東沙河防洪工程建設(shè)與生態(tài)景觀設(shè)計

王 璞

（唐山市水務(wù)局，河北 唐山 063000）

東沙河穿越遵化市區(qū)，是遵化市的母親河。近些年，由于上游選礦產(chǎn)生的尾礦違法排入河道，造成河道嚴(yán)重淤積。生活及工業(yè)污水、垃圾向河道排放，造成了市區(qū)環(huán)境污染，不僅嚴(yán)重影響人居環(huán)境和城市形象，而且給城區(qū)防洪安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。為改變東沙河的環(huán)境狀況，確保遵化市東沙河兩岸人民群眾的生命財產(chǎn)安全和保障社會的可持續(xù)發(fā)展，給人民創(chuàng)造一個良好的生活環(huán)境，擬對東沙河進(jìn)行生態(tài)防洪綜合治理，在提高東沙河行洪能力，保護(hù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民群眾生命財產(chǎn)安全的同時，為保證城區(qū)水面常年有水，擬建設(shè)5道橡膠壩，使帶狀水面覆蓋整個城區(qū)河道。洪水期間坍壩放水，洪水減小后升壩蓄水，充分利用河道、人工湖、濕地等資源，進(jìn)行功能分區(qū)，建設(shè)濱水景觀，以自然美和生態(tài)美的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建城市河道景觀。

1 設(shè)計洪水

遵化市東沙河生態(tài)防洪綜合治理工程北起般若院水庫輸水洞出口，南至唐遵鐵路橋，以規(guī)劃東三環(huán)路為界。綜合治理工程控制斷面以上沙河流域面積為170km2，其中般若院水庫流域面積130km2，水庫至控制斷面區(qū)間面積40km2，治理的河道即處在該區(qū)間內(nèi)。工程控制斷面處的設(shè)計洪水主要由般若院水庫下泄洪水和水庫至城區(qū)段的區(qū)間洪水兩部分組成。依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定[2]，根據(jù)工程等別要求，需計算50年一遇、20年一遇和10年一遇3個標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水。設(shè)計洪水的計算采用水庫設(shè)計、區(qū)間相應(yīng)和區(qū)間設(shè)計、水庫相應(yīng)兩種組成方式進(jìn)行洪水組合，從中選取對工程不利組合方式成果作為工程控制斷面設(shè)計洪水。

1.1 水庫、區(qū)間及工程控制斷面的天然洪水

水庫入庫洪峰和洪水過程線選用般若院水庫1976年水文分析成果，由《河北省唐山地區(qū)水文手冊》的經(jīng)驗公式法推求[3]；洪量由設(shè)計暴雨查降雨～徑流關(guān)系，得徑流深，再乘以流域面積求得，其中降雨等值線圖來自《河北省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》[4]。區(qū)間設(shè)計洪水、工程控制斷面天然洪水按同樣方法計算，則10年一遇、20年一遇和50年一遇設(shè)計洪峰及洪量成果見表1。

表1 不同重現(xiàn)期的設(shè)計洪水成果

1.2 水庫設(shè)計洪水～區(qū)間相應(yīng)洪水組合

（1）般若院水庫調(diào)蓄計算。般若院水庫設(shè)計洪水經(jīng)般若院水庫調(diào)蓄后，10年、20年和50年一遇最大泄量分別為238m3／s，409m3／s和631m3／s。

（2）工程控制斷面洪水。區(qū)間相應(yīng)洪水為城區(qū)處的天然洪水錯時段減去水庫不同重現(xiàn)期的洪水。水庫發(fā)生設(shè)計洪水、區(qū)間相應(yīng)條件下，工程控制斷面的洪水為水庫設(shè)計條件下的泄流過程錯時段與區(qū)間相應(yīng)的洪水相加。經(jīng)計算可得到在該條件下工程控制斷面10年一遇、20年一遇和50年一遇3個重現(xiàn)期的洪峰流量分別為324m3／s，435m3／s和670m3／s。

1.3 區(qū)間設(shè)計洪水～水庫相應(yīng)洪水組合

水庫相應(yīng)天然洪水為城區(qū)處的天然洪水減去區(qū)間不同設(shè)計頻率的洪水，水庫相應(yīng)洪水經(jīng)般若院水庫調(diào)蓄后，得到水庫相應(yīng)方式的泄水過程。城區(qū)處現(xiàn)狀條件下的洪水為水庫相應(yīng)的泄水錯時段與區(qū)間相應(yīng)的洪水疊加。經(jīng)計算可知，在該條件下工程控制斷面10年一遇、20年一遇和50年一遇3個重現(xiàn)期的洪峰分別為322m3／s，433m3／s和631m3／s。

2 生態(tài)景觀設(shè)計

水利工程景觀設(shè)計包含了工程設(shè)計和景觀設(shè)計兩個方面。工程設(shè)計主要涉及功能、安全與經(jīng)濟(jì)，景觀設(shè)計要體現(xiàn)整體性、地方性、生態(tài)可持續(xù)、獨(dú)特性原則等，來體現(xiàn)水體景觀、建筑物景觀和綠化景觀完美結(jié)合[5]。

遵化市東沙河生態(tài)防洪綜合治理工程劃分為非蓄水河段和蓄水河段，根據(jù)遵化市城市發(fā)展總體規(guī)劃，將治理河段分為匯流區(qū)、人工濕地沉沙凈化區(qū)和生態(tài)景觀區(qū)。

2.1 匯流區(qū)

般若院水庫輸水洞出口至規(guī)劃東三環(huán)路上游，包含溢洪道泄洪渠，長8668m，河槽寬窄不一，岸坡結(jié)構(gòu)各異。般若院水庫輸水洞尾水渠，現(xiàn)狀河槽寬度為15～30m，深2.0～3.6m，彎道凹岸及部分河段采用漿砌石擋土墻；在輸水洞出口以下1000～2000m處，河槽斷面狹窄，河槽寬僅10～26m，以土堤為主；河道右岸遍布尾礦堆和尾礦庫，河槽寬30m左右，以土堤為主；河段河槽寬48～60m，以土堤為主；溢洪道泄洪渠下游400m渠段斷面寬度35m左右，其余渠段斷面不規(guī)整，交匯口附近泄洪渠道完全被尾礦砂侵占。

東沙河治理段兩岸及區(qū)間支汊河溝為泥沙的主要來源，因此綜合治理應(yīng)包括區(qū)間支汊河溝的小流域水土保持綜合治理。但由于小流域水土保持是一項長期而易反復(fù)的工作，故將其列入長期的工程目標(biāo)，近期主要實施近岸尾礦堆清理及植物固沙等工作。

2.2 沉砂凈化區(qū)（生態(tài)環(huán)境區(qū)）

沉砂凈化區(qū)（生態(tài)環(huán)境區(qū)）為東三環(huán)路上游至下游彎道，長600m，兩岸地勢較低。治理方案為將河段擴(kuò)挖，形成寬100～150m、長500m的低洼濕地，濕地末端設(shè)攔沙橡膠壩。該段平時作為濕地，調(diào)節(jié)氣候，汛期攔截推移質(zhì)泥沙，防止小流量洪水挾帶泥沙淤積于市區(qū)蓄水河段，遭遇較大洪水，塌壩泄洪，集中排沙。

2.3 生態(tài)景觀區(qū)

生態(tài)景觀區(qū)包括東湖水上公園、東壩主體公園（城市休閑區(qū)）、中心蓄水景觀帶（綜合服務(wù)區(qū)）、中下游防洪景觀區(qū)（古城風(fēng)貌區(qū)）、下游蓄水景觀區(qū)（文教科普區(qū)）等。利用東二環(huán)上游右岸空曠低洼地勢的有利條件開挖人工湖，興建東湖公園，為市民提供休閑娛樂場所，改善人居環(huán)境，帶動周邊房地產(chǎn)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

3 景觀工程防洪設(shè)計

根據(jù)不同流量水面線復(fù)核東沙河現(xiàn)狀河道行洪能力，分析結(jié)果：市區(qū)以上河段現(xiàn)狀過流能力為150～200m3／s，局部達(dá)到350～400m3／s，三環(huán)路至南關(guān)大橋下游1.6km 河段可達(dá)450～600m3／s，南關(guān)大橋下游至112國道橋河段行洪能力僅為120～150m3／s，河道行洪能力不足10年一遇。

3.1 洪水水面線推算

市區(qū)上游段清淤后縱坡為2.3‰～5.8‰，設(shè)計底寬16～48m，設(shè)計斷面為梯形。市區(qū)段南關(guān)橋以下縱坡為1.67‰，設(shè)計底寬45m；東關(guān)橋以下縱坡為1.43‰，底寬45～53m；二環(huán)橋至東關(guān)橋縱坡為1.82‰，三環(huán)路以下設(shè)計縱坡為2.0‰，三環(huán)路至東關(guān)橋之間設(shè)計底寬45m。市區(qū)河道采用復(fù)式斷面。

上游段治理后仍維持土質(zhì)河床，市區(qū)段護(hù)底結(jié)構(gòu)采用混凝土襯砌，攔沙橡膠壩至東關(guān)段采用混凝土護(hù)坡，東關(guān)至南關(guān)之間采用漿砌石仰斜式擋墻，南關(guān)以下河段采用混凝土擋土墻。

根據(jù)推算的橡膠壩壩下水位，確定橡膠壩的淹沒系數(shù)，再按寬頂堰公式反推壩上水位，然后以該水位作為起推水位進(jìn)行橡膠壩上游河段水面線的推算，從而得到設(shè)計條件下的洪水水面線。其中，市區(qū)段50年一遇設(shè)計洪峰流量為670m3／s，上游段20年一遇設(shè)計洪峰流量435m3／s，輸水洞尾水渠和溢洪道泄洪渠20年一遇洪水泄水能力分別為70m3／s和409m3／s。

3.2 堤頂高程確定

規(guī)劃東三環(huán)路上游東沙河河堤為4級堤防，堤頂安全加高取0.3m。根據(jù)遵化市總體防洪要求，為避免上游超標(biāo)洪水漫堤繞過市區(qū)防洪堤進(jìn)入遵化市區(qū)，導(dǎo)致市區(qū)防洪堤失去意義，在市區(qū)上游規(guī)劃三環(huán)路附近利用市區(qū)開挖棄土堆砌堤壩，避免上游洪水繞過防洪堤進(jìn)入市區(qū)。三環(huán)路和上游高速公路建設(shè)時，利用路基作為上游防洪堤，收集坡面水。

由于東沙河穿越遵化市中心，市區(qū)段左、右堤均為3級堤防，堤頂安全加高取0.4m。

規(guī)劃東三環(huán)路上游東沙河河堤為4級堤防，堤頂高程按設(shè)計水位加堤頂超高確定，安全加高取0.3m，計算超高0.6m。市區(qū)段左、右堤均為3級堤防，堤頂高程按設(shè)計水位加堤頂超高確定，安全加高取0.4m，計算超高0.7m?，F(xiàn)狀堤頂高于設(shè)計堤頂時，采用現(xiàn)狀堤頂高程。洪水水位推算及堤頂高程設(shè)計成果見表2。

表2 東沙河河道洪水位與堤頂設(shè)計高程

4 水量調(diào)節(jié)計算

4.1 用水量分析

市區(qū)蓄水工程建設(shè)后，設(shè)計蓄水量74萬m3，形成38.6萬m2蓄水水域，蓄水工程的水量損耗主要包括滲漏損失量和蒸發(fā)量。

水面蒸發(fā)量主要與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)。根據(jù)唐山市多年平均水面蒸發(fā)量分析，遵化市1981～2000年平均水面蒸發(fā)量為1013.3mm，扣除降水的影響并考慮存在非蓄水時段，多年平均凈蒸發(fā)深度為500mm。

滲漏水量主要與河床基底的土質(zhì)和地下水位埋深有關(guān)。該段河床巖性多為圓礫、礫砂、粉砂，局部地段為雜填土或粉砂淤積層，地下水位埋深大于10m，故河床滲透系數(shù)約50～200m／d，屬強(qiáng)透水層。在工程治理中，采用土工膜防滲，參照有關(guān)規(guī)范和類似工程的防滲效果，日均滲漏量按有防滲措施渠道的自由滲漏方法計算。參照《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL 18-2004）有關(guān)規(guī)定[8]，確定滲漏損失水量為0.025m／（m2·d），則年滲漏量為290萬m3。通過上述資料分析，蓄水景觀工程全年用水量為364萬m3。

4.2 水量調(diào)節(jié)

據(jù)般若院水庫管理處提供的資料，建庫初期以農(nóng)業(yè)灌溉為主，后陸續(xù)增加了向遵化建龍、遵化熱電廠和北方鋼鐵公司3個企業(yè)的供水任務(wù)，年設(shè)計供水量分別為500萬m3、500萬m3和300萬m3。

根據(jù)般若院水庫供水目標(biāo)的要求進(jìn)行水庫調(diào)節(jié)，從死庫容起調(diào)，水庫死庫容為100萬m3。根據(jù)已通過河北省水利廳審批的《遵化熱電廠二期工程2×300MW供熱機(jī)組水資源論證報告》中提供的資料，般若院水庫50%年份年內(nèi)徑流逐月分配及50%年份農(nóng)業(yè)用水年內(nèi)逐月分配見表3。

表3 般若院水庫入庫徑流及興利調(diào)節(jié)成果 萬m3

由表3可以看出，水庫在滿足北方鋼鐵廠及農(nóng)業(yè)灌溉用水的條件下，尚有較多的剩余水量，而蓄水景觀區(qū)需水量為364萬m3，顯然在50%年份般若院水庫完全可滿足東沙河生態(tài)治理工程所需水量。

為滿足建龍、熱電廠和北方鋼鐵公司3個企業(yè)用水，先后敷設(shè)了般若院水庫至熱電廠輸水管道（DN478×2）和般若院水庫至建龍輸水管道（DN530），其用水對象只剩下北方鋼鐵公司。它可以利用管道富裕供水能力補(bǔ)給，以減少由于蒸發(fā)、滲漏造成蓄水面降落，而且般若院水庫至市區(qū)輸水管道由工程區(qū)通過，取水方便，因此，東沙河可以利用管道補(bǔ)給蓄水工程，提供水源[6]。

5 結(jié)論

東沙河是穿越遵化市的一條河流，在河道防洪治理中，注重防洪建設(shè)與生態(tài)景觀建設(shè)相結(jié)合，在滿足河道防洪功能和修復(fù)自然生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，模擬自然風(fēng)光，設(shè)置游覽景點(diǎn)，將該區(qū)域建成集自然生態(tài)、水源保護(hù)、休閑度假和知識教育功能等為一體的自然生態(tài)觀賞園和濱水景觀區(qū)。通過治理使之成為河道自然生態(tài)修復(fù)的典型示范區(qū)。

[1]趙金春，王志霞，孫建華.遵化市洪水資源利用研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2009（z1）：78-79.

[2]中華人民共和國水利部.GB 50201-1994防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[3]唐山市水利局.唐山市水文手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1977.

[4]河北省水利廳勘測設(shè)計院，河北省水文總站.河北省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集[R].1985.

[5]魏興琥，辛?xí)悦罚钤江?景觀設(shè)計規(guī)劃[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2010.

[6]周建偉.遵化市地表水資源利用現(xiàn)狀與作用[J].河北水利，2011（9）：46-47.