
1.2 历年河道恢复情况
为了确保辽河防洪安全,国家和辽宁省对河道清障工作十分重视。从建国以来,共开展了3次大规模的河道清障工作。1976—1978年,按《关于辽河、浑河、太子河河道清障的意见》辽革发(1975)146号文件要求,根据《辽、浑、太三河清障规划》,辽宁省对辽河流域中的辽、浑、太、大四河河道进行了第1次较大规模的恢复工作,限于当时的社会经济发展情况,规划套堤保留较多,主行洪通道较窄,辽河仅为1 000 m。20世纪80年代,随着社会经济的发展,河道内的桥梁、套堤、导水路、油田路等河道行洪障碍物大量增加。1985年辽河大洪水后,辽宁省人大常委会通过《关于整治辽河的决议》。决议要求通过完成加固堤防、整治河道、彻底清障等各项任务,保证辽河河道的防洪安全。1993年,辽宁省抗旱防汛指挥部召开辽河套堤清除研讨会。1994年8月,辽河套堤清除工作全面展开。1995年7月,全面恢复了辽河套堤窄口,对恢复当年辽河行洪能力起到了明显的作用[1]。
1995年至今,辽河未开展大规模的河道清障工作。然而,现阶段由于河势变迁以及周边农村经济的发展,辽河河道内设障非常严重。干流河道内套堤、居民住宅等阻水建筑物及种植的作物等大量存在极大地挤占了河道的行洪断面,导致无法保证河道原有的设计行洪能力。2010年汛期辽河河道在流量不大的情况下,水位长时间居高不下,洪水流速十分缓慢,造成防洪大堤多处出现险情,直接威胁防洪大堤的安全,对沿河人民群众生命及财产安全构成重大威胁[2]。根据实测结果显示,辽河六间房2010年洪水流量为1 910 m3s,实际水位居然和设计条件下的3 300 m3s流量的水位相当,充分说明了河道内设障严重是水位长时间居高不下,洪水流速十分缓慢的主要原因。
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1.3 河道设障现况
目前,辽河河道内阻水建筑物有套堤(含导水路)、成片林木、油井、桥梁、拦河坝违章建筑及村屯等。根据辽宁省河务局2010年9月调查收集的资料,结合1∶10 000地形图和航拍影像图统计得出:辽河福德店—盘山闸段河道内有套堤507.45 km,分属131个套子,套堤保护面积226.7 km2,卡力马以下河段尤为集中;河道内有成片阻水林地74处,面积21.3 km2,以及历史遗留未搬迁的村屯16个。表2归纳了辽河福德店—盘山闸段河道内套堤、阻水林地及村屯现状。此外,满都户桥、新调线桥及通江口桥引道过长,阻水严重。
表2 辽河河道内设障现状统计
2 辽河河道清障研究
2.1 范围、目标和原则
目前,辽河福德店—盘山闸段河道内设障严重,是导致辽河河道原有的设计行洪能力难以保证的主要原因。因此,依据辽河现阶段的状况,研究范围划定为福德店—盘山闸段,河道全长474 km。辽河河道清障工作采用分阶段实施的方式,根据经济社会发展,最终实现全部清除河道内阻水障碍,逐步恢复河道行洪能力,以保障两岸的防洪安全目标。为了达到河道恢复的最终目标,基于辽河河道现状,制定分阶段目标:逐步打通主行洪通道,逐渐清除主行洪通道内阻水建筑物;全部清除河道内阻水、违章建筑物,使堤防全面恢复设计防洪能力。“十二五”为辽河保护区清障工作实施期,全部清障工作于2015年末完成。
辽河河道清障工作由辽宁省政府统一领导,辽河保护区管理局负责协调指导,涉河各市县乡各级政府作为实施主体遵循“谁设障、谁拆除”的原则,负责各辖区内的河道清障具体事宜并遵循以下原则:认真贯彻执行《中华人民共和国防洪法》和国家防汛抗旱总指挥部及辽宁省政府有关河道清障的文件精神;坚持防洪安全第一,兼顾河道生态和当地农民的利益;对河道内壅水、阻水严重的桥梁、引道和其他跨河工程设施,根据国家规定的防洪标准,分析其对河道防洪的影响情况及应该采取的相应措施;设法清除或间伐河滩地上严重阻水泄洪的成片林地、苗木等;全部拆除河滩地上的非法建筑物;对河滩地上的油井及附属设施,在泄洪区内的应将其围墙清除,降低进场道路的路面高程,以加快洪水下泄。
2.2 河道清障方案
辽河中下游段现状河道内设障均非常严重,套堤等阻水障碍物很多已发展到河槽边,河道行洪断面被大幅缩窄,河道行洪能力严重下降,发生中小洪水即危及堤防安全。遵循《中华人民共和国防洪法》及《辽宁省河道管理条例》,根据现状河道设障情况兼顾当地老百姓利益,制定分阶段河道清障方案。
在“十二五”前期,顺河势自上而下清理出主行洪通道,保证中小洪水不成灾。具体方案为:辽河主行洪通道宽1 000 m,主行洪通道内套堤(含导水路)全部拆除,主行洪通道以外的套堤(含导水路)降低高程,套堤顶必须控制在设计水位下1 m,不得再新建或加固套堤;行洪通道内阻水林木顺水流方向按2∶1比例间伐出行洪通道,单个通道宽度不小于10 m;距迎水侧堤脚50 m内的鱼塘全部清除填埋;河道内油田围堤全部拆除,降低作业路路面高程至滩面上0.5 m内;依法清理河道内砂场,平整滩面。在“十二五”末期,即2015年末之前,全面恢复堤防设计防洪能力。具体方案为河道内套堤(含套水路)全部清除、阻水林地全部砍伐或间伐,距堤脚100 m内的坑塘全部清除填埋,阻水桥梁在改扩建时消除阻水影响,河道内现有村屯全部搬迁至堤外,改造油田设施最大程度降低阻水影响。
3 河道清障效果分析
根据辽宁省辽河保护区管理局提供的数据,截至2012年12月,辽河河道清障工作的顺利实施使得河道内套堤拆除工程长达128.83 km,分别分布在铁岭、沈阳、鞍山和盘锦4个地级市;而阻水林地间伐量为8.80 km2,分别分布在铁岭、沈阳和盘锦3个地级市;并在沈阳市清除临堤鱼塘10个。辽河河道内套堤拆除工程量与阻水林地间伐面积分别见表3和表4。
表3 辽河2012年前套堤拆除量
表4 辽河2012年前阻水林地间伐面积
通过对各河近期主行洪通道内阻水障碍物的拆除,各河设计流量下水位相比现状河道水位均有不同程度降低。设计流量下辽河水位最大降幅可达0.64 m,大部分河段也有0.1~0.3 m的降低,各河主行洪通道形成,可以保证河道在中小洪水下的行洪安全。当发生五十年一遇设计洪水时,现状三岔河水位站洪水位为8.57 m,高于设计水位(7.85 m)0.72 m,实施清障后,水位可降低0.47 m,为8.10 m。设计水位7.85 m下的行洪能力也可由现状的不足7 000 m3s提高到近8 000 m3s。同时,清障后辽河六间房水文站断面设计流量下水位壅高由现状的0.47 m降低至0.24 m,设计水位下行洪能力由约4 000 m3s提高到约4 500 m3s。
在前期清障工作基础上,“十二五”中后期继续对河道管理范围内违规审批、违法建筑的各类障碍物、阻水障碍物以及对辽河直接污染的养殖场和居民有计划地清除和搬迁。在2015年前,通过全面清障,完成辽河河道内所有套堤、林木、大棚、油井及附属设施清理,河滩地种植结构调整与阻水的桥梁、引道、渡口改扩建或拆除等。同时,全面清除河道管理范围内所有的管理房、养殖场、各类工商企业和居民住宅等阻水建筑物。
在清障工作结束后,福德店—盘山闸段河道堤防全线贯通,并恢复堤防设计防洪标准。福德店—清河口干流堤长119.10 km,其中左岸57.24 km,右岸61.86 km,堤距860~3 481 m,堤防防洪标准为三十年一遇,保证流量2 600~3 040 m3s,堤顶宽6.0 m,平均堤高4.0 m。清河口—盘山闸段干流堤防总长480.33 km,其中左堤长245.3 km,右堤长235.03 km,堤距847~5 668 m。其中,石佛寺—盘山闸段防洪标准为百年一遇,保证流量5 000~5 500 m3s,堤顶宽6.0 m,平均堤高7.49 m。同时,全面恢复辽河河道设计过洪能力。分别选取福德店、通江口、铁岭和石佛寺作为控制站计算出全面清障后,辽河干流设计洪水水平(表5)。辽河可以较现状条件下设计洪水位最多降低约0.9 m。
表5 辽河干流主控站设计洪水水平
注:N为历史洪水重现期;n为系列年数;A为历史洪水次数;Q为洪峰量;Cv为变差系数;Cs为偏态系数。
4 河道清障保障措施
4.1 借鉴国外管理经验
辽河河道清障过程中应当合理借鉴国外的管理法规和经验[13-14]。美国在防洪法规和管理条例中就河道内建设桥梁、大现等建筑物实施项目审批和管理等方面进行了详细的说明。法国在防洪政策主要文件中规定保护洪水流经区域和扩展区域,禁止在洪水严重区域建设任何新工程与居民区,对河道建筑物实施严格管理。日本的《防洪法》明确规定为保障堤身安全,为防洪抢险提供足够的活动空间,一般将背水侧堤脚以外30~50 m内土地由国家收购,交河道管理部门统一管理,在该范围内任何单位不能从事建设,挖土和堆放物品[15-17]。
4.2 加大工程实施力度
河道清障是一项政策性强、涉及面多、复杂繁琐的工作。在清障之前,需要因地制宜,根据实际情况制定行之有效的实施方案。如,由于历史原因,在清障过程中发现某些建筑物和构筑物具有合法性,可能造成清障工作难以持续,这就要求充分考虑各方面的因素,制定切实可行的方案。清障过程中,需抓住重点,突破难点。如,对于“钉子户”应主动积极宣传、教育,耐心说服,并尊重历史,结合现实,做好拆迁补偿安置工作,确保工作的顺利进行。
辽河流域的降雨多集中在7—8月,往往又集中在几次暴雨中,所以要特别注重辽河流域7—8月降雨季节之前的河道恢复。另外,要分轻重缓急,应当从整个流域的防洪安全要求出发,对于大城市及河道分水节点下游的河障需要给予更多的重视,大城市财富高密集度的属性和节点分流比对流域防洪受到河障的威胁,要着重对这类河障优先清理[3]。
4.3 清淤与恢复并举
目前辽河干流柳河口以下河段普遍存在的主要问题:1)中水河槽尚未得到治理,河道易摆动使河势变化形成险段;2)泥沙淤积使主槽河底淤高泄流能力降低,造成防洪标准降低,并可给河流上的水利工程建设以及生态环境带来诸多问题[18-19];3)部分堤段为砂基砂堤,在高水时极易出险,许多堤段存在临堤串沟,滩地横比降大,也对堤防构成威胁。此外盘山闸现有泄洪能力较低,扩建方案尚未实施,只能靠爆破土堤分洪,给管理和运用带来很多不便和困难。
辽河干流六间房—盘山闸段因盘山闸关闸蓄水使上游超饱和含沙水流在本段流速降低,挟沙能力减小,泥沙在此段淤积较重,易造成小水出大灾的恶果。对辽河柳河口以下河道进行清淤疏浚后,一方面可减轻柳河泥沙对辽河下游河道的淤积,保持其稳定的泄洪能力,另一方面可利用清淤泥沙吹填滩区洼地、临堤串沟、淤临淤背加固堤防。并可结合辽河下游中水河槽治理,消除险工,稳定河势。因此,对辽河柳河口以下河段实施清淤工程是非常必要的。可采取机械化疏浚河槽,淤临淤背,改变河道的横向比降,特别是对辽河下游柳河河口以下堆积型的河道,河床逐年淤积,滩唇高,堤脚低,形成靠大堤沟长达78 km河道横向比降大,更需要采取清淤与恢复并举[20]。
4.4 合理利用河滩地
为保证防洪安全及防止土地沙化改善生态环境,应对现状河滩地上多种植玉米等高秆农作物的种植结构进行调整。结合农业产业结构调整及河道生态建设实施方案,充分考虑当地老百姓利益,远近结合逐步进行滩地种植结构调整,引导农民退耕还草(林)、种植低棵早熟、多年生、草本经济作物,对于一些沙化严重的区域及侵蚀塌岸严重的凹岸段,进行封育,自然恢复生态。
5 结语
“十二五”期间辽河保护区清障工作的顺利实施是全面恢复辽河河道泄洪能力,显著减轻防汛抗洪压力的重要保障。河道清障工作不仅是防汛抗洪工作的重要组成部分,而且是确保防洪安全和依法加强河道管理的重要手段和内容。为保障工作有序、高效进行,在科学制定计划时,应当详细讨论并研究清障河段与时序的优选之间关系;在合理确定具体实施方案时,应当结合本地实际情况认真核查清障任务,并对河段差异性与清障技术差异选择做进一步的详细分析。同时,应当明确河道清障技术只是辽河保护区安全的一个支撑,全面解决尚需从流域角度、从干支流关系、水源涵养能力建设、障碍物形成原因、体制和机制、社会经济等多方面考量。现今,在生态文明建设大背景下,清障技术未来发展的方向势必应当尊重自然、顺应自然。
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TechnologiesofRiverBarrierClearanceinLiaoheConservationArea
LIU Xiao-ling1,2, DUAN Liang1,2, SONG Yong-hui1,2, LIU Ya-ping3
1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Science, Beijing 100012, China 2.Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3.Investigation and Design Institute of Water Resources and Hydropower Liaoning Province, Shenyang 110006, China
Floods frequently occurred in Liaohe River in the the years. Although the work of river barrier clearance had been performed for several times, the illegal water-blocking barriers still increased, flood risks and safety in Liaohe River have attracted more and more attention. The history of river barrier clearance in Liaohe Conservation Area was analyzed; and the scope and objectives of river barrier clearance was established, based on the reconnaissance results of Liaohe River course. Also, the barriers clearance technology was studied in Liaohe River course, and the effects were discussed. Measures for implementing on the river barrier clearance were proposed, with respect to the problems found in the research. River course recovery is one of the main approaches to solve the flood safety problems, which help to achieve the win-win of flood safety and ecological security in Liaohe Conservation Area.
Liaohe Conservation Area; river course; barrier clearance; technology
1674-991X(2013)06-0486-07
2013-07-16
国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202-004,2012ZX07202-005);辽宁省辽河保护区治理与保护“十二五”规划研究(201010261)
刘晓玲(1977—),女,副研究员,博士,主要从事城市水环境技术研究,liuxl@craes.org.cn
*责任作者:宋永会(1967—),男,研究员,博士,主要从事水污染防治技术研究,songyh@craes.org.cn
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10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.075