（水利工程专业论文）上海市春申塘河道综合整治工程设计研究.pdf

摘要 摘要 本文围绕春申塘河道综合整治问题，展开了两方面的工作。一方 面，阐述了河道综合整治工程基本思路与设计理念，河道整治工程必 须既能够实现人们期望的城镇防洪的功能价值，又能兼顾建设一个健 全的河流生态系统，实现水资源的综合利用和人与自然的和谐相处。 另一方面运用基本设计理念对春申塘河道进行了防洪、生态、景观、 文化方面的综合整治与研究。通过清淤、疏浚河道来满足防洪、排涝 要求；通过新建生态护岸工程，采用有利于植物生长的天然透水性材 料，开发人工湿地、生物廊道、生态浮岛等来保护和恢复河流生态环 境；结合岸边条件进行景观绿化建设，部分河段满足观水、亲水要求， 创造新的城市休闲景观；吸纳地区文化底蕴，通过对春申源、顺水园 和新纪元等的文化建设，满足人们对文化的要求。 关键词：春申塘、河道整治、设计、研究 a b s t r a c e a b s t r a c t t h i sp a p e rc a np l o to u tt w op a r t su n d e rt h es u b je c tm a t t e ro fi n t e g r a t e d r e g u l a t i o nf o rc h u n s h e nr i v e r o nt h eo n eh a n d ，i te x p a t i a t et h ep r i m a r yt h e o r i e sa n dd e s i g ni d e a s r i v e r r e a l i g n m e n tp r o j e c tm u s th a v et h ef u n c t i o no ff l o o dc o n t r o la n db eah e a l t h f u l e c o s y s t e m t oa c h i e v et h e c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e sa n d h a r m o n i o u sc o e x i s to fp e o p l ea n dn a t u r e o nt h eo t h e rh a n d ，i ts t u d i e st h ec h u n s h e nr i v e r sp r o j e c ts y n t h e t i c a l l yo n f l o o dc o n t r o l ，e c o l o g y ，l a n d s c a p ea n dc u l t u r eb yu s i n gt h ef o r e g o i n gd e s i g ni d e a s t h er i v e rw a yi sd r e d g e du pt om e e td e m a n do ft h ef l o o dc o n t r o l ；e c o l o g i cr e v e t m e n t ， a r t i f i c i a lw e t l a n d ，e c o l o g i cc o n v e y e rw a ya r eb u i l tt o p r o t e c ta n dr e n e wt h e e n v i r o n m e n t ；l a n d s c a p ea n da f f o r e s t a t i o na r eb u i l to nt h eb a s i so fc o n d i t i o no ft h e r i v e rb a n kt oc r e a t en e wc i t yl a n d s c a p e ；a s s i m i l a t i n gt h er e g i o n a lc u l t u r ed e t a i l s c h u n s h e nr e s o u r c e ，s h u n s h u ig a r d e na n dn e we r aa r eb u i l tt om e e td e m a n do ft h e c u l t u r e k e y w o r d s ：c h u n s h e nr i v e r ，r i v e rr e a l i g n m e n t ，f l o o dc o n t r o l ，e c o l o g y ，l a n d s c a p e c u l t u r e i i 第一章绪论 第一章绪论 i i 国内外研究现状与发展趋势1 。3 1 城市大多依河而建，城市河流与人类关系密切。河流是构成富有特色的城市 景观的重要因素，世界上不少历史名城，如巴黎、伦敦、华盛顿等，都有美丽的 河流贯穿其中【1 。人们在尽享河流带来之便利的同时，也在不断地改造着城市河 流，如加固堤岸、裁弯取直、修筑水坝，以满足人们对于供水、防洪、航运等多 种要求。这些改造活动给人们带来了巨大效益，但同时也极大地改变了城市河流 的结构和功能，造成一些生态环境问题，已引起人们的广泛关注。例如，河道整 治片面追求河岸的硬化覆盖，强调河流的防洪功能，而淡化了河流的资源功能和 生态功能，破坏了自然河流的生态链。为保护城市安全，河堤年年加高，并大量 建设钢筋混凝土、块石等直立式护岸，河流完全被人工化、渠道化，人工与自然 的比例失调，破坏了原有的生态平衡。水泥衬底和护坡之后，割裂了土壤与水体 的关系，使水系与土地及其生物环境相分离，河道的一些生态功能随之消失。这 种破坏环境的河道整治，不妨称之为工程性河道整治，其负面影响体现在下列方 面： ( 1 ) 生物多样性严重受损。河道整治引起流量及流量过程的变化和输送泥 沙质及量的变化，裁弯取直提高流速，改变了水体流动的多样性，造成许多对水 际和水生栖息地起到关键作用的深槽、浅滩、沙洲和河漫滩的消失【2 】，河岸带生 态功能退化，许多水生生物种群的生存环境遭到破坏。 ( 2 ) 城市洪涝灾害的发生频率和强度明显增加3 1 。自然蜿蜒的河道形态能减 低河水流速，蓄洪涵水，削弱洪水的破坏力；洪水来临时，自然河岸可通过水体 渗透和两岸河畔林的储水起到调蓄洪水的辅助作用。硬化覆盖使河床不透水面积 增加，导致河流泄洪功能减弱，增加洪灾风险。 ( 3 ) 加剧水污染。天然河道是有自净能力的，水泥衬底和护衬割裂了水体与 土壤的关系，使水系与土地及其生物环境相分离，河床硬化覆盖阻断了城市地下 水补给，水土植物生物之间形成的物质和能量循环系统被破坏，加剧了水污染的 河海大学工程硕士学位论文 程度。 ( 4 ) 造成冲刷与侵蚀问题的转移。针对特定的地段，企图用渠化或硬化的方 法将河流的形式与过程隔离开来，结果往往适得其反。渠化减少了河流蜿蜒度， 硬化降低了堤岸粗糙度，二者都减弱了自然河流削减流水能量的能力，对下游造 成了更严重的侵蚀 4 1 。 从2 0 世纪7 0 年代开始，人们曰益关注河流系统生态及水文功能的丧失及其 产生的严重后果，并开始积极认真的反思和采取措施【5 4 l 。2 0 世纪9 0 年代以来， 采用混凝土施工、衬砌河床而忽视自然环境的城市水系治理方法，已被各国普遍 否定，而建设生态河流已成为国际大趋势。生态设计方法被重新认识，由于它能 够提供侵蚀控制的技术、基于环境的设计和美学上愉悦的形态，目前已在一些发 达国家的河流整治工程中被广泛使用 9 】o 德国的莱茵河，由于裁弯取直，河道 从3 5 4 k m 缩减为2 7 3 k m ，致使水流加快，冲刷加剧，对下游城市造成了严重威 胁。因此，现在正进行河流回归自然的改造，将水泥河堤改为生态河堤。美国、 法国、瑞士、奥地利等国，都在积极地修建生态河堤，复原河道形态，恢复河岸 水边植物群落与河畔林。日本在2 0 世纪9 0 年代初开展了“创造多自然型河川计 划”，提倡凡有条件的河段应尽可能利用木桩、竹笼、卵石等天然材料来修建河 堤，并将其命名为“生态河堤”( ”l 。为挽救城市河流的生态，日本政府采取了“放 任自流”的办法，千方百计使流经城市和郊区的河流两岸重新草木葱茏。堤坝不 再用水泥板修造，而是改用天然石块铺陈，还给草木自然生长的空间。目前，多 自然型河道治理在日本已很普及。 基于河道治理的河流生态修复，国外提出了河流修复的8 项措施【】，并广泛 应用于河流修复实践，这些措施是：( 1 ) 恢复缓冲带；( 2 ) 重建植被；( 3 ) 修建人工 湿地；( 4 ) 降低河道边坡；( 5 ) 重塑弯曲河谷：( 6 ) 修复浅滩和深塘；( 7 ) 修复水边 湿地、沼泽地森林；( 8 ) 修复池塘。 近年来，随着河流生态修复技术的进步，国外开始流行“多自然型河流治理 法”，并在河道整治中采用“近自然施工法”。多自然型河道治理方法最早在欧洲 国家特别是在瑞士、德国等国兴起，后来在日本得到迅速发展，是一种多种生物 2 第一章绪论 可以生存、繁殖的治理法，它以保护、仓造生物良好的生存环境与自然景观为建 设前提，不是单纯的环境生态保护，而是在再生生物群落的同时，建设具有设定 抗洪强度的河流水利工程设施施 1 2 - 1 3 。基于多自然型河流治理法的思想，致力于 通过河道形态修复1 4 4 5 、河床端面修复和河岸植被和湿地群落恢复m 。7 】。 尽管“生态”这一名词1 9 世纪才被提出，河流河岸生态景观设计在中国早 已存在，管子主张“大者为之堤，小者为之防，树以荆棘，以固其地， 杂之以柏杨，以备决水”：明代刘天和总结堤岸植柳经验，归纳为“植柳六法”； 2 0 世纪早期用捆扎的树枝稳固斜坡的技术，控制沿黄河的洪水和侵蚀。但过去 几十年里，在河道治理时，只考虑其水力技术要素，不关心河流的其它功能，更无暇 顾及景观设计。水系污染、生态环境恶化、自然景观被人工化等问题相继发生。 如目前普遍存在的河流堤防采用人工材料，两岸湿地消失，植被破坏等问题。同 时，由于河道水质的污染，城市的河道用混凝土包裹，许多城市河道变成暗渠， 原有的河道空间变成了道路或其它建筑，自然景观彻底消失。随着经济社会的不 断发展，人民生活水平的普遍提高，人们对河流的治理也提出了更高的要求，要 求河流能够给社会生活提供越来越多的服务，除了防洪、抗旱的安全保障外，开 始关注水域的生态系统。 近几年来我国有些城市进行了一定规模的试验性工程，且主要集中于河床断 面的生态修复，建设了一批生态河堤，取得了较好的工程和社会效果8 j 。成都市 府南河的整治，集防洪、排水、交通、绿化、生态、文化于一体，取得了很好 的社会、经济、环保效益，提供了具有借鉴价值的城市建设模式；成都市河道管 理处工程技术人员自行设计的木桩护坡脚、卵石筑矮堤、斜坡种植草坪、坡顶设 置钢栅栏等工程结构的沙河生态河堤也是一项成功的试验工程；北京市1 9 9 8 年 开始以建设“水清、流畅、岸绿、通航”的现代城市水系为目标，对城市水系进 行大规模的综合整治，使城市水环境得到明显改善。太原市的治汾美化工程，极 大地改善了汾河太原城区段的环境。包括8 大景区的河道美化治理公园汾 河公园，以人、城市、生态、文化为主题，着眼于大幅度改善太原市的呼吸系统， 改变太原缺水少绿、环境污染面貌，展示了集水利、生态、运动、休闲、旅游等 功能为一体的开放型城市滨水空间。类似的工程实例还有黑龙江省富锦市松花江 3 河海大学工程硕士学位论文 堤防工程、水位多变情况下中l l i 岐江公园的亲水生态护岸工程等。 河流生态整治中采用的生态设计方法不同于惯用的用人工的结构和形式来 取代自然的方法，而是用自然的结构和形式来顺应自然的进程。其优点【2 川有：( 1 ) 将河岸与河道在生态上联系起来，实现物质、能量的交流；( 2 ) 为生物提供栖息 地；( 3 ) 植物起到保护堤岸、净化水质、涵养水源的作用，而且随着时间的推移， 这些作用被不断加强；( 4 ) 以自然的外貌出现，容易与环境取得协调；( 5 ) 造价较 低，也不需要长期的维护管理。正是基于传统工程方法的危害和生态设计方法的 优点，目前，河流生态整治建设，特别是城市河流生态整治建设，在中国正方兴 未艾，在发达国家中也是一个久盛不衰的话题。 上海地处长江三角洲东缘，北依长江，东临大海，南靠杭州湾，西接太湖， 河网密布，水源丰富。上海是一个因水而生，水而兴的城市。上海的灵气来源于 “水”，上海滩的发展得益于“水”。水，之于现代上海的意义，正如沃土之于参 天大树。在漫长的岁月里，上海尽享江河湖海之利，“水”在她的发展过程中发 挥了重要的作用。根据上海市水资源普查报告【2 “，目前上海全市共有河道 2 3 7 8 7 条，总长度2 1 6 4 6 公里。 通过全市性的河道整治和两轮上海市环境保护和建设三年行动计划1 2 2 1 的实施，上海的河道面貌有了很大的改变。首先是2 0 0 0 年底苏州河基本消除了 黑臭；其次是全市河道达到了“面清、岸洁、有绿”的阶段性目标；再次是随着 苏州河综合整治二期工程的结束和中心城区河道的全面整治，上海河道黑臭的困 扰己经基本解决。目前正在实施第三轮水环境三年行动计划，水环境治理的重点 是中心城区河道进一步巩固提高；对近郊周浦、康桥等六镇的黑臭河道进行以截 污治污为主的环境整治和对郊区骨干河道进行以防洪除涝、水景观建设为主的综 合整治；同时，根据社会主义新农村新郊区建设的总体要求，2 0 0 6 年在郊区全 面开展“万河整治行动”，这些对河道的高标准整治工作都提出了新的目标和要 求。 水环境整治、保护和建设进入了一个新的阶段，如何因地制宜地高标准建设 一条骨干河道，已经放到了重要的议事日程。因此，探讨春申塘作为上海市1 4 4 第一章绪论 个水利控制片之一的淀南y ce 2 3 1 骨干河道之一，借助于水利工程的基础理论，进行 集安全、生态、文化和景观于一体工程设计方面的治河理论与方案应用研究显得 十分重要。 1 2 本文的主要内容及章节安排 本文的主要内容和章节安排如下 第一章为绪论，筒要叙述了国内外河道综合整治方面的研究和现阶段上海治 河的形势要求，说明本文的研究目的、研究内容。 第二章介绍说明了春申塘的整治条件和要求。介绍春申塘水系状况及工程位 置。自然条件包括气象条件、水文与水质条件和工程地质条件。工程概况包括整 治目标与标准、工程等级、规划水位等一些参数和情况。 第三章阐述了春申塘的治理理念及工程的整体布置。介绍了河流生态学的基 本理论，春申塘河道生态景观要求和综合整治工程总体的设计理念，给出了拟采 用的工程总体布置情况。 第四章为春申塘安全性设计。着重阐述了工程的河道断面设计，包括疏浚工 程和护岸工程。疏浚断面采用明渠均匀流理论并结合规划要求设计；护岸工程体 现生态性原则，针对不同的河段采用了不同的断面设计形式并进行了护岸稳定性 验算。 第五章为春申塘文化与景观绿化设计。包括河道历史探源，文化景观的设计 指导思想、几个主要节点的设计方案及植物配置。 第六章是工程的其它部分，包括桥梁工程、污水工程、旋工组织设计、环境 影响和效益评价和工程管理。 第七章为结语部分。对本文的工作进行小结，并对今后的研究工作提出意见 和看法。 5 河海大学工程硕士学位论文 第二章春申塘的整治条件与要求 2 1 春申塘水系概况2 4 1 薪的闵行区自1 9 9 2 年成立以来，经过十四年的建设，各项事业得到迅猛发展， 市容面貌焕然一新，综合经济实力逐年递增，上海国际大都市新城的框架已经在阂行 区基本形成。近年来，更加强调以民为本，强调经济、文化与生态环境建设的协调发 展，从中央到地方，科学发展观正在逐步贯彻落实。 基于科学发展观，今后闵行区的建设将坚持以提高城市综合竞争实力为目标，城 市建设将以现代化为方向，以全面提升环境品质为抓手，着重从提高城市综合功能， 提升未来居住品质，建设国际大都市城郊生态功能区，提升综合科技实力、产业档次， 力争在较快的时间内，把闵行建设成为最合适人类居住、环境一流、科技文化发达、 富有朝气、最具经济实力的上海国际大都市的新城，打造“生态闵行”。为了给周围 居民提供一个安全、舒适、优美的水环境，继漕河泾港、张家塘、北横泾等一大批骨 干河道整治工程实施后，对春申塘( 闵行区段) 进行综合整治提上了日程。 春申塘河道由于多年未疏浚，部分河段河床坍塌严重，河道淤塞，两岸杂草丛生， 垃圾脏物随处可见。莲花南路以东地段，沿岸主要为农村宅基地、村办工厂的厂房、 仓库，并有大量的简易砖堆场。由于该地属于行政区划调整前的曹行镇，地方经济基 础薄弱，无力整治，造成沿线居民、单位为了自身的经济利益纷纷蚕食河道，任意搭 建i 临时建筑或将岸线出租给外地商人作为砖码头，以致生活垃圾、碎砖等随意倒入河 道，侵占了河道的有效容积，造成了两岸的脏、乱、差现象。 莲花南路以西地段，由于地处区内经济相对发达莘庄、颛桥、梅陇和莘庄工业区 的三镇一区，沿线房地产开发较为集中，建成及在建的房产有上海春城、万科假日花 园、奥塞花园、绿水家园等，但这些房产范围内的河道还未得到整治。随着对水环境 的要求越来越高，该河道环境面貌与两岸开发建设的漂亮的建筑很不协调，见图2 1 。 6 第二章春中塘整治区域自然条件及工程概况 图2 1 春申塘河道现状图片 基于春申塘河道的现状，整治的主要内容有 1 ) 雄持和提高春申塘河道整体防洪排涝能力 春申塘河道东西横穿闵行区，即是整个阂行区的供水排水的大也是整个水利淀南 片 2 2 1 主要的供水排水的大动脉，河道淤积，河道两岸岸线的进一步冲刷，将大大减低 河道的行洪排水能力和两侧防汛大堤的防汛能力，防汛形势日益严重。 2 ) 维持和发展航运 春申塘( v i 级航道) 西自区界河北竹港，东至黄浦江，航道总长达1 1 公里左右， 为使春申塘河道发挥航道效益，必须保持其航道应有的通航能力。而目前由于两岸泥 土的下滑淤积，河床底部左右两侧明显抬高，平均河道底高程在o 1 o m 之间，己严 重影响了浚河道的应有通航能力。随着闵行区的进一步开发和春申塘河道两侧的市 河海大学工程硕士学位论文 政、房产以及其它大量的公共设施等建设进一步上马，对春申塘河道断面进行底泥疏 浚和两侧边坡采取保护措施，防止泥土进一步沉入河床和加大通航能力也是完全必要 的。 3 ) 营造良好的水景观与水环境 在城市化的过程中，由于管理未能相应跟上，以致有大量的污水、垃圾等污染物 任意倾倒在沿河两侧，对河水造成严重的污染，对生态环境造成极大的破坏，生态环 境的恶化，对人民生活造成严重影响，使保持可持续发展造成了极大的障碍。为实现 人与自然的和谐共处，促进环境、经济、社会的可持续发展，保持合理的生态环境已 成为各级政府所追求的目标。根据阂行区水务规划【2 4 j 的总体规划要求，春申塘将是闵 行区景观水系布局中北环与西环交叉重合线，其中北环“都市繁华游”，沿淀浦河 新泾港蒲汇塘北横泾春申塘黄浦江一线；西环“生态水景游”，沿黄浦江春 申塘北横泾六磊塘北沙港俞塘女儿泾一线。春申塘作为一条水景观线，在 闵行区的房地产业与旅游业布局中扮演了重要角色，但其目前的现状与它的地位是不 相符的，因此，结合河道整治，在规划河网的基础上构筑合理的河网生态空间，以达 到生态修复的目的。 4 ) 水文化建设 春申塘河道历史文化悠久，上可溯至春秋战国的春申君治水，下可溯至建国后的 政府和人们为该河道的整治所付出的辛勤劳动，其寓意深远，结合河道的治理和挖掘 河道治理自身所蕴涵的文化内涵，体现“水资源、水景观、水文化”三位一体的指导 方针，将会带来河道治理的新思路、新概念。 因此，本文将结合春申塘河道的整治工程，探索城市河道的治理方法与工程措施。 2 2 工程位置 春申塘西起松江区北竹港、东至黄浦江，全长约l l k m ，闵行区境内起点为北竹 港，终点为梅陇镇赵家宅附近，长约8 k m ，是贯穿阂行区浦西地区东西方向的一条骨 第二章春申塘整治区域自然条件及工程概况 千河道，流经莘庄、颛桥、梅陇镇和莘庄工业区，工程位置见图2 2 。 图2 2 春申塘工程位置示意图 2 3 整治区域自然条件2 ”9 l 2 3 1 气象 闵行区的气候具有明显的亚热带南缘，东南季风盛行的季风气候特征，受冷暖空 9 ：可海大学工程硕士学位论文 气交替影响，四季分明，冬夏长，春秋短。春季温和湿润，夏季炎热多雨，秋季先湿 后干，冬季寒冷干燥。本区年际平均气温】5 5 。c ，极端最高气温3 8 5 。c ，( 1 9 6 6 年 8 月7 日) 极端最低气温一1 1 。c ，( 1 9 7 7 年】月3 1 日) 。 该区年平均降水量1 】0 7 ，6 m m ，年平均水日1 3 3 6 天。降水主要集中在3 个时期， 春雨期，降水均匀；梅雨期，降雨量偏多；秋雨期，降水强度大，历史上特大暴雨较 多发生在此时。梅雨期结束后的7 8 月份，常有晴热少雨的伏旱天气出现。1 2 月 次年1 月为全年少雨时期，月均不足5 0 r a m 。全年雨量最多在9 月份，其次是6 月份。 5 9 月份是汛期，日降雨量为5 0 m m 的暴雨多出现在这一时期。 2 3 2 水文与水质 2 3 2 1 水文 春申塘为东西向河道，南北向主要有北竹港、北横泾等区级河道，以及大富浜、 东西马屯泾、中沟河、东建设河等镇村级河道与之相沟通，属规划“淀南片水利大控 制”范围内。春申塘为平原感潮河道，内河水情受控于水利工程。根据规划，淀南片 内河河道水位最高控制在3 6 0 m ，常水位控制在3 o m ，突击预降水位控制在2 ，o m 。 位于梅陇镇赵家宅附近的春申塘套闸，口门宽度l o m ，闸底板高程1 o m ，目前已经 竣工。随着淀南片河口控制性工程的陆续完成，该水利片范围内的内河河网调控能力 将进一步加强。 2 3 - 2 - 2 水质 受外围黄浦江水质、潮汐作用和沿河污染源排放污染物等多重因素影响，根据 2 0 0 0 年阂行区水质调查结果，河道水质已降为v 类。随着闵行区截污纳管及黑臭河 道整治工程的实施，其水质将逐步好转。 2 3 3 工程地质 2 3 3 1 地层特性描述 第二章春中塘整治区域自然奈件及工程概况 地质勘察共取普通孔4 2 个( 部分兼标贯) ，静力触探孔4 2 个。 本区域内地基土主要由5 个工程地质大层共1 1 个亚层组成，现分述【2 5 】如下： 1 层素填土：层底标高o 5 9 3 9 2 m ，层厚o 2 0 2 4 0 m ，灰黄，湿，松散，高 压缩性，该层以黄色粘性土为主，上部含少量碎砖块，夹植物根茎，富含有机质。 2 层暗浜填土：层底标高o 5 9 1 7 1 m ，层厚o 2 0 1 7 0 m ，灰黄灰黑，饱和， 流塑，高压缩性，该层上部以黄色粘性土为主，含少量碎砖块，夹植物根茎，下部为 灰黑色粘性土，富含有机质，具臭味，土质较差，分布于暗浜区域。3 层浜底淤 泥：层底标高一0 9 0 1 6 7 m ，层厚o 1 5 o ，7 0 m ，灰黑，饱和，流塑，高压缩性，分布 于明浜底部的淤泥，富含有机质，土质较差。 1 层褐黄灰黄色粘土：层底标高o 2 1 2 6 1 m ，层厚o 4 0 2 4 0 m ；湿，可塑， 中等压缩性，含铁锰质氧化物锈斑，夹卜一2 m m 薄层粉砂，强度随深度增加而逐渐变 弱，土性为上硬下软，下部局部为粉质砂土，土质不均。 1 层灰褐黄粘质粉土：层底标高一0 0 2 3 0 9 m ，层厚o 4 0 2 4 0 m ；饱和松散， 中等压缩性，含云母及贝壳碎屑，夹薄层粘性土，土质不均匀，为1 的相变层。 3 层灰质砂质粉土：层底标高3 8 5 0 1 0 m ，层厚1 9 0 5 o o m ；饱和松散， 中等压缩性，含云母及贝壳碎屑，夹薄层粘性土，土质不均匀。 层灰色淤泥质粉质粘土：层底标高0 - 3 1 5 4 3 m ，层厚1 3 0 6 7 0 m ，饱和流 塑，高压缩性，夹薄层粉砂，含云母有机质，局部夹团块状粉土，含贝壳碎屑，土质 不均匀 1 层灰色淤泥质粘土：层底标高2 4 9 一1 0 2 9 m ，层厚1 2 0 7 4 0 m ，保护流 塑，高压缩性，夹薄层粉砂，含云母有机质，底部含贝壳碎屑，土质均匀。 2 1 层灰色粘质粉土夹粉质粘土：层底标高一4 4 9 一1 2 3 3 m ，层厚o 5 0 3 8 0 m ， 饱和稍密中密，中等压缩性，含云母及贝壳碎屑，夹粘性土，层厚为5 1 0 c m ，土 质不均匀。2 - 2 层灰色粉质粘土与砂质粉土互层：层底标高一6 9 8 一11 5 5 m ，层厚 河海大学工程硕士学位论文 1 0 0 5 5 0 m ，湿，软塑，中等压缩性，含云母、腐植质，粉质粘土与粉土互层，呈 “千层饼”，层厚比大于1 3 ，土质不均匀。 1 层灰色粘土：未钻穿，湿，软塑，高压缩性，含灰白色泥质结核及芦苇根 茎半腐植质，夹薄层粉砂，土质较均匀。 2 3 3 ，2 地基土的分析与评价 本工程为岸边工程，根据拟建场地的工程地质条件，春申塘河岸在现状条件下较 稳定，属稳定场地，适宜本工程的建设。 勘察表明，拟建场地内1 、2 填土层土质软弱，土性复杂，不可作为天然地 基持力层。 拟建场地内除局部地段外，广泛分布有第1 褐黄色粘质粉土层，平均厚度分别 为1 3 4 m 、1 2 7 m ，中等压缩性，土质较好，两层均可作为一般轻型建( 构) 筑物的 天然持力层。 按照上海市工程建设规范f 2 q 和国家标准2 7 1 。分别确定各地基土层承载力设计值 f d 、特征值f 酞见表2 2 ： 2 3 3 3 结论和建议 1 )根据拟建场地的工程地质条件，本场地属于稳定场地，适宜本工程建( 构) 筑 物的建设。 2 )第1 层及1 层土质较好，两层均可作为一般轻型建、构筑物的天然地基持 力层。 第二章春申塘整治区域自然条件7 l s - 程概况 表2 2 地基承载力设计值、特征值一览表 静探p s 值 直剪固快试验( 峰值) 层序土名 f d ( k p a )f a k ( k p a ) ( m p a ) c ( k p a )中( 0 ) 1褐黄灰黄色粘土 0 8 11 32 2 o9 07 5 1 灰黄色粘质粉土 j _ 3 973 0 o1 0 08 0 3灰色砂质粉土 2 2 0 4 3 3 ，o1 1 09 0 灰色淤泥质粉质粘土 0 6 l】12 1 o7 56 0 1灰色淤泥质粘土 0 4 61 11 2 o6 55 0 2 1灰色砂质粉土夹粉质粘土 2 7 633 3 51 3 01 0 5 2 2灰色粉质粘土与砂质粉土互层 1 3 182 7 o8 06 5 3 )在局部地段由于春申塘河道淤塞、填埋而形成暗浜，缺失褐黄色表土层f l 、 1 ) ，应注意不良地质对河岸边坡稳定性及护岸结构的影响，必要时应进行地基处 理或采用短桩进行岸坡加固。 4 ) 根据详勘报告，按照上海市工程建设规范【2 8 】和国家标准【2 9 1 中的有关条文判 别，场地的抗震设防烈度为7 度，设计地震加速度为o 1 0 9 ，所属的设计地震分组为 第一组，场地地基属软弱土，场地类别为类。 5 )根据详勘报告，拟建场地在深度o 1 5 0 0 m 范围内存在有3 和2 1 层两层 饱和砂质粉土层，根据标贯试验综合判定场地地基液化为轻微液化，其中，场地内 3 层平均液化强度比f l 。为o 9 7 ，2 1 层平均液化强度比f l 。为0 _ 8 7 ，本场地属建筑 抗震不利地段。 6 )工程沿线附近无严重环境水污染源存在，根据详勘报告，场区内地下水、地 表水对混凝土无腐蚀性。 7 )由于工程沿线局部有暗浜分布，河道开挖时应重视验槽工作。 河海大学工程硕士学位论文 2 4 整治目标与标准p o 。3 3 1 2 4 1 整治目标 随着闵行区社会经济的不断进步和发展，对春申塘河道提出了“安全、生态、景 观、文化”的要求，归纳起来有三类要求： 第一类是对河道行洪功能的要求 满足规划防洪要求； 保证河道整治工程安全、经济、可行 河堤建筑材料尽量选用天然材料； 保持整体风格的协调一致。 第二类是对河中水流的要求： 清澈的河流，不断流、水质清洁； 生命的河流，生物多样性，生机盎然； 多样的河流，能形成多样的景观和生态系统 第三类是对滨河带的要求： 生态的河流，原始，自然，还生物一个生存空间； 舒适的河流，提供休闲、娱乐、体育活动空间； 亲水的河流，人、水关系协调，引人入胜，便于人水亲近。 文化的河流，能反映本地独特的景观、历史、文化、风俗； 因此，工程设计应当符合上述要求，不能拘泥于传统的水利工程设计方法和理论， 而要注重于对水的资源功能的开发，还应注重对水的环境功能、生态功能的开发和保 护。通过河道的综合整治，使水系的资源功能、环境功能、生态功能都得到完全地发 挥，使整个河道的安全性、休闲性、生态性都不断改善，为河道及两岸陆域建设实现 可持续发展的做出应有的贡献。 第二章春申塘整治区域自然条件及工程概况 2 4 2m 程等级 春申塘两岸所属区域位于上海市的城乡接合部，人口众多，经济发达。按标准 和规范| 3 0 _ 3 2 1 的规定，根据该工程保护区域的重要性，确定本工程等别为i i i 等，相应的 主要建筑的级别为3 级。河道护岸超高为0 5 m ，防汛标高3 8 0 + 0 5 0 = 4 3 0 m 。 2 4 3 各项标准 2 4 3 1 除涝标准 本工程位于“淀南片水利大控制”范围内，根据规划2 4 】的要求，其排水标准采 用1 9 6 3 年型雨型，相当于二十年一遇的最大2 4 小时面雨量1 9 2 9 r a m 。 2 4 3 2 ，防洪标准 根据规划【2 4 】，淀南片规划平均最高排涝水位为3 6 0 m ，根据标准1 3 0 - 3 1 1 ，河道护岸 超高为o + 5 0 m ，防汛标高3 8 0 + 0 5 0 = 4 3 0 m 。 2 4 3 3 ，抗震标准 根据国家标准【3 3 】，本工程位于地震动峰值加速度o 1 9 区，相当于原地震基本烈 度度，工程设计按地震烈度7 度设防。 2 4 3 4 通航标准 根据规划，春申塘黄浦江至沪闵路桥为级航道，通行l o o t 级船舶。 2 4 4 规划水位 根据规划，春申塘河道水位如下 规划平均最高水位：3 8 0 m 规划常水位 河海大学工程硕士学位论文 预降水位： 2 o o m 通航高水位：3 o o m ( 跨河建筑物梁底标高7 5 0 m ) 通航低水位 6 第三章工程总体理念及总体布置 第三章春申塘的治理理念及总体布置 3 1 工程总体理念l 删 春申塘河道综合整治结合当地自然条件和历史条件，充分体现“生态、景观、 文化”三位一体、实现人与自然和谐相处为指导思想，使河道整治工程既能够实现 人们期望的城镇防洪的功能价值，又能兼顾建设一个健全的河流生态系统，实现水 的可持续利用，同时还能满足人们对景观及文化方面的高层次的精神需求。 3 1 1 河流生态学的基本理论 1 河流生态系统 图3 1 河流生态系统示意图 生态系统( 见图3 】) 是指自然界一定空间的生物群落( 动物、植物、微生物) 河海大学工程硕士学位论文 与环境之间相互作用、相互制约、不断演变、达到动态平衡、相对稳定的统一整体， 是具有一定结构和功能的复合体。河道生态系统中，各类生物互为依存，互相制约， 互相作用，形成了食物链结构。研究表明，一个生态系统的生物群落多样性越丰富 即食物链越复杂，稳定性越高，其抵抗外界干扰的承 载力也高得多。如果一个河流生态系统的生物群落内比例失调，会造成整个系统恶 化。比如人们向河道倾倒营养物质及有机质，水中氮、磷等物质增加，就会导致蓝 藻加快繁殖，水中生物群落比例失调，造成水体富营养化和生态系统失衡。另外， 河道生态系统具有自我调控和自我修复功能。通过自我修复，在外界干扰条件下， 保持水体的洁净。由于具有这种自我调控和自我修复能力，才使生态系统具有相对 的稳定性。 河流生态系统为人类提供的服务是多方面的。它为人类提供食品及其他生活物 资：对气温、云量和降雨进行调节，对水文循环起调节作用，具有缓解旱涝灾害的 功能；优美的水域景观具有旅游休闲功能。特别要强调的是，河流生态系统具有的 净化环境的功能，对于人类的生存环境具有关键意义。湿地历来就有“地球之l 肾” 的美称，对于水体具有很强的净化功能。水生植物可以吸收、分解和利用水域中氮、 磷等营养物质以及细菌、病毒，并可富集金属及有毒物质。在水中的鱼类和浮游动 物也对植物、藻类和微生物进行吸收、分解。生物净化过程，是在淡水生态系统的 食物链( 网) 中进行的复杂的生物代谢和物理化学过程。通过这个过程，水体中的 各种有机和无机溶解物和悬浮物被截留，有毒物质被转化，可以防止物质的过分积 累所形成的污染，从而清洁水体。 2 河流生态系统的结构 河流是高度动态的生态系统，易受周围环境的影响，因此，河流生态学强调要 把河流及其附近的土地视作一个整体来研究。在景观生态学中，把河流与其附近的 土地定义为河流廊道，认为河流沿岸土地具有重要的功能意义。w a r d 用四维框 架模型来描述河流生态系统，即纵向( 上游一下游) 、横向( 洪泛区一高地) 、垂向 ( 河道一基底) 和时间分量( 每个方向随时间变化) 。 在纵向上【3 5 】，河流是一个线性系统，常表现为浅滩和深塘交替出现。浅滩增加 第三章工程总体理念及总体布置 水流的紊动，给河水带来充足的氧气，深塘中，干净的石质底层是很多水生动物的 主要栖息地，也是鱼类觅食的场所；深潭还是鱼类的保护区和缓慢释放到河流中的 有机物储存区。河道的一个典型特征是婉蜒曲折，与直线河流相比，弯曲河流呈现 更多的生态环境类型，拥有更复杂的动物和植物群落。在横向上，大多数河流廊道 由三部分组成，即河道、洪泛区、高地边缘过渡带。洪泛区是河道- - n 或两侧受洪 水影响、周期性淹没的高度变化的区域，洪泛区可拦蓄洪水及流域内产生的泥沙， 这种特性可使洪水滞后。高地边缘过渡带是洪泛区和周围景观的过渡带，因此， 其外边界也就是河流廊道本身的外边界，该区常受土地利用方式改变的影响。在垂 向上，河流可分为水面层、水层区和基底区。对于许多生物来讲，基底起着支持( 一 般陆上和底栖生物) 、屏蔽( 如穴居生物) 、提供固着点和营养来源( 如植物) 等 作用，基底的不同结构、组成物质的不同稳定程度，及其含有的营养物质的性质和 数量等，都直接影响着水生生物的分布。 3 1 2 春申塘河道生态整治工程的设计理念 在河流生态学1 3 6 伽的理论基础上，在满足河道防洪标准的前提下，将河道设计 成生态型河道，达到改善生态环境、实现人与自然和谐共处的目的【3 8 l 。 1 保证和满足河道防洪、排涝等主体功能要求 水利工程，首要保护的是其主体功能要求，春申塘河道目前淤塞严重，杂草丛 生，过流断面不足，己严重制约和影响了该河道的行洪排涝工程，因此，应着重考 虑春申塘河道的防洪排涝要求，把保护人民生命财产安全放在首位。 2 保护和恢复河流形态的多样性 由于周边大量经济开发和商业建设，原河道的自然特征正逐渐消失，自然景观 被人工化。如护岸多采用不透水灌浆材料，植被破坏，湿地消失。所以本次河道治 理的重点任务是保持和恢复河流形态的多样性。 保持河流的蜿蜒性是保护河流形态多样性的重点之一。自然界的河流都是蜿蜒 河海大学_ t - 程硕士学位论文 曲折的。河流的蜿蜒性使得河流形成主流、支流、河湾、沼泽、急流和浅滩等丰富 多样的生境。由此形成了丰富的河滨植被、河流植物，为鱼类的产卵创造条件，成 为鸟类、两栖动物和昆虫的栖息地和避难所。 另外，应保持河流断面形状的多样性，尊重河流原有的自然断面形态，尽可能 避免采用几何规则断面，避免河道断面的均一化。河流的横断面形状多样性，表现 为非规则断面，也常有深潭与浅滩交错的布局出现。河流浅滩的生境，光热条件优 越，适于形成湿地，供鸟类、两栖动物和昆虫栖息。积水洼地中，鱼类和各类软体 动物丰富，鸟粪和鱼类肥土又促进水生植物生长，水生植物又是植食鸟类的食物， 形成了有利于珍禽生长的食物链。由于水文条件随年周期循环变化，河湾湿地也呈 周期变化。在洪水季节水生植物种群占优势。水位下降后，水生植物让位给湿生植 物种群，是一种脉冲式的生物群落变化模式。由于水温、阳光辐射、食物和含氧量 沿水深变化，在深潭中存在着生物群落的分层现象，形成生物的多样化。 3 为植物生长和动物栖息创造条件 河床的冲淤特性取决于水流流速、流态、水流的含沙率、颗粒级配以及河床的 地质条件等。由悬移质和推移质的长期运动形成了河流动态的河床。河床覆盖有冲 积层，河床材料都是透水的，即由卵石、砾石、沙土构成的。具有透水性能的河床 材料，适于水生和湿生植物以及微生物生存。不同粒径卵石的自然组合，又为鱼类 产卵提供了场所。同时，透水的河床又是连结地表水和地下水的通道，使河流系统 形成整体。因此，河道防护工程的岸坡采用有利植物生长的透水材料，特别注意采 用当地天然材料。注意整理、发掘和发展我国各地的传统治河工法和材料。开发和 推广新型衬砌材料，可供植物生长并具有一定防渗性能，从而为植物生长和动物栖 息创造条件，提供鱼类产卵条件以及鸟类和水禽栖息地和避难所，保持河道生态环 境的稳定性，提高河流的自净能力。 4 充分利用生态系统自我修复和自我净化功能 利用生态系统自我修复和自我净化功能【3 9 1 ，开发与推广生态系统治污技术，开 2 0 第三章工程总体理念及总体布置 发人工湿地、生物廊道、生态浮岛等经济实用技术。通过恢复和平衡生态系统来净 化水体，形成优良的水质，达到河道生态治理的目的，并由此而形成整体河道的良 性循环。 5 营造人与自然亲近的环境，保留河道天然的美学价值 春申塘河道的景观建设要充分考虑游客及当地居民的要求，建设些与周边环 境整体自然景观相和谐的河流公园，使河道两岸周边的空间成为最引人入胜的休闲 娱乐空间。为了便于居民欣赏水域景观，在景观建设中还需要有亲水性，即创造人 与水接近的条件，如亲水平台、亲水广场等。近年来，人类从亲近水到远离水，现 在的任务是把人们再吸引到水边来。 以下是上海及周边地区一些生态治理的实景照片： 图3 2 生态治理的实景照片 河海大学工程硕士学位论文 3 2 工程总体布置 3 2 1 工程现状 春申塘河道西至北竹港东至春申塘套闸的现状是：河道两侧大部分岸线为天然 土坡，而该河道除了承担该地区的防汛除涝任务外，还属于规划中的级航道，其 本身等级较高，势必来往船只甚多，交通频繁，船行波对河道岸线的冲刷较为严重， 加上多年来的风雨侵蚀，河道边坡坍塌比较严重，目前该段的河口宽度普遍达2 0 3 0 m 左右，两侧堤防现状高程约4 o o m 左右，河道坡脚左右两侧由于边坡坍塌而大 量淤积，普遍高程在o 1 o m 左右，势必影响该规划航道的通航能力。 3 2 2 总体布置方案 春申塘河道沿线河道淤积严重，两岸边坡坍塌，原有部分老墙，河道两侧现有 大量房产公司，应综合考虑布置防洪、景观、绿化工程。 河道走向与平面布置上，考虑水利规划要求，根据现状河道走向及地形，以及尽 量减小土方开挖回填的原则进行布置，河道规划口宽3 0 m 左右，但考虑到目前该河 道两侧为大量房产用地，地区功能定位对河道的景观功能定位提出一定的要求，即该 河道的景观文化功能将进一步提升，河道的底宽和口宽在满足防汛排涝和航运功能的 前提下，需迸一步放大，以满足视觉的最低要求，因此河口间距在土地使用和动拆迁 允许的条件下放宽至3 0 6 0 m 左右，既满足了规划的河口宽度最低要求，又能结合 景观文化建设，满足景观河道的视觉效果，局部桥台或者动拆迁有困难的地方，保持 规划最低宽度要求。断面布置过程中，有针对性的结合工程现状布置生态断面。 工程范围内结合现状地形布置绿化，宽度在6 1 0 0 m 不等，绿化带内除集中主 题景点外，并以人行步道兼作防汛通道串联，宽度不低于3 m ：河道岸线在支河口处 采用1 0 2 0 m 光滑园弧过渡，支河护岸范围至绿化景观带边沿结束。工程范围内大 量房地产开发前置，部分景观绿化已经形成，在河道护岸设计和景观文化设计上糅合 考虑已形成的绿化方案，力求沿线景观、景点、绿化风格上协调一致。河口线平面上 自然曲折，立面上高低错落，绿化或景观布置与现状地形的结合，增强了河道两岸景 第三章工程总体理念及总体布置 观的自然气息，力争在最大限度内贯彻目前要求的“环境水利”的方针，改善周边生 态环境，做到人与自然的完美结合、和谐统一，创造一个真正的清新自然的人性化环 境，并在最大程度上恢复生态环境平衡。 图3 3 平面总体布置囤 河海大学工程硕士学位论文 利用工程建设挖掘春申塘河道整治的文化内涵，沿线借助景观景点表现这些文 化内涵，充分表现春申君治水以来政府和广大人民在治水历程上的丰功伟德。 2 4 第四章春申塘生态河道设计 第四章春申塘河道安全性设计 水利工程首要保护的是其主体功能要求，春申塘河道目前淤塞严重，过流断面不 足，己严重制约和影响了该河道的行洪排涝。因此，应首先考虑春申塘河道的防洪排 涝要求，进行疏浚工程和护岸工程方面的安全性设计。 4 1 疏浚工程l 删s l 4 1 1 基本方程 在一底坡为f 棱柱体渠道中，产生均匀流，如图4 1 所显示。设渠中流量为q ， 水深为h d ，该流动应满足恒定流的连续方程和能量方程。在水流中任取断面】和断面 2 ，由连续方程得到明渠均匀流各断面流量相等，即 0 q ，= q 2 = q = a v = 常数 实际上，各断面面积爿和平均流速v 都为常数。 2 图4 1 棱柱体渠道均匀流示意图 以0 - 0 为基准面，建立能量方程，得到 7 毛+ a 。+ 墨：z ：+ + 要+ 矗。 2 92 9 ( 4 1 ) o ( 4 2 ) 河海大学工程硕士学位论文 均匀流各断面水深、流速都相等，水头损失只有沿程水头损失，即h 。= h ，于 是上式可写成 该式说明由底坡下降所提供的势能全部转化成了沿程的能量损失。 将上式等号两侧各除以流段长度，得 即底坡