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西安高新区潏河三星段亲水提升工程设计研究分析

2024-09-20 106 上传者：管理员

摘要：以西安市潏河为研究对象,阐述河道生态环境提升的方案设计,该设计以“古河萦九曲、碧水涵四方”为设计理念,从“水安全”“水活力”“水景观”“水动线”“水联接”五个方面,将潏河三星段水系打造成亲水、生态、康体、休闲的城市综合公园。

关键词：
城市综合公园
溢流坝
潏河
生态绿化
高新区
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1、引言

西安高新区潏河三星段亲水提升工程的建设,是落实西安市全域治水碧水兴城会议精神的具体体现,与高新区大力推进全域水系生态治理,实现水系连通,营造都市河渠生态文化长廊,建设西安高新区“百里蓝链、千亩碧波”的治理理念相互融合,该项目的建设不单有效实现了潏河三星段河道亲水性,也极大提高了洨河公园的趣味、品位、韵味。本文以高新区潏河三星段亲水提升工程设计进行研究。

2、工程概况

潏河为沣河右岸的一级支流,古称泬水,今亦称决河,滈河入汇以后也称洨河,于沣惠渠首以南汇入沣河。潏河流域面积687 km2,河道全长64.2 km。

“西安高新区潏河三星段亲水提升工程”位于高新技术产业开发区三星厂区南侧,依托沣河最大的支流潏河两岸沿东西走向展开,用地范围南北紧邻三星存储芯片项目的用地,向东进入高新区通讯产业园。项目用地呈带状,河道北侧公园已经建成,周边道路及停车系统完善,交通便利。

3、工程设计

3.1 工程等级和洪水标准

3.1.1 工程等别及建筑物级别

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,参照《潏河三星段防洪治理工程初步设计报告》（2012.7）,确定该工程等别为五等小（2）型,拟新建五座溢流坝等主要建筑物级别为5级,设计洪水标准为10年一遇,相应洪水洪峰流量为340 m3/s,校核洪水标准为20年一遇,相应洪水洪峰流量为440 m3/s。该段新建堤防工程与已建成潏河三星项目区潏河堤防工程一致,堤防级别为1级,防洪标准为100年一遇洪水,相应洪水洪峰流量为680 m3/s。

3.1.2 地震设防烈度

依据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）,勘察区地震基本烈度为Ⅷ度,地震动峰值加速度为0.20 g,地震动反应谱特征周期为0.40 S。主要建筑物设防烈度同地震基本烈度。

3.2 工程总体布置

3.2.1 设计思路

本次设计以“古河萦九曲、碧水涵四方”为设计理念,从“水安全”“水活力”“水景观”“水动线”“水联接”五个方面,将潏河三星段水系打造成亲水、生态、康体、休闲的城市综合公园。

规划构建“一轴四核”的水系网络,通过实施修筑溢流坝,形成三处开阔水面；扩挖浅滩、增大水面,增加亲水活动区域；通过对溢流坝的景观改造,增加水中汀步,连通两岸；提升现状步道体系；改造现状坡面为错落台地,增加南北岸五处下堤出入口,改造两处出入口；增加亲水广场和平台等设施；坡面植物改善,增加浅滩水生植物和湿地挺水植物,并增加河边警示标牌。

确定河道骨架、优化水系布局,在保障防洪排涝及安全的基础上,实现亲水性,活动更加丰富,实现水资源可持续利用,塑造高品质的滨河空间和城市形象。

3.2.2 总体布局

(1）水系布局

潏河场地自东向西建筑密度逐渐降低,所以根据场地的区位特性,形成一条从城市到自然的过渡、从感官到情怀的升华的渐变轴线,同时,结合高新区未来发展定位和功能板块布局以及水系形态,形成“一轴四核”空间格局,从“身”“心”“情”“神”四方面赋予每个核心不同主题定位与功能。

(2）水资源调配

规划拟新建五座溢流坝,自上游而下,分别回水长度为：480 m、510 m、500 m、640 m、700 m。通过拦蓄水源,形成开阔水面,调蓄水系季节性水量分布不均的情况,满足一年四季不同的用水需求,达到人水共生,形成多变的水景观。

(3）水环境治理

通过5座溢流坝的建设,从而达到扩大水面,并栽植具有净化功能的湿生和水生植被,对水流进行降速、沉淀、净化、过滤,有效改善水质,形成生态的可持续发展及良性循环。

(4）水安全保障

潏河三星项目区堤防防洪标准为100年一遇洪水,堤防级别为1级；已建橡胶坝工程等别为Ⅴ等,设计洪水标准为10年一遇；拟新建五座溢流坝设计洪水标准为10年一遇。对现有滨水游步道的提升,不改变其高层,满足其5年一遇的设计标准,对于水深的控制,满足《公园设计规范》（GB5119-2016）中近岸2 m范围内水深不得大于0.5 m的要求。

在新近5座溢流坝的坝肩广场,设计栏杆；坝体上设计的水中汀步,两侧2 m范围内水深不超过0.5 m。

(5）水文化彰显

构建“一轴四核”水文化发展空间格局,根据场地的区位特性,自东向西形成一条从城市化向原生态的渐变轴线,改造现状坡面为错落台地,增加南北岸共五处下堤广场及入口,并改造现状下堤踏步；增加亲水广场和平台等设施；打造自然水生态景观,形成一条服务于市民的生态与文化体验廊道。

(6）水生态景观

①新建3处景观广场：面积依次为：1050 m2、2450 m2、455 m2。景观广场主要以透水混凝土为铺装材料,结合种植池,形成多变的休闲空间；周边及种植池内种植以观赏草为主,结合岸坡现状宿根花卉植物,形成野奢的景观效果。

②新建7处下堤台阶：改变现状下堤台阶陡峭、单一的形似,以折线木栈道和曲线步行道的形式,设计下堤口,增强景观性,并增加下堤口的数量,满足人们从不同位置就近下堤游览的客观心理,更加科学、合理,栈道两侧设置栏杆,满足安全性要求。

③提升现状游步道：现状游步道、木栈道建成并使用时间过久,存在破损、污染等问题。本次设计对现状进行游步道、木栈道提升、改造,并与新建景观广场、下堤台阶、溢流坝顶过河汀步相结合,有机贯穿,形成完善的慢行系统,增强人们的体验感和游览性。

④植物设计：对于施工破坏的区域,以小冠花、紫穗槐、苜蓿、金鸡菊、虞美人、芝樱按照比例进行混播,与现状绿化统一。草坪区域以高羊茅、黑麦草、早熟禾混播。5座溢流坝上下游种植香蒲等水生植物。对于河头村215 m连接的堤防,种植行道树,行道树品种为旱柳,与现状堤防行道树保持一致。

3.3 溢流坝设计

3.3.1 溢流坝总体布置原则和依据

依据《潏河三星段亲水提升方案》要求,本工程在潏河西太路桥下游,自上而下新建5座跌水溢流坝,形成一定范围内连续的开阔水面。本次工程溢流坝总体布置需满足以下原则：

①建坝后尽可能不影响河道正常泄洪,确保现有堤防工程防洪安全不受影响；

②工程布设位置不改变现状河道河势,对已建工程影响小；

③合理选定坝址,各坝回水水面有效连接,与已成橡胶坝水面共同形成连续水面；

④与周边风貌和景观相协调,体现现代生态河道治理理念。

3.3.2 坝顶高程

5座溢流坝坝前水深根据河道防洪安全要求,溢流坝坝顶高程需满足设计洪水的过洪要求,建坝后尽可能不影响河道正常泄洪,确保建坝后已成河堤工程满足防洪要求,本次坝顶高程确定根据地形、地质、水位、流量、河道泥沙情况,确定坝顶高程基本与上游河床地形滩面高程齐平。

3.3.3 溢流坝计算

3.3.3. 1 溢流坝抗滑稳定及应力计算

(1）荷载计算

计算荷载有1）坝体混凝土自重；2）坝前静水压力；3）坝底扬压力；4）坝前泥沙（土）压力；5）地震力。

(2）抗滑稳定计算

溢流坝沿基底面的抗滑稳定按照抗剪强度计算公式计算：

式中：Kc为沿坝基底面的抗滑稳定安全系数；f为坝基底面与地基（卵石）之间的摩擦系数,取0.3；∑G为作用在底板上的所有竖向荷载,kN；∑P为作用在底板上的所有水平向荷载,kN;γ为水的容重,kN/m3；地震工况只考虑单位宽度上的总地震动水压力按下式计算：

式中：KH为水平向地震系数,取0.2;CZ为综合影响系数,取0.25;γ为水的容重,kN/m3;H为坝前水深,m。

计算结果见表1。表明2#溢流坝基面抗滑稳定计算值和压应力计算值均符合设计允许值,坝基面抗滑稳定在正常蓄水情况和地震情况下,均满足规范要求。

表1 2#坝基面抗滑稳定计算结果表

(3）坝体基底边缘应力计算

式中：P上游（下游）为上游、下游地基面应力；∑G为作用于坝体上全部荷载在坝基面截面上垂直向分力的总和；∑M为作用于坝体上全部荷载对坝基面截面形心轴的力矩总和；B为底板基底面计算长度,12 m。

计算结果见表2,2#溢流坝坝体上下游的基底应力计算值均符合应力允许值,最大与最小应力之比符合设计允许值,所以坝体上下游的基底应力及应力比在正常蓄水情况和地震情况下,均满足规范要求。

表2 2#坝坝体基底应力计算结果表

3.3.3. 2 溢流坝坝肩防渗计算

参照《水闸设计规范》（SL 265-2016)4.3.2坝肩的防渗长度

初步拟定坝肩的防渗长度应满足公式：

式中：L为闸基防渗长度,及闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和,m；ΔH为上、下游水位差,m,本工程2#坝ΔH值取0.7m;C为允许渗径系数值,本工程0+800坝C值取13。

则：L=CΔH=13×0.7=9.1 m

2#坝坝肩入渗点为防渗铺盖前端,沿着溢流坝边墙及坝肩齿墙渗流,至C25钢筋砼消力池末端渗出,渗流长度为8.68+16=22.68 m

根据计算结果可知,2#坝坝肩实际渗径长度大于允许防渗长度,不发生渗透破坏。

3.3.3. 3 溢流坝边墙稳定计算

本次设计2#坝边墙按照悬臂式混凝土挡土墙计算,挡土墙稳定计算采用《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）规定方法。安全系数采用4级挡墙规定值选取。采用理正6.5软件程序进行稳定计算,成果见表3。

表3 2#坝边墙稳定计算成果表

计算结果表明2#溢流坝的边墙抗滑、抗倾稳定均满足规范要求。

3.3.4 生态绿化工程

3.3.4. 1 植物设计原则

可用于裸露滩面植物设计的植物品种有很多,但由于其滩面种植条件的限制,在选择植物品种时,从以下几个方面考虑：

(1）选择生长快、适应性强、病虫害少的植物,并尽量多用常绿植物。

(2）选择耐修剪、耐瘠薄土壤、深根系的植物。

(3）选择繁殖容易、管理粗放、抗风、抗污染、有一定经济价值的植物。

(4）选择造型优美、枝叶柔软、花芳香、有一定观赏价值的植物。

3.3.4. 2 植物设计方案

本次设计以利用场地中的良好生态基底,依托河道,构建生境核心区,完善河段生境,提升生物多样性为主要目标,尽量保留滩面的原始风貌。建立多样化的生态系统,形成良好的生态环境,完善河滩绿带的连续性和生态统一性。

3.3.4. 3 植物品种

植物配置坚持“以人为本”“因地制宜”的设计原则并充分利用场地的特殊位置和现状条件。

大面积人工湿地区域,选择具有净化功能的湿生和水生植被,湿地区域结合木栈道种植水生及陆生开花植物,以蜜源植被为主,吸引蝴蝶、蜜蜂,从而增加动植物多样性,创造景观视觉体验。在护坡、台地及广场周边区域选择大面积的多年生宿根花卉及观赏草进行栽植,打造河滩生态野趣的植物景观,塑造出河滩生态、浪漫的气息。该区以护坡以及景观体验为原则,在最小干预前提下,种植各色花卉,营造优良视觉体验。

4、工程效益

4.1 生态效益

本工程建成后,将增加绿化面积和水面面积,缓解城区严重缺乏公共绿地和水面的状况,使该地区水清、草绿,更加适于居住。工程实施后,将美化市容、调节气候、涵养水源、净化空气和土壤,降低灰尘,促进了大气环境保护和治理,对区域小气候的改善和整个城市的绿化都起到了很大的作用。改善了市民居住环境,提高了生活质量,为居民提供优美、舒适的生活环境和娱乐健身场所等多种功能,使高新区三星项目区成为了一个更加优美、更适合人居住的城市。

4.2 社会效益

本工程建设加快了西安高新区建设步伐,提高了城市品位,增加了附加值,促进了本区域的较快发展,提高了城市的竞争力。本工程的实施建设,增加了水面和绿化面积,不但可以绿化环境、净化空气,也可为自身养护和扩植创造经济效益。为高新区居民休闲、娱乐提供了很好的场所,丰富了其活动内容,提高了生活质量,增强爱市、建市意识,促进文明建设的发展。

项目建成使高新区的基础设施条件得到全面改善,环境面貌大为改观,为加快周边经济发展、全面提高综合实力、增强活力,创造良好的环境打下坚实的基础,将吸引更多的投资者前来投资经营,带动西咸新区经济的快速发展。

4.3 经济效益

本项目的建设改善了西安高新区区域基础设施和投资环境,产生的较大社会和生态环境效益将促进高新区的发展,有效拉动GDP增长、固定资产投资增加、旅游收入提高、土地增值、房产升值、就业机会增加等。不但有良好的生态效益、环境效益、社会效益,而且具有显著的经济效益。

5、结论

本工程的实施将增加旅游收入,丰富人们的休闲生活和环境,完善产业发展布局,提高城市的综合功能和增长力,提高人们的生活水平。项目的建成将产生良好的经济效益、环境效益、社会效益,不但改善了区域基础设施薄弱的状况,改善区域经济状况,改善区域建设条件及水生态环境、投资环境,对促进该区域经济社会的可持续发展,具有重要的战略意义和历史意义,也可为类似工程提供参考和借鉴。

文章来源:寇小娣.西安高新区潏河三星段亲水提升工程设计研究分析[J].陕西水利,2024,(10):151-153.