大凌河(佟沙河河口段)综合治理工程设计综述

隋吉庆

(沈阳顺源德工程咨询有限公司，沈阳 110000)

1 河流概况

佟沙河发源于义县王家沟村，流经李家沟村、单家沟村、八里铺村、后五里屯村至西关村汇入大凌河。佟沙河河长8.3km，上游集雨面积18.9km2，平均比降14.87‰，佟沙河大部分时间无水，其来流量随着河道上游降雨量不同而有很大变化，河口处湿地及植物生长的主要水源依靠大凌河干流渗水和干流下游橡胶坝运行时造成的水流回溯来提供。

综合治理工程以佟沙河入河口上游1km处为起点(对应0+000桩号)，沿河道中心线向下游至佟沙河入河口(对应1+043桩号)，全段总长1.043km，如图1所示。现状河道主槽及两侧滩地存在生活垃圾堆，河道滩地局部存在砂石、砖块等建筑垃圾堆，平均高度2-3m。

图1 佟沙河与大凌河堤防相对位置

2 河道综合治理的必要性

1)河口治理的需要。综合治理工程所在位置与已实施的“义县大凌河生态文明示范区一期工程”所在位置相邻，且位于人流量相对较大的义县城区西北方向。为向游客展示和谐、有序的大凌河景观，需要对极个别的治理“死角”进行建设，而治理区即为现有“死角”之一，项目区河道杂乱不堪、河槽不明显，需要积极开展治理工作。

2)促进当地旅游发展的需要。工程治理区河口左岸，有当地政府规划实施的义县古城墙修缮工程，为与修缮一新的古城墙相互配合，打造当地旅游产业的“招牌菜”，本次项目需要在与古城墙毗邻区域打造一处生态修复区(一区)，从而使其与古城墙构成吸引游客的旅游节点，进而促进当地的旅游发展。

3)生态修复的需要。工程治理区所在的佟沙河，河道狭窄、比降较大，河道内水流流速较大，携带有大量的泥沙及其他污染物，在汇流口及其上游修建荷花池与湿地，将在客观上起到拓宽过水断面、降低水流流速和沉淀水中杂质的作用，从而避免污染物进入大凌河干流，有利于汇流口的生态修复。

综上所述，加快大凌河(佟沙河河口段)综合治理工程，完善河道各项建设内容，对提高河道防洪度汛、改善河道生态环境、推动义县景观城市建设、弘扬义县民族文化具有积极意义，功在当代、利在千秋。

3 河道综合治理工程设计

3.1 工程规划原则

工程规划设计应兼顾河流生态修复、防洪排涝、社会服务等要求，使之兼具生态与经济的双重功能[1-3]。一方面，采取防洪工程、河道整治、水污染控制及水环境整治、城镇景观建设、新农村环境建设、旅游资源开发等措施，即满足防洪、供水、环保、旅游等社会经济功能。另一方面，为改善水文和水质条件采取生态修复措施，河流地貌特征和物种多样性，部分恢复生态功能。

因此，河道治理规划应重点把握以下4点：①综合性原则：河口湿地工程生态治理应在保证防洪、排涝等基本安全的前提下，综合考虑河流生态景观、水质净化等功能要求，并且兼顾亲水活动安全需要。②协调性原则：体现项目建设与及周边发展的特点，项目规划注重与大凌河干流景观和当地城市发展规划相协调。③自然性原则：坚持恢复湿地的生境，充分利用河流现状水文条件、地貌形态等因素，以人工修复为辅、自然修复为主；物种的配置及选择应以本土种为主，构建稳定性及自我维持能力较强的水生态系统。④经济性原则：项目建设与社会发展、经济建设同步，满足节能高效、因地制宜的原则；统筹后期管护与前期建设，最大程度的降低后期养护费用和前期建设成本，保证生态治理的可持续性发展[4-5]。

3.2 清淤疏浚及清障工程

为保证河道的过流能力，确保水位的稳定，在综合考虑河道行洪水面线、生态环境、河内工程建设的情况，反复比对历年google图和实测现状图，同时参考横、纵断面和水文、水面线数据。设计对治理河段进行清淤疏浚，从两岸岸坎线开始，以1:3的坡度清淤至与现状主河槽高程齐平的位置，清淤疏浚典型断面设计如图2所示。

图2 清淤疏浚典型断面设计图

为改善主河槽形态及河道水质，需要对佟沙河河道(0+000-0+785)实施清淤疏浚及清障治理，其中清淤疏浚总长度785m，清淤量10241m3。清障工程主要是针对河道两岸的垃圾堆进行清理，可清理生活垃圾5743m3，建筑垃圾4901m3。

3.3 石笼防护工程

为避免主河槽摆动对滨河路桥、铁路桥基础、生态修复区及滨河湿地造成冲刷破坏，将锦阜铁路桥上游到滨河路桥(0+570-0+785)两岸岸坎采用贴坡式石笼进行防护。同时，考虑到河口湿地四周(0+800-1+000)边坡容易浸泡塌落，为避免其影响河口湿地边坡稳定，采用贴坡式石笼对河口湿地四周进行防护。

采用下式计算石笼护岸工程河道冲刷深度，即：

(1)

式中：hs为局部冲刷深度(m)；Ucp、Uc为近岸垂线平均流速和泥沙的启动流速(m/s)；黏性与沙质河床采用张瑞瑾公式计算；Hp为冲刷处的水深(m)；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取1/4。其中，泥沙的启动流速Uc、近岸垂线平均流速Ucp的计算公式如下：

(2)

(3)

式中：d50为床沙的中值粒径，m；H0为行进水流水深，m；rs，r为泥沙与水的重度，kN/m3；g为重力加速度，m/s2；U为行近流速，m/s；η为水流流速不均匀分配系数，结合岸坡与流向夹角α查表确定。

根据治理河段10a一遇天然洪峰流量为43.11m3/s，并结合上述计算结果与佟沙河生态水位较低而岸坡上部土质较为松散的实际情况，为使石笼防护发挥应有的防冲效果确定石笼防护工程的顶高程确定为河床以上1.0m。由于计算所得冲刷深度≤0.6m，结合贴坡式石笼水平段防护的实际效果，确定水平段长度为2.0m。护坡及护脚石笼网箱尺寸均为2m×1m×0.5m，坡比为1∶1.5，石笼防护全长840m。

3.4 湿地工程

湿地工程设计要注重体现河道生态多样性，以达到综合治理、取得综合效益的目的[4-6]。为进一步改善生态环境，拟对治理河段采用种植植物形成湿地的方法，修复河流生态。考虑到河道宽度及所处位置的不同，将湿地工程又分为两处分别进行设计。

1)滨河湿地工程。滨河湿地位于佟沙河项目区起点至滨河路桥(0+000-0+785)，全长785m，湿地面积约10.53hm2。由于该段区域现有芦苇长势较好、且该区域生态用水主要依靠上游河道来水供给，不能保证长期存在较高的水位，所以分别在该区域实施清淤疏浚及清障工程后的区域内，以及对贴坡式石笼采用1∶3覆土后的边坡上补植芦苇，芦苇按照16株/m2的密度进行补植。补植芦苇后，为便于游客进入湿地、亲水观光，在(0+500-0+600)的佟沙河河道左岸修建一处木栈桥，木栈桥长200m，宽2m，临河拐角处设置两处5m×5m的木栈桥平台，平台基础及铺装与木栈桥保持一致。

2)河口湿地工程。在滨河路桥至漫水桥(0+800-1+000)之间以弧形方式拓宽佟沙河左岸河道，形成面积14822m2的一处荷花池，因大凌河下游橡胶坝回水水位为61.02m，为保证荷花池池内有1m左右的水深，对该区域的荷花池进行下切，先下切至59.02m，然后在底部回填0.5m厚黏土并夯实以防止水流过度下渗，再回填0.5厚的种植土，以使荷花池池底高程达到60.02m，保证荷花生长过程中有约1m左右的水深。在荷花池四周，在夯实黏土的基础上用贴坡式石笼作为防护。然后在石笼防护的基础上，对河道右岸的荷花池边坡采用种植土按照1∶3的坡比覆土，对河道左岸的荷花池边坡采用种植土按照1∶5的坡比覆土。为保证成活率，荷花按照1株/m2的密度进行种植。在漫水桥下游(1+000-下游)的区域下切滩地，平均下切0.2m，形成一处水面，面积约11452m2。

3.5 生态修复工程

在佟沙河右岸、大凌河滨河路右侧以及义县防洪墙围成的三角区域内，清理建筑垃圾堆后，回填种植土并合理布置乔、灌木和花草组合，从而对该区域进行生态修复，共修复面积约3hm2，栽种银杏293株、文冠果150株、丛生白桦67株、紫丁香球28株、连翘球28株、萱草1755m2、三七景天802m2、八宝景天469m2、鸢尾764m2、三叶地锦1184株。

在佟沙河右岸、大凌河滨河路右侧以及义县防洪墙围成的三角区域内，在清理建筑垃圾堆后，采用次第堆放土方的形式，形成高于现状地面0.5-2.5m的两处小山丘，总面积19638m2。在形成的地形地貌上种植各类乔木、灌木及花卉组合，从而对该区域进行生态修复，共修复面积约3hm2，栽种银杏293株、文冠果150株、丛生白桦67株、紫丁香球28株、连翘球28株、萱草1755m2、三七景天802m2、八宝景天469m2、鸢尾764m2、三叶地锦1184株。

4 结 论

大凌河(佟沙河河口段)综合治理工程的实施，有利于提升河道的防洪标准，大大改善沿河带人居环境和整体景观，更好地实现“水清、岸绿、景美、天然”及“人水和谐”目标的实现，更好地促进当地旅游业发展。

此外，为确保河道治理工程的正常运用和工程安全，充分发挥工程效益，促进工程管理的正规化、制度化和规范化，必须加强与完善河道及堤防工程的管理，提高工程管理的现代化水平。在重要河段建设必要的管理设施，如管理房、生产管理和生活管理设施进行水位、水质观测，并对涉及工程安全的主要项目如冲淤演变等进行观测。