浅析河道治理中人工湖的设计

浅析河道治理中人工湖的设计

【摘要】近年来我国洪涝灾害频发,对城镇基础设施、居民经济财产与生命安全造成了严重的威胁,而另一方面我国传统的治河理念造成了河道及其两岸生态环境的破坏,因此解决防洪除涝和生态环境的双重问题成为当代水利工程设计人员的迫切要求。人工湖在河道整治中具有诸多方面的优势,如调蓄雨洪水,削减洪峰流量,形成景观水面,涵养地下水等防洪和生态方面的作用。河道治理中人工湖的设计需要充分结合河道水文、地质特点,有机结合防洪除涝与生态建设。

【关键词】人工湖;河道治理;防洪;生态建设

    人工湖是介于河流与湖泊间的半人工半自然水体,从前多用于天然湖泊较少的地区,人工湖应用于现代城市河道治理中具有防洪除涝、生态建设、美化环境的多种优势,是现代化城市建设发展的重要途径[1]。随着城市基础设施建设与生态建设的不断推进,城市河道治理中人工湖的应用正呈上升趋势,越来越多的城市河道采用人工湖积蓄雨洪水甚至削减洪峰流量,在缓解水资源紧缺局面的同时,还能发挥防洪除涝的作用。本文以北京市房山区大石河的综合治理工程为例,分析河道治理中人工湖的设计。

1.河道水文、地质环境特点介绍

房山区位于北京市西南方位,是北京城市文明与历史的发源地,在从古至今的城市经济发展中都起着重要的作用。房山区大石河为北拒马河支流,发源自房山区西部霞云岭乡堂上村西北处,在房山旧志中称大石河为圣水,是房山唯一发源自境内河流。房山区大石河的总流域面积1280km3,其中1250.96km3位于北京市境内,河道总长129km,其中121km在北京市境内。大石河流域中霞云岭乡堂上村到银水村的水域部分已完成基本的源头河流治理,大件路桥到琉璃河镇祖村段也已完成防洪标准的河流治理,文中河流治理主要河段为河北镇良辰铁路桥到城关镇大件路桥的河段,河段长度为20.78km,治理要求为在河道治理中应用人工湖,缓解河道防洪压力,利用雨洪水,回补地下水,同时改善周边生态环境。

河道区域为北京市暴雨多发地区,暴雨集中于7、8月份,降水历时较短但强度较大,山洪发生时间同样集中于7、8月份,发生特点为陡长陡落、历时较短、洪峰流量与年际变化显著。根据河段水文站实测资料,大石河多年平均输沙量为7.2wt,平均输沙率为0.872kg/s,平均悬移质含沙量为0.386kg/m3,河道的淤塞原因主要为大石河上游煤矿开采后的废弃材料与河道两岸修路的废弃渣滓。治理河段地表水近年来流量有所减少,地下水主要有松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶裂隙水,对混凝土有微腐蚀性。治理河段地区地貌主要包括西部山地与东部平原两大地貌单元,工程区出露地层主要为沉积岩,基岩主要为石灰岩、页岩、砂岩,卵石层为第四系主要地层。

2. 河道治理中人工湖的设计

针对房山区大石河的水文与地质特点,在工程治理段末端选取地势相对平缓、河床宽阔的1.5km河段作为人工湖的选址。大石河流经沙窝村后,河床宽度由不足200m扩大到500m,而且此段河道地势相对平缓,有利于形成水面。在汛期可有效降低洪水流速,减缓对大件路桥的冲刷;非汛期可利用大石河基流,形成湿地。

人工湖末端为大件路桥,桥底高程较高,在桥前形成一个倒坡,有利于成湖,同时对湖区大量砂石坑进行了平整,形成1.5‰左右的纵坡,河宽平均为450m,宛如浅碟。人工湖上游做一道拦水坎,梯形断面垂直于河道中心线布置,拦水坎顶部宽5m,下游侧以1:10的纵坡与湖底顺接;人工湖下游利用1:10的缓坡与大件路桥桥底接驳;人工湖左右岸与河道边坡结合起来一并考虑。整个湖区岸坡均为土工石笼袋防护,湖底采用了铅丝石笼护脚,这样在大件路桥上游形成约8万m2的开阔水面,平均蓄水深度为1.0m,可积蓄雨洪水8万m3,可有效缓解小水流对河道的冲刷。

考虑到整个湖区地下20m左右均为砂卵石层,在湖区增设了减渗层。减渗材料200g/m2/0.5mm/200g/m2的复合土工膜,膜层上、下各铺设200mm厚过筛细粒土保护层。最上层为保护层,采用100mm厚混凝土连锁砌块防冲,并在保护层以上覆600mm厚开挖土并压实,形成盖重及种植层。减渗层高度设置为常水位高程,当水深超过减渗层高度时,自然下渗补给地下水。

在湖区下游右岸铺设DN110的PE引水管作为补充水源,保障人工湖用水平时水量的需求,日供水能力为456m3/d。

3.人工湖的生态建设促进作用

在人工湖设计中,对工程区周边进行了整体绿化,选择了适宜地质、气候环境的植被覆盖,结合乔灌草花、落叶彩叶、常绿植物,并保持了工程区周边生态的生物与景观多样性。人工湖被上下游河道的小溪串联起来,形成溪流、湖泊、湿地的空间布局,营造植被与水相依的健康河流生态系统[2]。人工湖通过水体蒸发的形式将水汽扩散至湖边,从而改变工程区的周边空气湿度,改善人工湖周边环境的小气候情况,使周围环境适宜人类居住,增加环境的舒适度。人工湖湖水的蒸发与散射作用日平均可使气温降低1-2℃,使周边地表温度日平均降低2-3℃,尤其在气温超过30℃时降温效果更为明显,且影响范围达到百米,随人工湖面积增大而气候调节作用更为突出。

另外,由于人工湖长期处于封闭或半封闭状态且水体蒸发量较大,需要长期补充水分,则不断增加水体中的N、P等营养盐物质,加上其他地表固体颗粒、粉尘、氮沉降、生活垃圾碎屑等污染物的沉淀,以及人工湖湖泊内的藻类繁殖增加释放水体内源P营养,营养盐与含氧量的浓度升高,造成人工湖水体富营养化。为防止人工湖富营养化,设计在人工湖四周利用河道浅滩进行净水植物的种植,合理搭配鱼类、浮游动植物、沉水植物、浮水植物等,形成了完善的水生态系统。

4.结语

针对工程区水文与地质环境特点,因地制宜,通过对大石河下游砂石坑的改造,在汛期可有效拦蓄雨洪水、回补地下水;设计过程中合理搭配了鱼类、浮游动植物、沉水植物、浮水植物等,形成了完善的水生态系统;在局部形成有水、清水的溪流湿地、湖面的多元化水生态格局,有效推进了人工湖在河道治理中的应用。工程运行期还需对人工湖进行后期的养护工作,制定详细的养护计划,以维持人工湖周边水生态环境,才可有效发挥其对生态环境的改善促进作用。

【参考文献】

[1]翟俊,等.城市人工景观湖的水量设计[J].中国给排水,2012,28(12):137-138.

[2]徐旦峰.人工湖防渗工程技术措施实际应用研究[J].黑龙江水利科技,2014,12(04):139-141.

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