基于遙感影像下三家河現狀調查及治理工程設計

曲 濤

(遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局)，沈陽 110002)

0 引 言

河道綜合治理工程建設越來越受到重視，為了改善河道生態環境，滿足防洪排澇的需求，有許多的地區采用了工程手段，在河道整治調查過程中，傳統的地面調查難以宏觀判斷河道整體情況，因此，遙感手段在河道整治工程中得到了重用。李佳琦等、盧燕南使用遙感手段提取黑臭水體的分布，通過地面驗證準確性較高；萬智巍等利用遙感影像分析長江荊江河道演變過程；陳齊新等利用遙感數據分析河道流量，結果較為可靠；除了水利行業，遙感技術在地質、測繪等專業也有了較為廣泛的應用，是一項較為成熟的技術。河道整治是一個復雜工程，除了水利，環境生態恢復也是一個重要內容，目前，常用的河道治理措施包括：格賓石籠、人工浮島等，取得了良好的環境效益[1-10]。

1 工程概況

下三家河為大凌河支流，發源于朝陽縣西五家子鄉。流經聯合鎮，在聯合鎮嘎岔村位置匯入大凌河。下三家河全長37.61km，流域面積265km2。河身多彎曲，河床寬50-200m。每年汛期，下三家子河與趙家溝河匯流，對河道兩側的居民及農田帶來威脅，例如2006年汛期爆發的一次洪水，沖毀了河道兩側農田及林地2hm2，給當地居民及企業造成巨大損失。

圖1 流域概況圖

2 下三家河(聯合鎮林家溝段)現狀

為了更加直觀確定下三家河(聯合鎮林家溝段)現狀，除了現場調查外，也積極使用遙感影像等技術手段，利用“上帝視角”對河道現狀進行分析。目前，河道的主要存在的問題包括：河道淤積、侵蝕、侵占、“跨河”不便、生態破壞嚴重等問題。

1)現狀河道內淤積較為嚴重，主河槽不明顯，灘地沙堆、亂石隨處可見；在調查中發現，河道局部段已經進行過疏浚，疏浚土方已平整于兩側岸坎之上，形成為外形較規則的沙埂，沙埂高度較河道高出約3m-5m。經對現狀河道進行水面線推求，在河道左岸樁號1+450-2+280，河道右岸樁號1+450-2+058段沙梗高度均高于10a一遇水位線。土埂邊坡較陡，坡度約為1∶1。

2)項目區內存在較大河灣，通過對比歷年河道演變發現，河道凹岸側(左岸)逐年受到沖刷侵，耕地受到侵蝕，危及河道左岸農業產區安全。

圖2 侵蝕段部位

3)河灣下游，河道左岸目前存在耕地侵占河道的現象，河道被束窄，防洪隱患增加。

圖3 河道侵占情況

4)治理附近兩岸有村莊多處、產區一處、學校一處，同時也是下三家河流域重要的監管區段，而項目區附近跨河不便對河道監管造成了一定的困擾。

圖4 跨河不便區域

5)項目區內存在廢舊砂場一處，造成河道沙化嚴重；兩岸植被覆蓋較少，水邊環境較差，生態環境遭到破壞。

3 工程設計

3.1 石籠護岸工程設計

3.1.1 石籠護岸結構設計

本次工程范圍內樁號2+348-1+890段為一處較大河灣，河道左岸為凹岸。經多年水流沖刷，河道岸坎線逐漸外移，威脅河道左岸附近居民區以及產業區，為保護居民生命及財產安全，本次在河灣處布置石籠防護工程。其中左岸防護長度為500m，右岸防護長度為160m。

本次設計于岸坎修整后布置石籠防護工程，主要包括鍍鋅鐵絲石籠護坡及石籠護腳，石籠護坡坡比與修整后岸坎坡比一致，為1∶3，防護高度為3m，根據沖刷計算結果，確定護腳防護深度1.2m。

具體石籠布置形式見圖5和圖6 。

圖5 石籠布置形式

圖6 石籠網箱形式

3.1.2 石籠岸坎防護穩定計算

護岸高度H=3m，護岸采用鍍鋅鐵絲石籠網材料。護岸坡比為1∶3，護岸結構單位長度體積V=2.85m3/m，土對石籠護岸基礎的摩擦系數μ=0.6,箱籠回填石材為毛石，重度為γ=25kN/m3，孔隙率n=0.3，護岸背填土凝聚力C=0，填土內摩擦角φ=30°，填土重度為18kN/m3。地基承載力特征值fak=120kPa。具體尺寸見圖6。

1)主動土壓力計算

(1)

(2)

式中：Ka主動土壓力系數；φ填土內摩擦角；Ea主動土壓力；γ填土重度；h石籠護腳高度。

2)石籠護岸的抗滑穩定計算

(3)

式中：KS抗滑移安全系數；Gn、Gt自重垂直、水平方向分力；Ean、Eat主動土壓力垂直、水平方向分力；μ基礎摩擦系數。

經計算，抗滑移安全系數KS>1.3，滿足穩定要求。

3)石籠護岸的抗傾穩定計算

(4)

式中：Kt每延米抗傾覆安全系數；G每延米護腳的重力；Eax、Eaz主動土壓力的水平、垂直分力；x0、xf、zf分別為G、Eax、Eaz至墻趾O點的距離。

經計算，傾覆安全系數Kt>1.6，滿足穩定要求。

4)石籠護岸基底壓應力的計算

(5)

式中：σmax基底的最大應力；∑G垂直荷載，kN；A底板面積，m2；∑M荷載對底板形心軸的力矩，kN·m；W底板的截面系數，m3。

經計算，基底最大壓應力σmax<120kPa。計算結果見表1。

表1 護岸穩定計算結果

綜上計算結果表明，石籠防護結構穩定。

3.2 河道疏浚工程設計

本設計疏浚工程主要于0+000-2+400段進行疏浚，疏浚長度為2.4km；

疏浚深度為0.3-0.8m，疏浚土方合計65108 m3(含樁號1+715-2+058河段左岸岸坎后移土方量)。因本次疏浚河段無淤泥開挖，且疏浚土方中含砂石比重較大，故可用于岸坎修整填筑。治理河段由于受水流沖刷、人為挖沙等，岸坎界限較不規則，局部雖然對岸坎進行了防護，但總體上仍不連續。本次設計根據多年河道演變，以及土地確權界限，對項目區內岸坎重新進行規劃，詳見圖7。

圖7 岸坎規劃圖

岸坎邊界確定后，對岸坎進行修整，岸坡坡比為1∶3，再進行石籠護坡及護腳鋪設，利用多余疏浚土方進行坡面修整，修整后坡比為1∶5，并利用疏浚土方對岸坡背水坡進行修整，修整后背水坡坡比為1∶3。詳見圖8。

圖8 1+778斷面典型段圖

3.3 植物綠化工程

根據現場調查，洼地上下游均有局部穩定水面顯現，且洼地地表土質濕潤，故可確定該洼地可通過降灘形成水面，通過種植濕生植物可打造面積為4059m2的濕地。

圖9 擬建濕地區域現狀圖

開挖后灘地的水深應能夠保證水生植物生長所需的水深要求，根據灘地的地勢高低，開挖深度從0.5-2.2m不等，灘地開挖后回填30cm左右的種植土。濕地水深約0.2-0.5m，保證濕地內植物正常生長。本次設計注重體現河道的生態多樣性，以達到綜合治理、取得綜合效益的目的，從而進一步改善生態環境。

4 結 論

1)通過遙感影像可從宏觀角度對下三家河道進行調查，結合現場調查，下三家河主要面臨淤積、岸坡侵蝕、侵占、水環境污染嚴重等問題，河道綜合整治十分必要。

2)為了滿足防洪需要和達到恢復生態的目的，采用石籠護岸、河道清淤、種植水生植物等措施，經過驗算，石籠岸坡穩定性、抗傾覆、抗滑移滿足要求。