人工湖工程设计改变城市景观生态环境浅议

2015-02-28邵子玉

东北水利水电 2015年7期

邵子玉

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳 110003）

随着城市的发展，社会的进步，加快了城市段河流建设的步伐，朝阳市大凌河城区段与十家河城区段已建成多座橡胶坝，多个由橡胶坝筑成的人工湖面，两岸配套绿化园林等景观措施，使用朝阳市城区河道形成多个景观公园，河道景观初步建成。整个橡胶坝设计充分与景观和生态设计理念相结合，为建设新型水利工程迈出成功一步。

1 工程总体设计

十家子河人工湖工程主要内容包括：橡胶坝工程、人工湖护岸湖底防渗工程和两岸景观绿化工程等。

十家子河橡胶坝回水末端上下游水面连接，橡胶坝必须布设在上道橡胶坝回水范围内，结合地形图、参照左右岸堤防地勘资料并充分考虑上道橡胶坝回水范围、穿跨河（堤）建筑位置及规模等各方面因素，确定坝轴线位置，垂直于两岸堤防。

2 人工湖纵横段设计

2.1 河底确定

根据平面地形图分析十家河河道特性可知，由龙城桥至铁路桥段十家子河道深泓比降大致为0.33%，该段原设计20年洪水水面比降约为0.38%，50年设计洪水水面比降约为0.36%，为了保证设计河底的稳定及尽量增加橡胶坝回水范围，取设计河底比降与河道天然深泓比降相等即0.33%。设计河底下游控制点为橡胶坝，上游控制点为铁路桥下，考虑橡胶坝回水范围，主河道清淤范围至回水末端3+700断面。设计河底成果见表1。

2.1 库区滩地规模确定

1）滩地宽度确定

表1 橡胶坝库区设计河底成果表m

十家子河龙城桥至铁路桥间两堤（迎水侧堤肩）间距在280～325 m之间，平均宽约305 m，基本呈现由下游向上游逐渐展宽的趋势。其中橡胶坝所在位置两堤间距约285 m，库区回水水面宽（即主槽顶宽）设计为由坝前的165 m向上游逐渐展宽，至3+200位置达到180 m，3+200以上至3+700 m为等宽180 m，主槽基本居中，两侧滩地大致等宽，两滩总计平均宽度约125 m（包括堤防迎水侧堤坡）。

2）滩地高度确定

考虑生态及景观效果，并综合河道内土方平衡等因素，比对各滩地设计方案，最终确定两岸滩地纵比降由3号坝至3+600断面均为0，即滩唇高程均为164.6 m，3+600断面至3+700断面为设计断面与天然断面平顺衔接段，其中左滩大致比降约为0.07%，至3+700断面滩唇高程为165.3 m，右滩大致比降约为0.16%，至3+700断面滩唇高程约为166.2 m。

为了增加滩地雨水排泄能力，减小滩地雨水的滞留时间，设计滩地横比降为1/500，由堤脚向滩唇倾斜。

3）滩地临水侧边坡确定

十家子河龙城桥至铁路桥段两岸堤防筑堤土料基本为滩地砂砾料及粉土、细砂，经堤防渗透稳定计算，左右岸堤防临水边坡均为1∶2.5。考虑此次滩地临水侧由于橡胶坝修建，受河水长期浸泡影响，安全边坡应较堤防边坡略大，因此，此次滩地临水边坡统一设定为1∶3。

3 水力计算

3.1 计算条件

1）计算范围

此次水力计算计算范围为十家子河龙城桥至铁路桥，河道全长约1.07 km。

2）计算频率及洪水成果

十家子河龙城桥至铁路桥段左岸设计防洪标准为20年一遇，右岸为50年一遇，因此此次水力计算频率分别为5%及2%，对应洪峰流量成果为Q5%=2080 m3/s，Q2%=3230 m3/s。

3）地形资料

平面地形采用实测1:2000地形图。横断地形资料分为两个部分：龙城桥至3+700断面，采用橡胶坝修建后设计断面；3+700至3+991断面（铁路桥下），采用实测成果。

4）起点水位

此次水力计算起点水位20年一遇为164.75 m，50年一遇为165.50 m。

5）糙率率定

十家子河龙城桥至铁路桥段天然河道主槽较小，渠化后大部分河段主槽过流能力也不高，汛期洪水也可漫滩，因此此段河道均采用综合糙率进行水力模拟计算，综合糙率值采用与左右岸堤防设计时所用糙率值相同，即0.028。

3.2 计算方法

计算模型采用能量方程式进行计算，其中桥壅水计算采用鲍氏公式，一般断面间用能量方程式推算。

能量方程式：

式中：Z1，Z2分别为下、上游断面的水位，m；hf，hj分别为上下断面间的沿程、局部水头损失，m；u1，u2分别为下、上游断面的流速,m/s。

式中：△Z——桥壅水高度，m；ξ——系数（与水流进入桥孔的阻力有关）；V——有冲刷情况时，桥下平均流速，m/s；V1——天然条件下桥位处平均流速，m/s；P——与桥孔冲刷有关的系数；W过，W阻——桥的过水和阻水断面面积，m2；VS——桥下设计洪水流速，m/s。

3.3 计算成果

水力计算结果，见表2。

表2 十家子河龙城桥至铁路桥段水力计算成果表m

3.4 防洪影响分析

龙城桥至铁路桥两岸堤防目前均已竣工，其中左岸堤防设计标准20年一遇，超高1.5 m；右岸堤防设计标准50年一遇，超高1.6 m。橡胶坝及两岸景观滩地的建设改变了堤防设计时水力计算采用的设计河道断面，河道过洪能力及左右岸堤防设计频率下洪水水位将发生一定变化。由表2可以看，出现状左堤顶距橡胶坝及人工湖建成后20年设计水位平均有1.14 m的超高富余，但距设计超高1.5 m尚有0.36 m差距，现状右堤顶距橡胶坝及人工湖建成后20年设计水位平均有1.28 m的超高富余，但距设计超高1.6 m尚有0.32 m差距，结合城市路网建设中的堤路结合加高建设路面至新堤顶高程。

十家子河是多泥沙河流，虽然橡胶坝的库区河底比降基本接近河道天然比降，河道横断面与河道天然断面差别也不大，但仍然很难保证橡胶坝库区在中小洪水时不发生淤积，及时进行人工清淤至设计断面，以确保行洪断面的畅通。

4 人工湖蓄水分析

橡胶坝运行方式为：春季河道解冻后开始蓄水，汛前塌坝检修，主汛期塌坝运行，汛后再次检修，检修后开始蓄水至年终。根据橡胶坝运行方式，人工湖年运行最小需水量包括春季蓄水库容，汛后二次蓄水，以及蒸发渗透的损失水量。十家子河 3号湖湖区面积12.5 hm2，库容22万m3，日平均蒸发渗漏损失35 mm，3—11月合计蒸发渗漏损失120万m3，检修放水22万m3，要保证十家子河人工湖的正常运行，年需水量为164万m3。其中，日平均蒸发渗漏损失为大凌河1号湖、2号湖实际观测值。

5 景观配套建设

人工湖两岸建设绿化带与园林景观配套，与美化城市建设和谐统一，结合朝阳文化底蕴布置小品、广场等园林景点，配置景观树林，树间铺植草坪。

要以科学的发展观为统领，符合构建和谐社会，发展民生水利的总体要求，以进一步改善大凌河朝阳城区段生态环境，实现朝阳市的可持续发展战略为出发点和落脚点，在注重生态建设和确保防洪安全的前提下，把十家子河建设成为一条健康的、生态的河流，成为朝阳市的亮点，提升朝阳市的城市品味，为朝阳市民打造一个优美的人居环境。