天津市西青区中引河、总排河生态整治方案研究

2015-04-07王艳艳李博超王泽东

水科学与工程技术 2015年5期

王艳艳，李博超，张浩，王泽东

（1.天津普泽工程咨询有限责任公司，天津300250；2.河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250；3.海河流域水资源保护局，天津300170）

1 河道现状

中引河、总排河位于天津市西青区大寺镇，属西青区内二级河道，是大寺排涝小区的重要排涝通道，涝水经两河及总排河下游二期泵站最终排入大沽排水河。

中引河、总排河是大寺镇城乡兼顾的骨干排水河道，多年来，为本地区排水起到很大的作用。河道运行多年，均未实施过大的疏浚整治工程，致使河道断面萎缩、淤积严重，严重削弱了河道的排水能力。且随着近些年区域经济及农业生产的飞速发展，周边地区生产生活用水未经处理直排入河，河道水质日益恶化，水中含有大量污染物质，破坏了原有良好的生态系统，给附近居民生产生活造成较大危害。

为保证中引河、总排河满足新时期西青区排水发展要求，改善当地环境景观系统，亟需进行综合整治，以恢复健康河道。

2 河道生态整治理念

以往，在城镇河道整治过程中只考虑到工程结构的安全性及耐久性，故多采用砌石、混凝土等材料修筑硬质护岸，隔断了水生态系统和陆地生态系统之间的联系，导致河道失去原本完整的结构和作为城市生态廊道的功能［1］。于是，河道生态整治理念应运而生。

生态整治是恢复河坡系统生态平衡的系统工程［2］。首先，河道生态整治不仅要满足河道的泄洪、排涝等要求，而且还要能防止水土流失；其次，河道岸坡是整个河流生态系统中的一个子系统，应具有自动调节水文过程、缓冲洪水、控制侵蚀、截留降解污染物等功能，从而使整个河流生态系统具有重要的调节功能，其功能的好坏直接影响河流生态系统的健康［3］，从而影响生态城镇的建设。

3 整治方案

3.1 清淤设计

中引河、总排河位于平原区，现状断面比较均一。河道清淤底宽、底高程、纵坡、堤顶高程等指标主要根据河道排涝规模要求，并考虑河道两侧的实际情况，尽量维持河道现状开口宽度，避免占地、拆迁，清淤边坡设计在保证边坡稳定的基础上结合现状河道边坡确定。

结合天津市治涝对策“以蓄代排，排蓄结合”，断面设计尽量增加河道水深，增大河道槽蓄量。考虑到河道上下游两岸地形变化不大，河道设计纵坡宜缓，以减少上下游水位差值。

3.1.1 设计纵坡

与总排河交汇的南引河已完成治理，设计纵坡为平坡，设计底高程为-2.3m，综合考虑大寺排涝区的二级河道整体排涝规划及平原地区河网水系沟通作用，设计将中引河、总排河河道纵坡设置为平坡，设计河底高程采用-2.3m。

3.1.2 设计边坡

清淤设计边坡仍用现状天然稳定坡比1∶2.0。

3.1.3 设计底宽

以将河道底部淤泥及岸坡上的淤泥、垃圾彻底清除为原则，尽量维持河道现状开口宽度，避免占地、拆迁，综合确定河道清淤底宽。经分析计算，中引河相对最优河道清淤底宽为6～10m；总排河相对最优河道清淤底宽为6～15m。

3.2 生态护坡

传统的护坡多采用浆砌或干砌块石、现浇或预制混凝土等刚性材料护坡，这些护坡型式虽然可以发挥河道行洪、排涝及水土保持等功效，且具有稳定性好、节省土地、施工机械化程度高等优势，但这种护坡型式会对环境带来不良影响，容易引起生态退化，使河道失去原有的生机，更与现代人们追求建立优美环境的意愿相违背。由此，在西青区中引河、总排河河道整治方案设计中提出了两种生态护坡方案进行比选，使中引河、总排河不仅满足河道行洪、排涝要求，又具有一定的生态色彩，创造具有大自然情趣的水环境。

3.2.1 联锁式护坡

联锁式护坡为自锁定结构，具有可靠的稳定性和变形调整能力，护坡下铺设一层400g/m2土工布，有效防止了土体外漏沉积而形成淤泥。联锁式护坡具有以下明显优势：

（1）联锁式护坡砖是一种适用于中小水流情况下（不大于4m/s）土壤水侵蚀控制的新型连锁式预制混凝土块铺面系统。由于采用独特的联锁设计，每块砖与周围的6块砖产生超强联锁，使铺面系统在水流作用下仍具有良好的整体稳定性。

（2）中小水流河道由于水浅是最容易形成淤泥的环境，针对这一点，联锁式护坡采用土工布作为反滤层，保证坡面自由排水的同时，有效防止土体外漏沉积而形成淤泥。

（3）使用联锁式护坡建造或恢复的自然护岸可生长草本植物，可有效控制底泥营养盐的释放，吸收水体中过剩的营养物质，抑制浮游藻类的生长。同时混凝土内添加灭螺木质纤维，可有效集中钉螺和孔洞中生长的杀螺植物，集中杀灭吸血虫。开孔内生长的植物作为过滤屏障，对防止岸坡顶的水土流失、垃圾及有害水体在地表径流作用下直接进入河道、溪沟，起到一定的净化作用，减少对河水的污染。

（4）联锁式护坡不需砂浆等胶凝材料勾缝，反滤层采用滤水土工布替代传统的砂、石料，施工得到简化，结构得到创新，而造价低。施工中无需机械设备，大大降低工程造价和施工难度，非常适应于河道工程。

（5）由于联锁式护坡在生产工艺中进行了二次布料，砌块面层可着多种颜色，用彩色砌块铺就的联锁式护坡面带明显警戒标识，可使水位警戒线一目了然，便于检查和观测。

3.2.2 BSC生物基质混凝土护坡

（1）BSC（Bio-substrate Concrete）生物基质混凝土为包含了BSC生物活性菌群的大骨料型植被生态恢复混凝土，其使用了粒径较大的单一级配石料、高标号低碱性水泥、BSC水泥调节剂等材料浇筑形成大骨料骨架层为生物生长提供“容器”，利用粗骨料间隙存储能使植物生长的BSC混合基质，并由其提供物质营养基础，通过播种或其他手段使得多种植物在较坚固的粗骨料混凝土中的基质层生长，并且对生态环境进行生态修复和植被恢复。

（2）常用的框格式BSC护坡设计坡比宜缓于1∶1.5，一般沿河道坡面现浇2m×2m的混凝土框格，框格梁高宽均为20cm，框格内浇筑12～15cm厚BSC生物基质混凝土层，混凝土层上部覆盖3～5cm富含BSC混合基质及种子、肥料等的表层覆土，形成植被层，植被层一般2个星期内出芽，4个星期后植被生长良好，覆盖全面，3个月后植被层生长状态即可稳定。

（3）BSC生物基质混凝土在不削弱混凝土强度的前提下使得混凝土中能长出花草、灌木类植物，解决了水利工程中传统混凝土技术不能进行植被恢复及传统绿化方式不能满足水利工程堤防安全要求之间的矛盾，是一种生态效果较为显著的护坡型式。缺点是护坡造价较高，施工工艺严格，施工后要求保障的必要植被生长期较长，植被覆盖前遇降雨或冲刷易造成表土层流失从而影响绿化效果。

3.2.3 生态护坡方案比选

（1）BSC生物基质混凝土生态效果虽然较为显著，但护坡造价较高，施工工艺严格，施工后管理维护难度大，因植被生长周期要求而不适用于治理后立即通水淹没护坡面的河道，而中引河、总排河是常年有水河道，不能保证施工后3个月的植被生产期。

（2）联锁式预制混凝土块护坡方案具有一定的优势：总体成本较低，结构稳定、耐久性好，对水位变动区的冻融变形适应能力强，同时岸坡可生长植物，防止水土流失，净化水质，美化环境，属于生态护坡，更适合中引河、总排河的岸坡生态整治。因此，本工程将联锁式预制混凝土块作为中引河、总排河岸坡防护的推荐方案。