山区性河道生态护岸型式设计浅谈

2014-12-31单建益陆芳春

浙江水利科技 2014年2期

单建益,陆芳春

(浙江广川工程咨询有限公司,浙江杭州 310020)

1 传统山区性河道治理存在的问题

近年来,河道的生态建设越来越受到重视。山区性河道具有坡降大、流速快、水位变化幅度大、冲刷力强、土壤贫瘠及保水性差等特点,其生态护岸型式的选择相对比较困难。在传统山区河道治理中,往往只考虑工程的结构安全,护岸一般采取浆砌块石或钢筋混凝土等硬质材料,对河道产生如下不良影响：

1.1 增加了防洪压力

护岸硬化后,使得河道糙率变小,增大了水流流速和水动能,加剧了对下游河岸的冲刷和河槽的下切,使原有堤防和河岸垮塌更为严重。

1.2 破坏了河岸生物赖以生存的基础

硬化的护岸阻止了河道与河畔植被的水气循环,使很多植物丧失了生存空间,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。

1.3 减弱了水质的自净能力

硬化的护岸破坏了护岸植被,使水系与土地及其生物环境相分离,植物过滤河岸地表径流、吸收水体无机物、减少河道沉积物的作用消失,水体不能及时调换,从而减弱了水质的自净能力。

1.4 破坏自然景观

传统山区性河道的治理工程很少结合地域的特点和实际情况考虑景观效果。堤岸带有明显的人工痕迹,往往给人以单调、生硬的感觉,具有典型的工程技术特征,这与现代人追求回归自然以及人与自然和谐相处的景观需求和心理期待相背离。

因此,对山区性河道开展生态建设在防洪、改善生态环境、保护水质及促进人与自然和谐相处等方面均具有重要意义。

2 现有生态护岸型式在山区性河道的适用性分析

2.1 植物护岸

植物护岸通常是在经过平整处理的岸坡上种植不同品种的护岸植物,其原理为[1]：通过植被根系的力学效应和水力学效应来固水保土、防止水土流失,并在满足生态环境需要的同时进行景观美化,这类护岸最贴近实际自然河流岸坡状态,与河流生态系统的物质能量交换能力也最强,物种多样性也最丰富并且造价低廉[2]。由于植被生长需要一定时间,一般不能马上起到护岸作用,并且形成的护岸抵抗洪水能力有限,遭遇长期洪水侵袭后植被容易遭受破坏,降低防护作用。同时,山区性河道暴涨暴落的特性对植物种类的要求也比较苛刻,因此,植物护岸多应用于河流流速平缓,水位起伏较小,抗洪要求低的河段[3]。

2.2 仿自然护岸

仿自然护岸是针对植物护岸防洪能力较差的缺点,通过工程和植物的有机结合,构建一个利于植物生长的防护系统。由于使用了部分自然材料起到了加固作用,大幅度提高了岸坡的稳定性和抗侵蚀能力,一般项目施工完成即可起到护岸作用,当植物生长后,通过根系加筋纠结作用,能有效抑制暴雨径流的冲刷。

随着现代科学技术,特别是材料科学的发展,出现了很多不同的生态材料及结构类型,主要有生态袋护岸、三维土工网结构护岸、连锁式护坡块、生态混凝土护岸、泥土固化剂、松(柳)木桩等,相对传统硬质材料,具有良好的生态性,是山区生态河道设计考虑优先的材料,可根据不同山区河道的特性选择使用。

3 山区性河道生态护岸设计思路

山区性河道具有源短流急、水位暴涨暴落、洪水时水流湍急、枯水期时甚至可能断流、河道两岸土地较少等特点,这些特点不利于其护岸型式的生态化,因此,设计时主要从断面型式、护岸材料及结构、植物物种等几方面来考虑,使其既具有较高的防冲刷能力,同时在河水暴涨暴落的情况下仍有较好的生态性。

3.1 断面型式

河道断面形式避免采用矩形断面[4],尽量保持自然河道的复杂形状,有条件的根据水位不同,设置分级斜坡护岸,分级平台既可作为枯水期的景观休闲区,也可作为洪水期的泄洪过道,若条件较差的可采用台阶型断面,这样可为河流动植物创造适宜的生存环境。

3.2 护岸材料及结构形式选择

针对山区性河道水流流速较高等特点,护岸材料首先应满足抗冲要求及耐久性要求,如格宾挡墙、新型混凝土护岸等,并在此基础上营造出有利于生物繁衍的生态条件,如鱼巢等。

3.3 河道生态植物选择

河道生态建设植物措施的应用要充分考虑河道特点和植物的生物生态学特性,并把二者有机地结合起来。植物种类的选择,在确保河道主导功能正常发挥的前提下,遵循生态适应性、生态功能优先、乡土植物为主、抗逆性、物种多样性、经济适用性等基本原则[5],并根据不同类型、不同功能的河道、以及同一河道的不同河段、不同坡位等要点选择植物。

4 某山区性生态河道建设实例

4.1 工程概况

玉溪流域徐岙段生态河道建设工程位于浙江温州西南山区,属浙南构造剥蚀为主的中低山区,坡陡流急,河谷深切3～5m,呈 “V” 型河,20a一遇洪水时流速大于5m/s,护岸两侧土壤贫瘠、保水性差。

4.2 工程设计

针对本工程特点,在堤线布置满足水文条件的基础上尽量采取原自然堤线。河道平时水流较小,为满足生活和生态用水,避免河道进一步下切,在河道中设置拦砂坝,并在堰坝表面采取灌砌石处理,可增加曝气量。

考虑到山区石材资源丰富,采用格宾挡墙作为护岸,格宾是指采取机编双绞合六边形金属网面构成的箱体结构,钢丝表面采取覆塑及镀防腐材料,在施工现场经石头填充,构成具有柔性、透水性及整体性的结构。格宾构件见图1。

格宾挡墙的主要特点是具有较强的抗冲刷和抗风浪袭击能力,有很强耐腐蚀和抗恶劣气候影响的能力,以及极佳的稳定和整体功能,可以承受大范围的变形仍不坍塌。另外,其良好的透水功能可防止由流体静力造成的损害,笼子石头缝隙间的淤泥有利于植物生长,可与周围自然环境融为一体。

格宾挡墙采取台阶型挡墙,可以为植物生长提供平台,也可避免直立式护岸的不安全性,其断面结构尺寸按重力式挡墙进行整体稳定、抗滑及抗倾覆等计算,格宾四周石块采取人工砌筑,以避免鼓包,箱体与箱体直接采取钢丝绞边,从而使整个堤防形成一柔性整体。格宾挡墙典型断面见图2。同时,在石块缝隙中填充泥土,并散播草籽或种植草皮复绿,针对冲刷比较严重的凹岸或有植被要求的部分,可在格宾中设置填土生态袋进行绿化种植。

图1 格宾构件图

图2 格宾挡墙典型断面图单位：cm

4.3 植物选择

在常水位以下,选择种植水生美人蕉、黄菖蒲及水葱等水生植物；在设计洪水位至常水位之间,选择须根发达、主根不粗壮、既耐涝又耐旱的植物,如紫花苜蓿、高羊茅、狗牙根等草本植物,避免种植阻碍行洪的高大乔木,同时可在靠河底处种植凌霄等攀爬类植物,靠堤顶处则可种植云南黄馨等下垂藤类植物；有利于将堤岸快速绿化,在设计水位至堤顶位置,可选择一些具有良好景观效果和一定耐旱性植物,如香樟、垂柳等,从而将整个护岸进行立体式绿化。