泥溪沟治理河段防洪现状及生态防洪堤设计

焦 权，饶先勇

(遵义市红花岗区水务局，贵州 遵义 563000)

0 引 言

河道治理是美丽乡村建设中提高河流防洪标准、改善水生态环境和营造和谐人文景观的重要举措。山区河流属雨源性河流，受区域地形小气候影响大，暴雨强度大、汇流历时短，洪水峰高量大，对堤岸冲刷破坏强烈，土质边坡坍塌会拥塞河道，挤占行洪断面及通道，易发生洪涝灾害，给两岸群众生命财产及农田带来巨大威胁[1_2]。水生态文明建设是城镇生态文明建设最基础、最关键的内容。结合河道水环境保护和综合治理新要求以及新时代农村生态河道建设新特点，泥溪沟河道治理中，充分融入生物多样性、生态可持续发展等治理理念[3]，通过新建格宾石笼护坡生态堤、生态护坡、清淤疏浚等生态性治理措施，在满足行洪排涝的基础上，顺应河道自然特性进行生态规划，有效提升泥溪沟防洪减灾能力，极大改善两岸群众的居住环境，实现人与自然和谐共生。

1 工程概况

泥溪沟为乌江水系二级支流洛江河右岸一级支流，河流发源于贵州省遵义市红花岗区金鼎山镇茶腊坪，河源山顶高程1 256.0 m。全流域面积25.98 km2，主河道河长13.04 km，河道比降9.3‰，多年平均径流量1 299万m3。治理河道为洛江河右岸一级支流泥溪沟及泥溪沟右岸支流。起始端(K0+000 m)位于金鼎山镇野里村孔家湾已建拦水堰上游200 m处，治理河段末端(K11+463 m)位于巷口镇中山村河口组巷三公路鱼田堡大桥处，支沟(支K0+000 m～支K1+580 m)位于K8+280 m处右岸，治理河段主要地理参数如表1所示。

表1 泥溪沟治理河段各断面地理参数

泥溪沟流域属典型的山区雨源性河流，易发生陡涨陡落破坏性极强的灾害性暴雨。河道两岸大多未做防护处理，仅局部有简单粗陋防洪堤，两岸杂草丛生、土质基础河岸不稳定。为全面落实“一河一策”工作，亟待采取有针对性的整治措施构建完善防洪体系，提高全域防洪标准，保障河道两岸群众生命财产安全和促进美丽乡村建设。

2 防洪治理工程任务

泥溪沟现状不仅纵向上坡降缓且横向断面不规则，基本河槽浅小，河岸低矮，绝大部分无防洪堤，两岸杂草丛生，而且部分河段为土质基础，河岸不稳定，一旦发生洪水，洪水冲刷河岸，就会形成垮塌，造成河道淤积，十分杂乱。治理河道总长13.043 km(其中金鼎山镇段6.1 km，巷口镇段5.363 km，支沟1.58 km)，治理河段内有17座公路桥、15座人行桥、15座跌坎，阻洪碍洪建筑多，部分跨河建筑物过洪断面偏小，阻碍行洪，一遇洪水，便会雍高洪水位，造成洪水淹没两岸农田，破坏两岸基础设施，危及群众生命财产安全。

3 防洪工程措施设计

3.1 堤型比选

结合泥溪沟流域陡涨短时汇流单峰型暴雨洪水特性、河道地形地质条件和美丽乡村河道景观及生态环境和谐建设要求，优选草皮护坡、格宾石笼护坡2种柔性堤型和M7.5浆砌石挡墙、钢筋混凝土挡墙2种刚性堤型进行比选，详见表2。

表2 堤型特征比较

从表2可知，“柔性堤防”中草皮护坡优点是景观环境功能较好；缺点是占地过多，抗冲能力差，山区河流河床水位起伏较大，流速也相对较大，时间长容易使草皮护坡基础出现掏空现象，影响堤身稳定。格宾石笼护坡优点是柔韧性好、防冲刷性好和生态性好，可为多年生草本植物的自然生长循环提供便利环境[4_5]；缺点是生态格网网格外露，存在腐蚀、老化问题，时间长了破损的钢筋网会给下河游玩的居民带来安全隐患。另外，格宾石笼护坡对于流速较大的山区河段适用性一般，格宾石笼中部分材料风化后会被洪水带走，时间过长会形成垮塌。“刚性堤防”主要区别是在于材料的选择及断面尺寸的选择，刚性堤防抗冲能力和适用性都较好，但是景观环境功能较差，不利于当地发展乡村旅游规划；不过当两岸地形空间较小或者两岸分布大量建筑物时，刚性堤防为不二选择。河道河床及河岸覆盖层较深，不宜采用钢筋混凝土结构，混凝土挡墙与浆砌石挡墙断面尺寸基本一致，但浆砌石单价低于混凝土单价。

根据河段两岸坡大部分地形较缓，主要分布耕地、民房及交通便道的实际情况，优选“格宾石笼护坡柔性堤防”及“M7.5浆砌石重力式挡墙刚性堤防”两种方案进行比选。

方案一：格宾石笼护坡生态堤。

堤型为格宾石笼河堤生态堤，堤防高度按5年一遇洪水标准控制。结合两岸地形及周边环境，考虑堤顶C15混凝土压顶作为人行便道，设计堤顶宽1.0 m。考虑格宾石笼抗冲能力相对较差，设计基础采用M7.5浆砌石，浆砌石埋深为1.0 m。淤泥河段下层采用0.5～1.0 m厚C15块石混凝土进行基础置换。格宾石笼护坡生态堤典型断面如图1所示。

图1 格宾石笼护坡生态堤典型断面

方案二：浆砌石重力式防洪堤。

浆砌石重力式堤身采用M7.5浆砌块石，高度为2.3 m，堤顶宽1.0 m，采用50 mm厚的C15混凝土压顶，堤背坡度为1∶0.2，内侧为铅直；墙趾台阶宽0.3 m，墙身设计排水孔，间排距3 m，第一排孔位于常年水位以上；堤身每隔15 m设1条伸缩缝，缝宽2 cm，缝内用沥青杉板填筑。防洪墙基础埋深为1.0 m，淤泥河段下层采用0.5～1.0 m厚C15块石混凝土进行基础置换。浆砌石重力式防洪堤典型断面如图2所示。

图2 浆砌石重力式防洪堤典型断面

堤型主要根据土建工程量、占地投资等进行比较，设计单米投资比较成果如表3所示。

表3 堤型方案性能投资比较成果

从表3可知，虽然永久占地方案一比方案二大，但主体工程投资方案一比方案二小，单米总投资方案一比方案二节约318.60元/m，方案一经济性优。方案一与方案二施工难度均较一般，均不存在制约因素，两者相当。方案一采用的格宾石笼既可防止河岸遭水流、风浪冲刷破坏，又具有自然对流交换空间，有利于水生植物、微生物及各种生物的生存，水生态环境性能较方案二有明显优势[6_7]。因此，泥溪沟治理河岸设计优选格宾石笼护坡生态防洪堤堤型。

3.2 生态堤稳定分析

生态式堤防格宾石笼护坡防洪堤最大高度为2.3 m，堤顶宽度为1.0 m，迎水面采用台阶式断面，第一层格宾高度为1.0 m，宽度为1.0 m，第二层格宾高度为1.3 m，宽度为1.5 m，背水面垂直。基础墙趾台阶宽0.3 m，埋深为1.0 m。防洪堤最不利情况是基础置于中下部稍密状黏土夹碎石层或砂卵石层上，岩土物理力学推荐指标为：容重19.5～22.5 kN/m3，压缩模量12～15 MPa，允许比降0.1～0.15，粘聚力0～5 kPa，内摩擦角20°～25°，地基承载力180～220 kPa，基底与岩土的摩擦系数0.4，渗透系数5.0×10-3～1.2×10-2cm/s。生态式河堤格宾石笼堤防稳定计算成果生态堤稳定性分析成果如表4所示。

表4 生态堤稳定性分析成果

从表4可知，在不同工况条件下，生态堤抗滑稳定、抗倾稳定安全系数均大于规范要求最小值；地基最大承载力64.03 kPa，小于180 kPa，满足规范要求。生态式堤防格宾石笼护坡防洪堤结构参数设置合理、安全稳定。泥溪沟水流平行于岸坡产生的冲刷深度为0.74 m，根据地形地质条件，生态防洪堤基础埋深采取0.8～1.0 m，可满足抗冲刷要求。

4 结 论

泥溪沟治理河段大多为天然河道，坡降缓且横向断面不规则，两岸土质边坡冲刷垮塌、河道淤积、跨河建筑阻水等严重影响行洪安全，直接威胁到两岸居民及农田安全。为补齐泥溪沟流域防洪短板和促进美丽乡村生态环境建设，根据治理河段防洪现状及保护对象，设计优选格宾石笼护坡生态防洪堤构筑完善防洪体系，在提高流域防洪能力的同时，改善了河道水生态环境。未来还应结合乡村发展规划，深化落实河长制，加强生态河道运行管理及养护体系的建设，最终实现人文自然、生态环境和水景观的和谐发展。