擬定行洪通道方案在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用

徐 磊 李海霞

水利改革

擬定行洪通道方案在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用

徐 磊 李海霞

潮白河作為《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》提出的“六河五湖”重要河流和貫穿香河縣的主要河流，既是京津冀地區(qū)的重要水源地，也是香河縣的天然生態(tài)廊道。近年香河縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)河道防洪能力的要求不斷提高，人民群眾對(duì)秀美河湖的期盼也越來越高。目前，上游北京市和下游天津市均已對(duì)潮白河進(jìn)行了系統(tǒng)的生態(tài)治理，這對(duì)潮白河香河段的防洪能力提升、生態(tài)改善提出更高要求。目前，潮白河香河段灘地內(nèi)分布有人工種植的樹木與高稈作物，在一定程度上降低了河道行洪能力，且灘地內(nèi)結(jié)構(gòu)單一的植被，未能形成生態(tài)植物群落的結(jié)構(gòu)層次，與上游下游已治理河段的防洪能力、生態(tài)效果不相適應(yīng)。這次對(duì)潮白河的生態(tài)治理，通過擬定行洪通道方案，可使河流在滿足行洪能力的前提下，科學(xué)合理地布設(shè)復(fù)蘇河道生態(tài)、改善水環(huán)境的元素，為河道生態(tài)化建設(shè)提供有力的技術(shù)支持。

1.項(xiàng)目概況

潮白河作為貫穿香河縣的主要河流，經(jīng)過多年運(yùn)用現(xiàn)狀行洪能力達(dá)不到原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。項(xiàng)目是通過加固堤防和擴(kuò)挖主槽，使治理后的河道防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高到50年一遇，并通過對(duì)灘地生態(tài)景觀的塑造，打造綜合濱水生態(tài)帶，治理長(zhǎng)度為26.48km，主要包括防洪工程、生態(tài)景觀工程和水質(zhì)提升工程。

2.擬定方案

現(xiàn)狀河道灘地內(nèi)植被以耕地和林地為主，其中林地多為密植樹木、苗圃等，高水位行洪時(shí)對(duì)河道的過流能力有一定影響。此次生態(tài)治理是對(duì)灘地內(nèi)植被進(jìn)行“疏林草地”為主的生態(tài)化改造，“疏林”即順?biāo)鞑贾玫摹⑿虚g距較大的景觀樹木；“草地”即以地被草花為主、設(shè)計(jì)糙率較小的片狀、低矮植物。

擬定行洪通道的目的是為了合理的確定灘地內(nèi)“疏林”和“草地”范圍，通過在灘地上分河段擬定一定寬度的行洪紅線，紅線內(nèi)為“草地”和觀光路，紅線外以“疏林”為主，僅以紅線內(nèi)主槽及灘地作為行洪斷面，通過計(jì)算達(dá)到以下目的：一是通過分段試算多個(gè)行洪通道寬度，計(jì)算各寬度行洪通道的過流能力；二是通過計(jì)算結(jié)果分析行洪通道寬度對(duì)水位和流速漲幅的敏感性；三是在擬定各段行洪通道寬度后，按擬定寬度進(jìn)行河道整體水面線計(jì)算，驗(yàn)證行洪通道方案的合理性，并以此紅線作為優(yōu)化灘地內(nèi)景觀工程植被布置的重要依據(jù)。

3.方法路徑

行洪通道上、下游邊界分別起自工程起、終點(diǎn)，左、右邊界為設(shè)計(jì)主槽上口線以外一定寬度，此次分別擬定單側(cè)50m、80m和100m共3個(gè)方案進(jìn)行比選。結(jié)合生態(tài)景觀布置，紅線內(nèi)的灘地上以地被水生植物、觀光路等為主。根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》糙率經(jīng)驗(yàn)值，行洪通道范圍內(nèi)的主槽和灘地糙率分別取0.0225和0.03。

根據(jù)現(xiàn)狀河道堤距、現(xiàn)狀主槽斷面特征、現(xiàn)狀灘地地面附著物現(xiàn)狀，將整治范圍河段分為上、中、下游，分段情況詳見表1。

結(jié)合擴(kuò)挖后的主槽，分別計(jì)算上述3個(gè)方案的行洪通道水位、流速，將上述3個(gè)方案的水位、流速與現(xiàn)狀水位、流速進(jìn)行對(duì)比，并分析行洪通道寬度的大小對(duì)水位漲幅的影響。

根據(jù)上、中、下游河道特點(diǎn)，分段確定行洪通道寬度的最終方案；將最終方案與現(xiàn)狀水位進(jìn)行對(duì)比，分析水位、流速的變化對(duì)堤防、岸坡的影響。

表1 行洪通道各段特征表

表2 行洪通道各方案水位對(duì)比表 單位：m

表3 下游河段各方案水位對(duì)比表 單位：m

表4 中游河段各方案水位對(duì)比表 單位：m

表5 上游河段各方案水位對(duì)比表 單位：m

表6 推薦方案與現(xiàn)狀水位對(duì)比表 單位：m

3.1 行洪通道寬度的敏感性分析

根據(jù)表2中水面線成果可見，上述3個(gè)方案水位抬升最大值均位于京哈高速附近。由于潮白新河堤距較小，行洪通道的寬度對(duì)水面線影響較大。在河道的中游，行洪通道水位與現(xiàn)狀水位差值逐漸加大，至京哈高速附近斷面達(dá)到最大值。隨著灘地行洪通道寬度增加，各方案水位變化幅度逐漸減小，大部分段流速均小于2.5m/s。

3.2 行洪通道寬度擬定

根據(jù)河道兩堤堤距、考慮灘地內(nèi)現(xiàn)狀情況并結(jié)合景觀布置，分上、中、下游段擬定灘地范圍行洪通道寬度。

3.2.1下游寬度

由于潮白新河主槽、灘地分界不明顯，大部分灘地高程低于10年一遇水位，且現(xiàn)狀灘地寬度較小行洪通道的寬度占總灘地寬度比例較大，而行洪通道糙率取值小于現(xiàn)狀糙率取值，因此灘地行洪通道寬度對(duì)水位影響較大。

當(dāng)寬度取50m時(shí)，自工程終點(diǎn)至秀水街大橋上游游范圍內(nèi)，行洪通道水位大部分河段低于現(xiàn)狀水位；當(dāng)寬度大于50m時(shí)，下游段行洪通道水位均低于現(xiàn)狀水位。下游河段各方案水位對(duì)比表見表3。

根據(jù)上述對(duì)比分析，在不影響河道行洪能力前提下，考慮到后期景觀蓄水后灘地的景觀效果，此次下游段行洪通道寬度按單側(cè)50m選取。

3.2.2中游寬度

自1號(hào)橡膠壩向上游，堤距和灘地寬度的逐漸加大，河道現(xiàn)狀水位略有降低。因此，行洪通道水位與現(xiàn)狀水位差值逐漸加大，并在京哈高速附近斷面達(dá)到最大值。但由于現(xiàn)狀灘地內(nèi)高桿作物較多，灘地糙率相對(duì)較大，因此行洪通道寬度對(duì)水位影響也較為明顯。中游河段各方案水位對(duì)比表見表4。

中游河段盡管堤距較下游段有所增加，但主槽擺動(dòng)相對(duì)較大，局部灘地寬度變化幅度劇烈，在滿足防洪安全前提下，考慮到景觀工程布置效果，兼顧下游灘地行洪通道寬度，此次中游河段灘地行洪通道寬度單側(cè)取80m。

3.2.3上游寬度

上游河段灘地寬度較中游進(jìn)一步加大，灘地行洪通道所占比例也相應(yīng)進(jìn)一步減小。盡管上游河段堤距較寬，但與中游河段相比灘地內(nèi)高桿作物更加密集，北京市界右岸灘地尤為顯著，使得灘地行洪能力有所降低，但由于主槽上口平均寬度較中游有所增加，因此，上游河段主槽有效行洪斷面比例較灘地有所提高。

工程起點(diǎn)位置30m～150m方案行洪通道水位分別高于現(xiàn)狀水位0.78m～0.20m。由此可見，行洪通道寬度對(duì)水面線影響仍然較為明顯。由于上游河段多為北京、河北相接，右灘地屬北京其中密植作物較多，因此考慮該河段行洪通道寬度在中游80m的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步適當(dāng)加大。考慮到京哈高速主橋現(xiàn)狀行洪斷面寬度，兼顧與中游河段灘地行洪寬度的銜接，此次上游河段灘地行洪通道寬度取100m。上游河段各方案水位對(duì)比表見表5。

根據(jù)上述分段分析，此次治理范圍上、中、下游河段灘地內(nèi)行洪通道寬度分別為100m、80m和50m。

4.預(yù)期效果

工程終點(diǎn)至1號(hào)橡膠壩位置行洪通道水位低于現(xiàn)狀水位，自1號(hào)橡膠壩向上游，行洪通道水位與現(xiàn)狀水位差值逐漸增大，至京哈高速位置達(dá)到最大值，到京哈高速上游水位差值逐漸降低并趨于平穩(wěn)。由于灘地寬度較現(xiàn)狀明顯縮小，加之行洪通道糙率取值較小，故灘地行洪通道流速較現(xiàn)狀有所增加，但流速均小于1.5m/s。綜上所述，按擬定的行洪通道行洪，主槽、灘地流速的增加值對(duì)現(xiàn)狀堤防及岸坡影響較小。推薦方案與現(xiàn)狀水位對(duì)比表見表6。

5.結(jié)論與建議

此次擬定的行洪通道是以假定紅線外側(cè)灘地不參與任何行洪為前提，預(yù)留了較大程度的富余度。按上述假定計(jì)算分析，推薦的行洪通道基本滿足按設(shè)計(jì)流量行洪的能力，且流速較現(xiàn)狀變化較小。后期通過對(duì)生態(tài)景觀工程方案中的植被分布、配置等提出進(jìn)一步的要求，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升河道的行洪能力，確保河道的行洪安全。項(xiàng)目實(shí)施后，可通過對(duì)河道行洪后綜合糙率的率定，對(duì)此次成果進(jìn)行對(duì)比。

行洪通道寬度不但要結(jié)合各河段的現(xiàn)狀過流能力和景觀工程布置來確定，還要充分考慮河段間上、下游的縱向銜接，避免出現(xiàn)通道寬度的劇烈變化，進(jìn)而影響河勢(shì)和岸坡穩(wěn)定。另外，行洪通道內(nèi)灘地的生態(tài)、景觀工程布置要嚴(yán)格按擬定糙率布置，行洪通道外的灘地也要控制植被種類、高度和株行距等要素，避免影響河道整體行洪能力。

2022-03-10

徐 磊，男，漢族，河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，高級(jí)工程師。

李海霞，女，漢族，河北譽(yù)龍圣世房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，工程師。