同安区西源溪下游河道生态护岸设计及计算

武柯君

（福建省韩江工程咨询有限公司，福建 龙岩 364000）

0 前言

生态护岸是护岸工程的一种形式，生态护岸满足工程的稳定性与安全性要求，尽量减少人为对河岸的改造，兼顾生态环境效益与其他效益，以保持天然河岸蜿蜒柔顺的岸线特点，以及拥有可渗透性的自然河岸基底，确保河岸土体与河流水体之间的水分交换和自动调节功能。

西源溪位于同安区汀溪镇，汀溪镇是厦门市域未来保持镇建制的较大区域，区内地形复杂多样，全境地势西北高，以丘陵、低山为主，东南低，大部分为波状起伏的台地及冲积平原。工程区堤岸现状大多为土岸或土堤，现有防洪标准较低，且基本无防护处理，局部堤岸或岸坡已出现有小规模坍塌的现象，抗冲刷能力差。堤身或岸坡主要由耕植土、卵石组成，堤基未进行防渗处理。在汛期，局部可能会出现险工堤段或岸段。基于上述原因，本文对西源溪下游河道生态护岸进行设计。

1 流域概况

西源溪流域位于厦门市同安区北部，地处同安区汀溪镇一带，东西宽约6 km，南北长约11 km，总流域面积38.6 km2，流域范围内行政区域包括同安区汀溪镇的褒美、隘头、路下、古坑和西源共5个行政村，49个自然村。

流域地势总体上呈自西北向东南倾斜，山地丘陵地貌占全流域面积的大部分，以低山为主，最高山峰为东岭尖山峰（海拔高程908.5 m），次峰为乌石岩（海拔高程836.0 m）。流域在后洋村以上河道两岸地势较陡，基本无山谷发育，出后洋村后河道坡降趋缓，河道两岸主要为台地平原地貌，地势较为平坦，地面高程在23.0 m～40.0 m，为流域主要耕地种植区。

2 生态护岸设计

城市生态河道建设，主要任务是以防洪为主的综合治理工程。效益不仅体现了防洪安全，还体现了社会公益性。规划建设时，尽可能利用原有和当地材料，节省土地资源，保护不可再生资源，降低工程造价，减少管理维护费用[1]。

2.1 设计洪水

由于该流域无实测流量资料，故采用由设计暴雨推求设计洪水。设计暴雨时程分配采用福建省综合雨型。设计洪水计算采用推理公式法、华东特小流域法，两种方法分析比较，然后采用设计成果。

（1）推理公式法计算最大洪峰流量的公式为：

式中：Qm为最大洪峰流量，m3/s；J为沿L的坡面和河道的平均坡降，‰；L为主河道自分水岭至流域出口断面的长度，km；m为汇流参数；RT为汇流时间内净雨深，mm；τ为流域最大汇流面积的汇流时间，h；F为流域面积，km2。

根据福建省水文总站分析成果，沿海地区当θ≥1.5时：

当θ＜1.5时：

式（4）中：

汇流参数值确定后，联解方程（1）和方程（2），以试算法求得洪峰流量。

（2）华东特小流域法主要根据特小流域雨洪特性，应用推理公式的基本理论，着重研究和总结华东特小流域资料处理的原则、方法探讨特小流域的雨洪特性、洪水参数的变化规律。根据华东地区流域下垫面类型，采用了按下垫面分类的办法，将各流域的洪水参数分成五类。在第二类中又分成三个类型，分别建立了各种类型洪水参数m的计算公式，可供华东地区流域面积F＜30 km2（特别是F＜10 km2）的工程推求设计洪水使用。

根据流域下垫面情况，θ、m值计算公式如下。

各流域各种频率洪峰流量成果，见表1。

表1 各流域各种频率洪峰流量成果表单位：m3/s

2.2 防洪排涝标准

据《防洪标准》（GB 50201-2014）和《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）等规定，西源溪流防洪堤防保护的为一般城镇，属IV等防护对象。防洪堤采用防洪标准为20年一遇。

西源溪现状为农田，两岸规划为工业区。根据《福建省城市排水排涝设计暂行规定》，工业区的排涝标准采用5年一遇涝水不漫溢的标准，农田排涝标准采用10年一遇24 h暴雨24 h排完。

3 生态护岸设计

3.1 护坡型式确定

3.1.1 护坡型式比较

（1）护坡型式定性比较

迎水坡的护坡型式主要有草皮、砌石护坡、砼护坡，均能满足要求。

①草皮护坡。植物护坡符合科学发展观、生态水利的要求，体现人与自然、人与水和谐相处的理念。属于最原始的生态护坡之一，并且造价最低，但易受人畜破坏，其一般抗御3 m/s左右的流速。

②砌石护坡。一般有三种形式，干砌石护坡、浆砌石护坡和浆砌石埂框格内嵌填干砌石。砌石护坡一般就地取材，充分利用当地资源。由于块石表面不平整，与水体之间摩擦大，能够起到一定的消浪作用，同时砌石护坡本身能很好的经受风浪水流冲刷，但施工技术要求高，不能机械化操作，工期长，造价偏高。三者中以浆砌石造价较高，但质量最有保证，干砌石较低，但局部易松动脱落而致大范围破坏。浆砌石埂条内嵌干砌石的型式基本上解决了两者的不足。

③砼护坡。一般有三种型式，预制砼块护坡、现浇砼护坡、生态砼护坡。现浇砼护坡其整体性好，强度高，本身受风浪水流的影响小，能机械化施工，工期短；另外，可缓解合格块石需求紧张的状况，因其表面平整，消浪作用略小。预制砼块护坡其整体性一般，对岸坡变形适应能力好，不能机械化操作，工期长，因其表面平整，消浪作用略小。锁扣式网格植草护坡，是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。在修整好的边坡坡面上拼铺锁扣边形混凝土框砖形成蜂巢式网格，并在网格内铺填种植土、栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术受力结构合理，能够有效地分散坡面雨水径流，减缓水流速度，防止坡面冲刷，保护草皮生长。其优点是施工简单，外观齐整、大方，具有边坡防护、绿化双重效果。但由于草与草之间被混凝土框砖块隔离，整体的固土效果不好。

（2）护坡型式定量比较

堤身迎水坡设计坡比1∶2，临水坡护坡型式定量比较以护坡高度4 m为例。

①草皮护坡。草皮护坡培植采用全铺草皮法，草皮为0.20 m×0.20 m方块。草皮采用优质矮草，其间种植浅根花及灌木。铺草皮前先在坡面上铺一层厚4 cm～10 cm的腐植土。在早春或秋季移植草皮,草皮厚度不小于5 cm。顺、逆水流方向每隔4 m各设置0.25 m（厚）×0.3 m（深）浆砌卵石框格，框格与水流成45°。

②干砌石护坡。护坡结构如下：坡面干砌石厚0.3 m，碎石垫层0.1 m，顶部设置齿槽，槽宽0.2 m，深0.4 m。为防止水流淘刷及固基需要，在底部设置浆砌石齿槽，深0.5 m，底宽0.25 m。

③浆砌块石护坡。护坡结构如下：坡面浆砌石厚0.3 m，碎石垫层0.1 m，砌石缝间采用1∶2水泥砂浆勾缝，顶部设置齿槽，槽宽0.2 m，深0.4 m。为防止水流淘刷及固基需要，在底部设置浆砌石齿槽，深0.5 m，底宽0.25 m。

④锁扣式网格植草护坡。混凝井字型预制框砖规格为403 mm×302 mm×120 mm，砼标号为C20，厚度为120 mm，下部铺设无纺土工布（300g/m2）。封顶、脚槽尺寸与浆砌石护坡相同。

⑤石笼护坡。护坡结构如下：厚0.3 m，碎石垫层0.1 m,顶部设置齿槽，槽宽0.2 m，深0.4 m。封顶、脚槽尺寸与浆砌石护坡相同。

5种方案每米堤段工程量及工程费用对比情况，见表2。

表2 主要工程量及工程费用比较表

从工程造价方面，草皮护坡最低，锁扣式网格植草皮护坡次之，干砌石护坡居中，浆砌石护坡最高。

3.1.2 护坡型式确定

结合城镇建设，体现河道治理的生态和景观理念，同时兼顾安全、经济的特点，护坡型式采用造价较低的生态型护坡，即草皮护坡和井字式网格植草护坡。

3.2 护坡布置

3.2.1 锁扣式网格植草皮

布置在河道流速不小于3 m/s的堤段和弯道段的滩地或者挡墙以上超设计洪水位0.5m以下临水坡护坡，布置堤段为0+335～0+435（长 100 m）左岸堤段、0+780～0+880（长 100 m）段左岸堤坡、1+220～1+485（长165 m）左岸堤坡、1+410～1+485（长 150 m）右岸堤坡、1+935～2+035（长 100 m）右岸堤坡、2+340～2+400（长60 m）左岸堤坡。总长度为675 m。

3.2.2 草皮护坡

布置在河道流速小于3 m/s的顺直段临水坡和超设计洪水位以上临水坡以及工程区的背水坡。左岸临水坡采用草皮护坡的堤段有 0+085～0+335（长 250 m）、0+435～0+780（长 345 m）、0+880～1+220（长 340 m）、1+485～2+340（长 855 m）；右岸临水坡采用草皮护坡的堤段有0+100～0+185（长85 m）、0+425～0+860（长 435 m）、1+035～1+410（长 375 m）、1+485～1+935（长450 m）、2+035～2+400（长375 m）。临水坡全部采用草皮护砌的总长度为3510 m。

4 结语

根据西源溪两岸不同区域的产业结构特征、经济发展方向，结合不同地段的自然特征、主要生态防护功能，将绿化和景观美化相结合，实现优质、高效的植物护坡技术应用。

1）由于坡地地形的多样化，草本植物的配置方法必须因地制宜，生物措施与工程措施相结合，草、灌相结合，生态防护与景观美化相结合。

2）以护堤为主，兼顾保护水质、防止水土流失和防风固沙。

3）经济、生态和社会效益相结合。

4）流域综合治理应以生态为切入点，并注意与同安城市分区规划相衔接。

5）加强水污染控制，切实保护好水体。

6）重视绿化建设，促进本地植物的培养与发育。