水利工程水土保持生态修复实践研究

王华 WANG Hua

（河南省豫北水利工程管理局，新乡 453002）

0 引言

传统水利工程建设的过程，往往是以经济效益为先，而对生态效益不够关注，因此生态环境所面临的问题十分严峻。伴随着现代化社会的发展，水利工程建设中对于生态环境的重视程度在不断加深，水土流失问题所造成的后果非常严重，所以相关建设单位，必须要在结合工程发展实际的同时利用生态修复技术，开展有效的水土保持工作，以降低水土流失所带来的危害，促进水利工程的可持续化和良性发展，使其成为社会经济发展的重要推动力量。

1 水利工程水土流失的特点

1.1 以点或线状分布

由于水利工程建设中涉及土石方工程，在具体的施工中，水土流失问题会非常严重，而只有采取行之有效的对策，才能降低对生态环境的破坏程度。虽然地面上的植被能从很大程度上缓解水土流失的问题，但水利工程建设往往是在偏远山区或河流地区，而施工所涉及的范围广，施工的难度也会增大。在水利工程建设的过程中，原有的生态环境遭受破坏，生态系统也逐渐趋向不稳定，地面环境受到严重影响，而土地也暴露出来，水土流失问题严重，并呈现点或线状的分布状态。

1.2 被破坏的植被难以修复

水利工程建设的过程中，对植被的破坏程度较大，而在工程进展中植被修复的速度较慢，新移栽而来的植被固土固水作用难以发挥出来，由此可以看出水利工程建设中会直接影响建设区域的土壤含水量。在工程运行的过程中，截流加大上游土壤的含水量，而原有山地土壤的水系统会遭受到严重的破坏，而与此同时原有的植被生存环境已经发生变化，无法适应流动的水土系统，这时病虫害的发病率也会因此提升。

1.3 灾害种类多

我国自然水域分布范围广泛，分布规律不明显，水环境复杂多变，所以在进行水利工程建设的过程中，要能够根据地域的特点，遵循因地制宜的原则，制定行之有效的工程方案。在水利工程建设中，存在着对生态不同程度的破坏现象，工程周边环境也发生了一系列变化，因此灾害发生的种类也较多。

1.4 影响范围广

一般情况下水利工程建设的过程中，绝大多数都要就地取材，而建设中的土方活动范围也相对较大，大量土方的开挖对工程的稳定性造成一定的影响。而当工程完工后，对土壤和生态系统造成破坏，并没有及时的进行修复，自然条件也会因此恶化。如果是对土壤进行大面积的开挖，土壤的松散程度会进一步加深，其保水性也会相对下降，水土流失问题也会因此加重。

2 生态修复技术在水利工程水土保持中发挥的作用

在水利工程工作的过程中，对于水土保持工作而言，生态修复是最有效的办法，水土的稳固性有了保障，则施工过程会更加安全，生态修复和聚合资源可以同时进行，这能够无形中提高效益，同时提高工程质量，人力成本和经济成本也得到了有效的控制。

2.1 减少灾害的发生

在水利工程中开展生态修复作业，能够有效的避免对自然生态的影响，在应用生态修复技术后，被破坏地块的土壤固定能力能快速恢复到原有的状态，而土壤的蓄水能力也能得到保障，有效避免了水土流失问题。地块土壤中具有充足的水分，水循环能够有序的进行，而治理成效也会因此提高，自然灾害的发生率也相应减少。

2.2 促进相关行业利益和效益的综合性提高

水利水电工程，即是对自然界中原有的水循环系统进行加工和改造，但就我国的实际发展状况而言，水利水电工程在施工过程中，由于技术和方法的不完善，则存在着水土流失的一些问题，而这些问题从一定程度上影响着正常的生活、生产和工作。

另外，水土流失问题的存在也会伴随着一定的安全隐患，给当地居民的人身和财产安全会带来不利影响。因此，在水利水电工程开展的过程中，生态修复作业是一项必备的工作，不仅能够保障居民的生产和生活安全，同时也促进行业利益的提升，是有效贯彻落实我国可持续发展战略的途径。

2.3 提高蓄洪能力，降低洪涝灾害

蓄洪防涝是水利工程的重要功能，其发挥着增绿功能作用，以满足周围地块的春秋灌溉所需。一旦水库周围的生态系统遭到破坏，则雨水将大量泥沙冲入水库中，会导致水库水位升高，无形中增加了水库的压力以及运行能力。而开展生态修复作业，通过利用周围树木提高固沙效果，由此来提升水库蓄洪能力，减少洪涝灾害的发生。

2.4 改善环境，提高生态系统稳定性

水利工程自身可以看作是小型的生态系统，其在稳定持续的循环下能够完成自我的修复。在水利工程建设工作中，由于管理工作不够完善，生态系统遭到了破坏，自我修复和净化能力下降，而加之水土流失和植被减少问题，自身的生态价值也随之降低。而利用生态修复技术，能够使生态系统趋向平稳化，如将一些植物种植到堤坝上，不仅能够改善环境，提高空间的利用率，同时能够确保生态系统的稳定性，使水库生态系统趋于良性的循环状态。

3 工程案例

3.1 工程概况

某水利工程主要功能为排涝、排污，就是将雨、污水和洪水经过水道排入河道。但在现代化社会发展的过程中，加上人们对于环境的高要求，水道除了要有防洪排涝的功能以外，同时更加注重生态功能，以及和谐、优美的生活环境。所以在进行水利工程建设时，仅仅注重对水利工程自身的建设远远不够，要在传统设计方法的基础上，加以优化，将生态修复加入其中，最终建设环境优美、景色宜人、绿色化的生态河道。所以在水利工程设计前期，除了水利人员的参与外，更需要园林、景观、环保等的参与，以不断强化对生态环境的保护，在实现河道工程防洪排涝功能的同时，更能促进生态系统的持续发展，打造绿色生态工程，创造生态宜居之地。

3.2 生态设计内容

①以满足水工要求为前提基础，不断优化堤防景观，主要设计内容包含堤顶、堤坡景观以及步行道路；

②滩地、河涌景观改造；

③对园林进行设计改造，其中包含岸坡和堤防的美化绿化、以及景观的设计等。

3.3 河道设计中两种特殊河岸断面的设计形式

3.3.1 石笼垫护岸式

在新河道建设中，新河道一些地段中具有水流流速较高、岸坡严重渗水、河岸坡度缓、侵蚀严重的问题。而在河道设计中采用石笼垫护岸，能够有效解决侵蚀的问题。

具体形式见图1。

图1 石笼垫护岸

3.3.2 石笼垫护岸+亲水平台形式

由于新建河道存在着水流流速较高、岸坡严重渗水、河岸坡度缓、侵蚀严重等一系列的问题，而针对于较为宽阔的河流岸坡，在河道设计中可以采取石笼垫护岸+亲水平台的形式，将宽阔地设为亲水平台，为居民的日常休息提供场所。居民可以在此休息，放松，为居民创造宜居的优美环境，能够与大自然更加亲近。石笼垫护岸+亲水平台的具体形式见图2。

图2 石笼垫护坡+亲水平台

3.4 稳定算例

砌石段稳定计算：

在对河段生态坡度稳定性进行分析的过程中，要从两方面着手分析，即：侵蚀稳定分析和抗滑稳定分析。

3.4.1 侵蚀稳定分析

3.4.1.1 临界剪应力

在本工程案例中，由于该河道的断面是复式断面，一般情况下，水流流动是在河底的梯形断面内。其桩号河段S0+721～1+300（石笼垫护岸段），河底宽16.4米，底高程-1.69米，河床坡降1%，十年一遇汛期最高水位0.81米，最大流量7.4m3/s。如图3。

由图3可知，水力半径R为

图3 石笼垫护岸河道断面形式

A——过水断面面积，即53.5平方米；

S——湿周，即27.58米；

所以，R=1.9398米。

所以，由公式

桩号S0+721～1+300河段的平均剪应力为19.01（N/m2），对于顺直河道，最大剪应力τmax可由下式计算，

在计算分析的过程中，由于受到诸如湍流的瞬时值等因素的影响，剪应力最大值应为乘以1.15系数以后的值，所以，最大剪应力为32.798（N/m2）。

3.4.1.2 临界流速

结合水力学知识，我们可得到断面的平均流速V为

在桩号S0+721～1+300河段，土质为淤泥质粘土，经查可知，粘土允许剪应力为12.44N/m2，允许流速为0.914～1.37m/s。而该河段的实际平均剪应力为32.798N/m2，断面平均流速为0.14m/s。从上述数据中可以看出，允许流速大于平均值，而允许剪应力小于平均值，因此只有对河岸进行有效的防护，河岸才能不被水流所侵蚀。在这里要以河岸的自身实际进行考虑，河岸的附近有鱼塘，还有一些居民，因此选择大面积开挖显然不可行，所以石笼护岸以其自身施工简单、具有良好的稳固河岸效果的特点，是对河岸进行防护的最佳选择。

采取石笼护岸措施确定之后，要根据衬砌材料的允许剪应力和允许流速可知，石笼护岸的允许剪应力为478.49N/m2，允许流速为4.26～5.79m/s，两个数据要远高于平均数据，这与河岸不发生侵蚀的要求完全一致。另外从侵蚀分析层面而言，石头的获取较为容易，价格不高，在工程上使用不但经济实惠，还相对安全，所以最终分析可以采用石笼护岸。

3.4.2 抗滑稳定分析

在对抗滑稳定进行分析的过程中，将石笼作为岸坡上的外加载荷，其度岸坡的影响可以忽略不计。通过计算分析，得出抗滑安全系数为1.971，因此岸坡趋于稳定。另外，从抗滑稳定分析的层面而言，由于石笼是在钢丝笼内装石头的结构，有利于岸坡的抗滑稳定，所以石笼护岸完全符合要求。从上述抗腐蚀以及抗滑稳定分析可以得出，石笼护岸完全符合要求，且由于在桩号S0+721～1+300河段，居民以及鱼塘位于河岸的附近，大面积开挖不切合实际，而石笼护岸不需要大面积开挖，且施工较为简单，对于河岸也具有良好的稳固效果，因此可以采用石笼护岸。

4 结语

总而言之，水利工程建设利国惠民，繁荣市场经济，推动社会不断发展进步。在具体工程开展过程中，要注重工程社会效益和环境经济效益的统一。水利工程水土保持生态修复的实践中，对水土保持进行严格的监管，以提高对水土保持的重视度，实现工程建设与生态环境保护的协同发展，不断发挥水利工程的重要作用以及综合效益，推动水利工程的高质量发展。