云南省鎮康縣南傘河水生態綜合治理關鍵技術研究

劉興邦 吳文霞

摘要：云南省鎮康縣開展了南傘河水生態綜合治理工程，通過河道治理、截排污、景觀提升等綜合治理措施，打造“河暢、水清、岸綠、景美”的南傘河。對綜合治理措施中涉及的大跨度景觀壩軟基處理和結構設計、城區段河道清淤方法、河湖連通和水體置換關鍵技術問題進行了重點分析和研究，并成功運用于工程的相關設計和施工中。南傘河水生態綜合治理工程的完成，徹底改善了鎮康縣城的水環境和人居環境，取得了較好的社會效益及生態效益。南傘河的水生態綜合治理經驗對類似城區段河道水生態綜合治理具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：水生態綜合治理;景觀壩;河道清淤;河湖連通;南傘河;云南省

中圖法分類號：X522

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.叭5

長期以來，隨著我國社會經濟和城鎮化的快速發展，城市河道出現水資源短缺和水質惡化等一系列問題。因此，需要從源頭上扭轉城市河道水生態環境惡化的趨勢，使傳統水利向生態水利轉變，在更深層次推進水生態文明建設，促進人水和諧，保證城市可持續發展。

河道作為城市水生態綜合治理的核心，國內外研究學者對此進行過很多深入研究，取得了豐富的研究成果[1-7]，并成功應用于實踐。本文主要對云南省鎮康縣南傘河水生態綜合治理措施進行探討和研究。

1 南傘河水生態綜合治理措施

鎮康縣地處云南省西南部、臨滄市西部，縣城駐地南傘鎮為國家2類口岸，距臨滄市242 km，距昆明678 km。南傘河屬怒江水系的南汀河流域，發源于南傘鎮西南山區，干流長17.3 km，徑流面積80.3km2，地處巖溶地區，上游為南傘水庫，自縣城北邊人城后繞鎮康縣城東南邊山腳進入緬甸。

南傘河水生態的現狀及存在的主要問題如下：①南傘河上游植被覆蓋較差，水土流失嚴重，存在河道淤積問題;②河道存在落水洞，在枯期易出現河道斷流;③老城區兩岸截排污系統不完善，污水廢水直排人河，造成水污染，枯期水濁;④景觀方面，水系形態、景觀步道形態、兩側綠地功能、植物品種和色彩等較為單一，主題文化和景觀配套設施缺失。

基于河道現狀及存在的問題，南傘河水生態綜合治理措施主要包括：①對南傘河城區段河道樁號k1+260 -k4+891河道清淤，上善湖和知行湖新增漿砌石堤岸，知行湖落水洞改造成六邊形落水洞溢流堰，達到“河暢”效果。②完善南傘河老城區段截排污管網系統，右岸南傘鎮人民政府旁至民族街之間新增鋪設DN500預制混凝土管600 m，污水最終排至污水處理廠，處理達標后排放，達到“水清”效果;新建景觀壩和鋼壩，對水體曝氣補氧，并在河道中形成大水面;融人鎮康當地的民族歷史文化，打造“同心湖、上善湖、知行湖”3個人工湖水景觀，同時進行同心湖至堅果園之間河道兩側的綠化、亮化和健康步道拓寬工程以及堅果園工程，達到“岸綠、景美”效果，整體提升縣城景觀。③加強水管理和水資源保護，推行河長制，搭建河長制信息化系統平臺。南傘河城區段水生態文明建設平面布置見圖1。

2 南傘河水生態綜合治理關鍵問題

在水生態綜合治理措施中，大跨度景觀壩軟基處理和結構設計、城區河道清淤方法、河湖連通和水體置換是工程實施的難點及重點，本文對其進行了詳細探討和分析。

2.1 大跨度景觀壩基礎處理和結構設計

鋼壩主要由土建部分、底軸、鋼閘門和驅動裝置等組成[8-9]，適用于河道寬（5～ 100 m）而水頭差比較小（1～6 m）的工況，鋼壩臥壩排洪，立壩蓄水，頂部溢流時可形成人工瀑布。景觀壩是在鋼壩的頂部位置設置噴水裝置，形成噴泉效果，再結合燈光、音樂裝置，使其具有蓄水防洪和水利風景區功能。作為一種正在推廣和運用的新壩型，景觀壩結構設計還缺乏相應的設計規程和規范。

在同心湖布置一座40.0 mx1.5 m（寬×高）的景觀壩，打造同心湖水景觀，景觀設計總面積為13 392 m2，水體面積為5 442 m2。根據地質勘探及鉆孔資料，景觀壩軸線位置的河床及漫灘堆積物以沖洪積層為主，少量人工填土。基礎大部分為沖洪積層的淤泥質黏土（Qalp-1）和沖洪積層的含礫黏土（Qalp-3）;下伏基巖為永德組（P.y）黃綠、褐黃色基性侵入巖（X），為灰綠色煌斑巖，埋深6.7～13.8 m。淤泥質黏土地基承載力特征值為50～ 70 kPa，含礫黏土地基承載力特征值為70～ 90 kPa。

通過查閱相關文獻并借鑒已實施項目工程經驗，國內單跨超過35 m的鋼壩，地基為軟基，均采用樁基或復合地基處理，同時參考SL 265-2016《水閘設計規范》，閘室段混凝土底板在土基的分段長度不宜超過35 m。景觀壩閘門單跨40 m，跨度較大，閘室底板平均厚度為1.46 m，基礎為淤泥質黏土和含礫質黏土，基礎較差。由于距汛期只有3個月，施工工期緊。金結生產廠家提出閘室兩端不均勻沉降不宜超過10 mm，否則，基礎不均勻沉降過大將會導致鉸座卡死底軸，閘門無法正常啟閉。經過計算，蓄水正常運行工況下，景觀壩基礎平均基底壓應力為57.34 kPa，基礎底部清除淤泥質黏土后地基承載力可滿足要求。若閘室底板設置結構縫，采用樁基處理至基巖，閘室基礎的不均勻沉降較小，可滿足要求，但施工工期較長，汛前工程不能完工，汛期將會影響整個工程的安全。結合現場實際情況，為防止地基的不均勻沉降導致底板設置結構縫后出現景觀壩底軸不能正常運行的問題，寬48.4 m的底板順水流方向不設置結構縫，同時閘室段基礎處理方式為清除底板以下淤泥，采用厚2m大塊石換填，石渣嵌縫，分層碾壓密實處理，碾壓采用20 t單鋼輪震動壓路機，來回碾壓8遍。進行碾壓沉降觀測和地基承載力試驗，第8遍碾壓后沉降差小于2mm，經輕型動力觸探檢測地基承載力為196 kPa，可滿足相關設計要求。景觀壩軸線剖面見圖2。南傘河大跨度景觀壩基礎采用大塊石碾壓密實和閘室底板不設置結構縫處理，節省了大量投資并縮短了基礎處理工期，3個月即完成了景觀壩的土建部分施工和金屬、電氣等設備安裝，閘室混凝土底板也未出現明顯裂縫。安裝調試后，經過9個月運行，景觀壩閘門啟閉正常，景觀效果較好。

2.2 城區河道清淤

南傘河上游植被覆蓋低，水土流失比較嚴重，汛期來沙量大。老城區垃圾及部分污水直排，致使河流底泥污染嚴重，加上水土流失形成的淤泥層，河道淤塞嚴重，泄洪能力降低，影響河道及周邊環境的水景觀，需對南傘河城區段河道進行清淤。南傘河城區河道具有以下特點：①河道枯期流量小，枯期多年平均流量為0.31 m3/S;②河道窄，平均寬度為10 m;③淤泥層較厚，厚度為0.5～3.0 m;④兩岸人行道和房屋建筑已形成，大型機械岸上施工受限。

經過河道清淤[10-11]方案比較，枯期河道流量小，若采用沖水清淤，不僅無法徹底清除淤泥，還會污染和堵塞下游河道，因此不適合采用沖水清淤方法。若采用水下清淤方法，由于河道流量較小，抓斗船或挖泥船無法開展清淤工作;若采用干河清淤方法，利用大型機械開挖、清淤，普通挖機進入河道經常沉陷下去，無法順利開展清淤工作。

結合南傘河城區段河道實際情況，普通挖機無法開展清淤工作，為解決清淤施工難題，聯系生產廠家定制和引入了適合南傘河清淤的水陸兩用挖機清淤設備，并設計了相關履帶式行走輪浮箱和輔助浮箱。其中，行走輪浮箱尺寸為7.0 mx1.4 mx1.1 m（長×高×寬），輔助浮箱尺寸為5.0 mx0.75 mx1.00 m（長×高×寬），挖機采用卡特130，自重23 t。當河道水較淺時，水陸挖機直接采用履帶式行走輪浮箱，浮箱在水里產生的浮力略小于重力，依靠水中的浮力和淤泥的承載力，挖機可在水里和淤泥里順利行進，快速進行河道清淤。當河道水深超過1.4 m時，浮箱在水里產生的浮力略小于挖機重力，僅采用履帶式行走輪，浮箱挖機會沉到水底，此時需要掛載輔助浮箱，浮箱在水里產生的浮力略大于挖機自重，水陸挖機亦可在深水區域開展清淤工作，但此時挖機浮在水面上，清淤作業時自身穩定性相對較差，清淤作業效率也會下降。水陸挖機河道現場清淤見圖3。通過引進水陸兩用挖機，淤泥采用密閉的自卸汽車外運至棄渣場進行處理，不破壞河道兩側景觀道、綠化帶、擋墻，清淤徹底，施工效率高，使河道清淤工期由原計劃的4個月縮短至2個月。

2.3 河湖連通和水體置換

工程在知行湖下游出口布置一座寬5.0 m、高3.0 m的鋼壩，鋼壩臥門放水，不影響汛期行洪，立門蓄水，形成大水面，打造“上善湖、知行湖”兩個水景觀。其中，上善湖景觀設計總面積37 399 m2，水體面積為10 738 m2;知行湖景觀設計總面積15 903 m2，水體面積為5 805 m2。

上善湖、知行湖和主河道連通是工程設計的重難點。如何使主河道和人工湖適當分離但不完全分離，設計時應考慮如下情況：①需考慮汛期鋼壩臥門行洪時，超過5 a一遇的洪水可進入湖區，知行湖落水洞可參與泄洪，保證汛期落水洞泄洪通暢，同時小于5 a一遇的洪水不進入湖區影響水質;②在枯期需考慮鋼壩立門蓄水時，水可進入湖區形成大水面景觀，同時鋼壩和知行湖六邊形落水洞溢流堰形成瀑布景觀，使景觀效果達到最佳。上善湖、知行湖和主河道之間修建生態河堤型式，2 a一遇水位以下采用M7.5漿砌石護腳，2 a一遇水位以上采用三維植草網墊護坡，堤頂種植水深植物，可實現河湖分離。經過水力學計算可知，上善湖和知行湖在主河道5 a一遇設計洪水條件下水位為987.55 m，最終確定上善湖和知行湖生態河堤頂高程為987.45 m，鋼壩頂和六邊形溢流堰頂高程為987.55 m。該設計既可確保汛期主河道和知行湖落水洞在汛期泄洪通道通暢，又可保證枯期鋼壩蓄水高程高于上善湖、知行湖和主河道之間的生態河堤頂高程，使主河道和湖區形成大水面，同時鋼壩和六邊形落水洞溢流堰同時過流形成瀑布景觀。

為避免上善湖和知行湖水體長時間未置換導致水質變差，需考慮人工湖水體置換。在上善湖和知行湖生態河堤上布置放空管，與主河道連接，在上善湖生態河堤上布置3根DN250放空管，知行湖生態河堤布置2根DN250放空管，鋼壩臥門放水，主河道過流，湖區的水可通過放空管放人河道，實現湖區水體放空，同時也可滿足檢修需要。枯水期時，通過鋼壩立壩蓄水，主河道清水通過生態河堤頂可進入湖區，實現上善湖、知行湖重新蓄水。上善湖和知行湖平面布置見圖4。因此，可通過鋼壩的臥壩、立壩和放空管實現上善湖和知行湖水體和河道水體的自動置換，保證湖區水質良好。

3 結論

（1）鎮康縣南傘河存在河道淤積、枯期斷流、污水直排、景觀等問題，水生態綜合治理工程因地制宜，通過河道清淤、生態過流、截排污、景觀提升等綜合治理措施，徹底改善了南傘河水環境和人居環境，具有顯著的社會效益和生態效益。

（2）南傘河大跨度景觀壩基礎為含礫黏土軟基，在跨度大、基礎差、工期緊的情況下，閘室段基礎采用2m厚塊石換填碾壓密實、混凝土底板未設置結構縫進行處理，既節省了投資，又縮短基礎處理工期，9個月運行的效果良好。

（3）城市中小河流兩岸人行道和房屋建筑已建成，在淤泥較厚、河寬大于5m、水深小于1.4 m的條件下，可采用水陸兩用挖機進行河道清淤，淤泥用密閉的自卸汽車外運至棄渣場進行處理，施工效率高，成本低，清淤效果良好。

（4）在河道和人工湖中，可通過布置鋼壩、生態河堤、放空管等措施，合理設置生態河堤和鋼壩頂高程，實現河湖適當分離又不完全分離，既可使鋼壩汛期臥門實現行洪通暢，立壩形成大水面，打造河湖水景觀，也可通過鋼壩的臥壩、立壩和放空管一起實現湖區水體自動置換，保證湖區水質良好。

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（編輯：唐湘茜）

作者簡介：劉興邦，男，工程師，碩士，主要從事水利水電工程設計工作。E-mail：xingbangwhu@163.com