辽河保护区河道防洪能力提升工程研究

冯新伟，林齐，段亮，宋永会*

1.辽宁水利职业学院，辽宁 沈阳 110122 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012

辽河保护区河道防洪能力提升工程研究

冯新伟1，林齐2，段亮2，宋永会2*

1.辽宁水利职业学院，辽宁 沈阳 110122 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012

针对辽河河道泥沙淤积严重而导致的河床主槽升高、防洪能力降低以及汛期洪水威胁堤防等问题，提出了河道清淤疏浚综合整治工程技术和方案。通过对辽河重点河段清淤范围的划定，对柳河口—卡力马—六间房—盘山闸—曙光桥以及石佛寺坝前—鲁家大桥段5个河段的清淤断面进行了设计，采用设计横断面与现状横断面套绘的方法对清淤量进行了核算，河道清淤总长度达194.79 km，清淤量为6 373.13 万m3。对辽河干流岸坡生态治理进行了设计，设计岸线总长度1 064 km，建设工程总长度625.6 km，最终达到辽河河势稳定、消除险工的河道综合治理的目的。

辽河保护区;清淤疏浚;综合整治;断面设计

辽河为典型多泥沙河流，年淤积量多达400万m3，且具有游荡型河道特性[1-3]。由于主河道摆动频繁，外加支流携带泥沙的汇入，辽河中下游河道淤积问题尤为严重。该流域西部为黄土丘陵和半沙漠草原地区，土壤贫瘠且植被覆盖率低，水土流失较为严重，是造成辽河多沙以及河道淤积的主要原因。辽河的水量来源主要是汛期暴雨洪水，枯水期地表径流量较少，河道丰枯期水量变化差距大，洪峰所挟带的大量泥沙导致河道发生漫滩淤积，造成主槽淤积。另外，辽河中游近40年建设了大型水库8座，中小型水库100多座，汛期拦蓄量达30亿～40亿m3，削减洪峰流量改变了河道水量时空分布，降低了河道中水流挟沙能力，虽减轻了河道冲刷，但加剧了河道淤积。

目前，由于河道淤积导致辽河干流河段存在如下主要问题：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下降，造成防洪标准降低；3)部分堤段为砂基砂堤，在高水位时极易出险，堤段存在临堤串沟，滩地横比降大，对堤防构成较大威胁[4-8]。

1 河道清淤的必要性

辽河流域是振兴东北老工业基地的核心区域，保证流域内的防汛安全，对国民经济发展和全面建设小康社会具有重要意义。但由于泥沙淤积造成的河床厚度提升，再加上受历史原因和经济条件限制，辽河堤防工程质量还存在较多问题，老堤中的砂基和砂堤段始终没有得到彻底治理，存在较大隐患[9-10]。如果这些质量问题得不到解决，一旦洪水期辽河洪水冲破套堤逼向大堤，极容易导致堤防冲溃决口，进而造成不可估量的洪灾损失。

以辽河干流六间房—盘山闸段为例，因盘山闸关闸蓄水使上游超饱和含沙水流在该段流速降低，挟沙能力减小，泥沙在该段淤积较重，易造成“小水出大灾”的恶果。即使汛期洪峰流量不到五年一遇，但是洪水下泄时由于主槽淤积严重，泄流能力降低，滩地过流占了一半以上，而滩地上的套堤、树林等又阻碍了洪水下泄，滩地横比降导致洪水直冲大堤，也易造成洪灾后果。而盘山闸—曙光桥段为感潮河段，由于上游蓄水易使潮流挟带的泥沙在此段淤积，加上盘山闸泄流遇上潮水顶托，也使上游下泄泥沙落淤，严重的河床淤积影响盘山闸泄流，抬高后的河床流速降低，进一步加剧泥沙落淤，形成恶性循环。

对辽河主河道进行清淤疏浚后，一方面可减轻支流河泥沙对辽河中下游河道的淤积，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，对辽河河道实施清淤疏浚是非常必要的。

2 清淤范围的确定

本着扩大主槽过流断面利于泄洪渡汛以及消除滩地横比降的原则，对清淤范围进行确定。通过对辽河干流河势演变图进行分析，整治线中的河弯形态参数的取值以整治段中较平顺河弯为依据。经过对设计河段内各弯道的河弯数据进行初步统计分析，除吴家河弯外，大部分弯道的河弯幅度(Hm)约为大堤堤距的14～13，即500～700 m，河弯跨度(Lm)为800～1 000 m，符合Lm=50Q平0.5的要求，但不满足人工裁弯的条件，即引河进出口交角控制在30°以内，裁弯比宜控制在3～7。

根据整治线设计因势利导、重点整治的原则，结合辽河下游的具体情况，充分利用现有工程及天然节点因势利导、合理布置。护岸、丁坝等工程在确定清淤整治线中起着节点控制作用[11-15]，是整治线设计的关键性重点控导工程，这些工程是人工形成的节点，它们上下呼应，左右配合，且符合设计中总的控导思想。整治线按如下5段划分：

(1)柳河口(L128)—卡力马(L108)段

该段属游荡性河道，是整治的重点河段，该段河道主流摆动迁徒频繁，且摆幅较为剧烈。河段由于泥沙淤积严重，洪水猛涨猛落，河床构成物质松散。根据河势演变图，进行河势分析，通过逐步调整流路，使之成为稳定的微弯河道。

(2)卡力马(L108) —六间房(L92)段

该段河道为过渡段，主槽整治宽度为250 m，河道小型河弯较多，河弯河道比较稳定。整治线的主要控制节点有卡力马、三道岗、付家屯等。

(3)六间房(L92)—盘山闸(L51)段

该段河道属弯曲型河道，河弯河道比较稳定，除弯道弯顶下挫以外，历年河势变化不大，整治措施主要以控制弯顶的冲刷下延为主，个别陡弯和畸形弯道在时机成熟时应进行必要的裁弯。

(4)盘山闸(L51)—曙光桥(L25)段

该段河道大部分为盘锦城市段，河道较为平顺，主槽整治宽度250 m。整治线的主要控制节点有铁路桥、盘锦桥、油管桥和盘山桥。

(5)石佛寺坝前—鲁家大桥段

该段河道为石佛寺库区段，河道较为平顺，主槽整治宽度250 m。整治线的主要控制节点是鲁家大桥。石佛寺水库，经过几年来的蓄水运用，已经在坝前淤积一定高度，石佛寺水库修建后，成为河道上的一个节点，限制了河道主槽的自由摆动，水库低水位运行后，水位壅高，流速减缓，水流挟沙力下降，河道将淤积抬高，其淤积特点是大洪水以滩地淤积为主，小洪水以主槽淤积为主。

3 清淤工程设计

3.1 清淤断面设计

清淤断面的设计，首先要使清淤后的河床相对较稳定，河床形态(设计水深、 河宽、比降)和来水来沙条件(如流量、含沙量、粒径等)及河床地质条件之间达到动态平衡，尽量使河槽不冲刷不淤积；其次，应使槽内的纵向流速大于清淤前的流速，最好能沿程递增，以提高输沙的能力，带走上游来沙。为了使清淤后河道主流集中，防止出现横向水流，清淤横断面应尽量设计成窄深形状，以使主槽内流量分配及流速最大，从而保证较好的泄流和输沙能力。各河段清淤纵横断面设计尺寸如表1所示。

表1 各河段清淤纵横断面设计尺寸

3.2 清淤量计算

清淤量的计算采用设计横断面与现状横断面套绘的方法，计算各断面的清淤面积[16-18]，然后根据断面间距计算工程量，其公式为：

V=[(S0+S1)×L0-1+(S1+S2)×L1-2+
…+(Sn-1+Sn)×L(n-1)-n]2

其中，V为清淤体积(清淤量)；S0，S1，S2，…，Sn为各断面清淤面积；L0-1，L1-2，…，L(n-1)-n为各断面间距。

在工程量计算中，横断面套绘应遵循以下原则：1)尽量使清淤量最少；2)河弯处以挖凸岸为主；3)清淤后河道稳定性最好；4)清淤后河道回淤量最少；5)统筹考虑现有取水等工程设施要求。

本次河道清淤总长度为194.79 km，清淤量为6 373.13 万m3，具体工程量如表2所示。

表2 各河段清淤量

3.3 排淤场选择

辽河历史上修筑堤防多从迎水侧滩地取土，在堤脚形成临堤串沟，有的串沟沿堤几百米长，并且一个连着一个，对堤防安全构成严重威胁。本次清淤排淤场的选择，首先要本着淤临固堤的原则，将排淤场设在堤防迎水坡临堤滩地上，排出淤沙主要用于吹填临堤串沟、洼地和取土坑等，以加固堤防；其次，排淤场的位置要避开取水口、排水口、电缆、光缆等穿堤穿河建筑物；第三，为了不影响行洪，保证行洪宽度，排淤场宽度应尽量缩窄，遇到主槽靠近堤防的河段，尽量不要布置排淤场；第四，为了降低征地费用，遵循在满足排淤量的条件下少占地的原则；最后，排淤场选择结合挖泥船的性能考虑挖泥船的抛泥距离，考虑施工限制条件，满足施工要求。

根据本次设计河段河道内的具体情况，两岸满足排淤条件的河段有：左岸沿大堤由L27至L128号断面之间满足排淤条件的地段，总长147 345 m；右岸沿大堤由L27至L126号断面之间满足排淤条件的地段，总长139 611 m。排淤场所在位置的地貌主要有堤脚串沟、堤脚护堤林、荒地、水田、旱田等，占地面积左岸9.73 km2、右岸9.27 km2，总计19 km2。

3.4 河道综合整治

辽河两岸岸坎可按陡峭程度及植被覆盖情况大致分为2类：1)现状坡比较缓，水流兑岸情况不严重，坡面基本有植被覆盖或经简单整型、覆土即可具备植物生长条件的，本次设计中简称缓坡，实际划分中大致标准可按柳河口—卡力马段坡比缓于1∶1.5，其他段缓于1∶1控制，该类岸坡占现有设计岸坎的41.35%，约440 km；2)现状坡比较陡，水流兑岸情况严重，水下及水上边坡现状基本不具备植物生长条件，且目前没有岸坡防护工程的，属于河道险工，本次设计中简称陡坡或陡坎，实际划分中大致标准可按柳河口—卡力马段坡比陡于1∶1.5，其他段陡于1∶1控制，该类岸坡占现有设计岸坎的58.65%，约624 km。分别针对以上2种岸坡进行综合整治。

缓坡段坡面植被覆盖情况因岸坎高差、岸坎坡度、坡面土质及河槽水位变动幅度不同而略有变化，岸坎高差大、坡度陡峭、坡面土质差(粉土、细沙为主的坡面)、水位变动幅度大的坡面植被覆盖情况差些，反之则好一些。通过现场查勘及结合各地特点，对于缓坡段植被较好的应以维护和自然恢复为主，对于缓坡段植被较差的则采取插种一些适合当地生长的灌木(如白浆柳、红毛柳等喜水树种)，利用灌木根系发达、生长迅速的特点固定坡面土壤，进而渐次恢复坡面杂草野花等植被。由于坡面植被随季节性变化较大，在设计中进行定性定量划分较为困难，且治理费用也较低，当地可根据具体情况在日常管理过程中施行。

陡坡按所处河段河道特点及对两岸防洪和生态安全的影响划分为3种类型：第1种，陡坡段为重点弯道段，即对河势发展影响较大同时对两岸防洪安全影响也较大的弯道陡坎段(即河道险段)，据2010年最新调查统计辽河干流共有114处总长110.2 km，治理的主要思路是在常水位以上开始进行削坡，先削出宽1 m的一个平台，然后以1∶2.5的边坡削到坎顶，坡面、平台、平台以下(清河口以上为水平10 m，以下为水平13 m)采用耐腐蚀性较好的铅丝石笼(0.4 m厚)防护，平台上压0.5 m铅丝石笼压重稳固坡面石笼及水下石笼，坡面石笼上覆0.4 m厚坡面开挖土，回填开挖土以表层土为主，表层土不足时以下层土补充。第2种，陡坡段为一般弯道段，即对河势发展及两岸防洪安全影响不大，但对生态安全构成威胁的弯道陡坎段，辽河干流全段共有该种岸坡83.8 km，治理的主要思路是在常水位以上开始进行削坡，先削出宽1 m的一个平台，然后以一定边坡削到坎顶，平台、平台以下(清河口以上为水平10 m，以下为水平13 m)采用耐腐蚀性较好的铅丝石笼(0.4 m厚)防护，平台上压0.5 m铅丝石笼压重稳固平台及水下石笼，坡面采用生态防护(如稻草垫、三维植被网等措施)，由于坡面不设自重较大的硬性防护，所以削坡坡度相比重点弯道段可以略陡，具体操作可按清河口以上为1∶1；清河口—柳河口为1∶1.5；柳河口—卡力马为1∶2.0；卡力马—六间房为1∶1.5；六间房至盘山闸为1∶2.0。第3种，陡坡段为顺直段及弯道过渡段，由于河道演变速度相对较慢且其演变对防洪及生态安全影响也较小，辽河干流全段共有该种岸坡430.0 km，治理的主要思路与一般弯道段较为类似，区别在于坡面以自然恢复为主，不采取工程措施防护。

4 结论

(1)通过对辽河流域河道清淤疏浚，可缓解由于泥沙淤积而提升河床，进而导致汛期洪水对堤岸的冲击问题。总清淤量为6 373.13万m3，排淤堆放场土方2 525万m3，混凝土工程4 480 m3，钢筋制作安装448 t，泄水钢管25 200 m。工程的实施将有力提升辽河干流的防洪能力。

(2)辽河干流岸坡生态治理设计包括辽河干流共涉及铁岭、沈阳、鞍山、盘锦4个市14个县(区、市)，设计岸线总长度1 064 km，建设工程总长度625.6 km。最终达到河势稳定、消除险工的河道综合治理的目的。

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ResearchonFloodControlCapacityImprovementEngineeringforLiaoheConservationArea

FENG Xin-wei1, LIN Qi2, DUAN Liang2, SONG Yong-hui2

1.Liaoning Water Conservancy Vocational College, Shenyang 110122, China 2.Department of Urban Water Environment Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Against the problems of siltation caused Liaohe River main channel rising, flood control ability decreasing, and flood threat to embankments during flood season, a river dredging engineering and comprehensive treatment program was proposed. The dredging scope of critical river in Liaohe was designated, five dredging sections of Liuhe-Kalima-Liujianfang-Panshan Dike-Shuguang Bridge and Shifosi Dam-Lujia Bridge were designed, and the dredging quantity was calculated and verified by overlapping the designed and the present sections. The total dredging length is 194.79 km, and the dredging quantity is 63.7×106m3. Furthermore, the ecological management to the embankments of Liaohe River was designed, which covers a shoreline length of 1 064 km, and an engineering length of 625.6 km. As a result, a comprehensive target was achieved by stabilizing the river and eliminating the critical risk levee sections.

Liaohe Conservation Area; dredging; comprehensive improvement; section design

1674-991X(2013)06-0493-05

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)

冯新伟(1956—)，男，副教授，主要从事水利工程研究，fxw001@163.com

*通讯作者:宋永会(1967—)，男，研究员，博士，主要从事水污染防治技术研究，songyh@creas.org.cn

X321

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.076