同安區(qū)西源溪下游河道生態(tài)護(hù)岸設(shè)計及計算

武柯君

（福建省韓江工程咨詢有限公司，福建 龍巖 364000）

0 前言

生態(tài)護(hù)岸是護(hù)岸工程的一種形式，生態(tài)護(hù)岸滿足工程的穩(wěn)定性與安全性要求，盡量減少人為對河岸的改造，兼顧生態(tài)環(huán)境效益與其他效益，以保持天然河岸蜿蜒柔順的岸線特點，以及擁有可滲透性的自然河岸基底，確保河岸土體與河流水體之間的水分交換和自動調(diào)節(jié)功能。

西源溪位于同安區(qū)汀溪鎮(zhèn)，汀溪鎮(zhèn)是廈門市域未來保持鎮(zhèn)建制的較大區(qū)域，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜多樣，全境地勢西北高，以丘陵、低山為主，東南低，大部分為波狀起伏的臺地及沖積平原。工程區(qū)堤岸現(xiàn)狀大多為土岸或土堤，現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，且基本無防護(hù)處理，局部堤岸或岸坡已出現(xiàn)有小規(guī)模坍塌的現(xiàn)象，抗沖刷能力差。堤身或岸坡主要由耕植土、卵石組成，堤基未進(jìn)行防滲處理。在汛期，局部可能會出現(xiàn)險工堤段或岸段?；谏鲜鲈颍疚膶ξ髟聪掠魏拥郎鷳B(tài)護(hù)岸進(jìn)行設(shè)計。

1 流域概況

西源溪流域位于廈門市同安區(qū)北部，地處同安區(qū)汀溪鎮(zhèn)一帶，東西寬約6 km，南北長約11 km，總流域面積38.6 km2，流域范圍內(nèi)行政區(qū)域包括同安區(qū)汀溪鎮(zhèn)的褒美、隘頭、路下、古坑和西源共5個行政村，49個自然村。

流域地勢總體上呈自西北向東南傾斜，山地丘陵地貌占全流域面積的大部分，以低山為主，最高山峰為東嶺尖山峰（海拔高程908.5 m），次峰為烏石巖（海拔高程836.0 m）。流域在后洋村以上河道兩岸地勢較陡，基本無山谷發(fā)育，出后洋村后河道坡降趨緩，河道兩岸主要為臺地平原地貌，地勢較為平坦，地面高程在23.0 m～40.0 m，為流域主要耕地種植區(qū)。

2 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計

城市生態(tài)河道建設(shè)，主要任務(wù)是以防洪為主的綜合治理工程。效益不僅體現(xiàn)了防洪安全，還體現(xiàn)了社會公益性。規(guī)劃建設(shè)時，盡可能利用原有和當(dāng)?shù)夭牧希?jié)省土地資源，保護(hù)不可再生資源，降低工程造價，減少管理維護(hù)費用[1]。

2.1 設(shè)計洪水

由于該流域無實測流量資料，故采用由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水。設(shè)計暴雨時程分配采用福建省綜合雨型。設(shè)計洪水計算采用推理公式法、華東特小流域法，兩種方法分析比較，然后采用設(shè)計成果。

（1）推理公式法計算最大洪峰流量的公式為：

式中：Qm為最大洪峰流量，m3/s；J為沿L的坡面和河道的平均坡降，‰；L為主河道自分水嶺至流域出口斷面的長度，km；m為匯流參數(shù)；RT為匯流時間內(nèi)凈雨深，mm；τ為流域最大匯流面積的匯流時間，h；F為流域面積，km2。

根據(jù)福建省水文總站分析成果，沿海地區(qū)當(dāng)θ≥1.5時：

當(dāng)θ＜1.5時：

式（4）中：

匯流參數(shù)值確定后，聯(lián)解方程（1）和方程（2），以試算法求得洪峰流量。

（2）華東特小流域法主要根據(jù)特小流域雨洪特性，應(yīng)用推理公式的基本理論，著重研究和總結(jié)華東特小流域資料處理的原則、方法探討特小流域的雨洪特性、洪水參數(shù)的變化規(guī)律。根據(jù)華東地區(qū)流域下墊面類型，采用了按下墊面分類的辦法，將各流域的洪水參數(shù)分成五類。在第二類中又分成三個類型，分別建立了各種類型洪水參數(shù)m的計算公式，可供華東地區(qū)流域面積F＜30 km2（特別是F＜10 km2）的工程推求設(shè)計洪水使用。

根據(jù)流域下墊面情況，θ、m值計算公式如下。

各流域各種頻率洪峰流量成果，見表1。

表1 各流域各種頻率洪峰流量成果表單位：m3/s

2.2 防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）和《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）和《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）等規(guī)定，西源溪流防洪堤防保護(hù)的為一般城鎮(zhèn)，屬IV等防護(hù)對象。防洪堤采用防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

西源溪現(xiàn)狀為農(nóng)田，兩岸規(guī)劃為工業(yè)區(qū)。根據(jù)《福建省城市排水排澇設(shè)計暫行規(guī)定》，工業(yè)區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇澇水不漫溢的標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇24 h暴雨24 h排完。

3 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計

3.1 護(hù)坡型式確定

3.1.1 護(hù)坡型式比較

（1）護(hù)坡型式定性比較

迎水坡的護(hù)坡型式主要有草皮、砌石護(hù)坡、砼護(hù)坡，均能滿足要求。

①草皮護(hù)坡。植物護(hù)坡符合科學(xué)發(fā)展觀、生態(tài)水利的要求，體現(xiàn)人與自然、人與水和諧相處的理念。屬于最原始的生態(tài)護(hù)坡之一，并且造價最低，但易受人畜破壞，其一般抗御3 m/s左右的流速。

②砌石護(hù)坡。一般有三種形式，干砌石護(hù)坡、漿砌石護(hù)坡和漿砌石埂框格內(nèi)嵌填干砌石。砌石護(hù)坡一般就地取材，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源。由于塊石表面不平整，與水體之間摩擦大，能夠起到一定的消浪作用，同時砌石護(hù)坡本身能很好的經(jīng)受風(fēng)浪水流沖刷，但施工技術(shù)要求高，不能機械化操作，工期長，造價偏高。三者中以漿砌石造價較高，但質(zhì)量最有保證，干砌石較低，但局部易松動脫落而致大范圍破壞。漿砌石埂條內(nèi)嵌干砌石的型式基本上解決了兩者的不足。

③砼護(hù)坡。一般有三種型式，預(yù)制砼塊護(hù)坡、現(xiàn)澆砼護(hù)坡、生態(tài)砼護(hù)坡?，F(xiàn)澆砼護(hù)坡其整體性好，強度高，本身受風(fēng)浪水流的影響小，能機械化施工，工期短；另外，可緩解合格塊石需求緊張的狀況，因其表面平整，消浪作用略小。預(yù)制砼塊護(hù)坡其整體性一般，對岸坡變形適應(yīng)能力好，不能機械化操作，工期長，因其表面平整，消浪作用略小。鎖扣式網(wǎng)格植草護(hù)坡，是一項類似于干砌片石護(hù)坡的邊坡防護(hù)技術(shù)。在修整好的邊坡坡面上拼鋪鎖扣邊形混凝土框磚形成蜂巢式網(wǎng)格，并在網(wǎng)格內(nèi)鋪填種植土、栽草或種草的一項邊坡防護(hù)措施。該技術(shù)受力結(jié)構(gòu)合理，能夠有效地分散坡面雨水徑流，減緩水流速度，防止坡面沖刷，保護(hù)草皮生長。其優(yōu)點是施工簡單，外觀齊整、大方，具有邊坡防護(hù)、綠化雙重效果。但由于草與草之間被混凝土框磚塊隔離，整體的固土效果不好。

（2）護(hù)坡型式定量比較

堤身迎水坡設(shè)計坡比1∶2，臨水坡護(hù)坡型式定量比較以護(hù)坡高度4 m為例。

①草皮護(hù)坡。草皮護(hù)坡培植采用全鋪草皮法，草皮為0.20 m×0.20 m方塊。草皮采用優(yōu)質(zhì)矮草，其間種植淺根花及灌木。鋪草皮前先在坡面上鋪一層厚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。順、逆水流方向每隔4 m各設(shè)置0.25 m（厚）×0.3 m（深）漿砌卵石框格，框格與水流成45°。

②干砌石護(hù)坡。護(hù)坡結(jié)構(gòu)如下：坡面干砌石厚0.3 m，碎石墊層0.1 m，頂部設(shè)置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。為防止水流淘刷及固基需要，在底部設(shè)置漿砌石齒槽，深0.5 m，底寬0.25 m。

③漿砌塊石護(hù)坡。護(hù)坡結(jié)構(gòu)如下：坡面漿砌石厚0.3 m，碎石墊層0.1 m，砌石縫間采用1∶2水泥砂漿勾縫，頂部設(shè)置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。為防止水流淘刷及固基需要，在底部設(shè)置漿砌石齒槽，深0.5 m，底寬0.25 m。

④鎖扣式網(wǎng)格植草護(hù)坡。混凝井字型預(yù)制框磚規(guī)格為403 mm×302 mm×120 mm，砼標(biāo)號為C20，厚度為120 mm，下部鋪設(shè)無紡?fù)凉げ迹?00g/m2）。封頂、腳槽尺寸與漿砌石護(hù)坡相同。

⑤石籠護(hù)坡。護(hù)坡結(jié)構(gòu)如下：厚0.3 m，碎石墊層0.1 m,頂部設(shè)置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。封頂、腳槽尺寸與漿砌石護(hù)坡相同。

5種方案每米堤段工程量及工程費用對比情況，見表2。

表2 主要工程量及工程費用比較表

從工程造價方面，草皮護(hù)坡最低，鎖扣式網(wǎng)格植草皮護(hù)坡次之，干砌石護(hù)坡居中，漿砌石護(hù)坡最高。

3.1.2 護(hù)坡型式確定

結(jié)合城鎮(zhèn)建設(shè)，體現(xiàn)河道治理的生態(tài)和景觀理念，同時兼顧安全、經(jīng)濟(jì)的特點，護(hù)坡型式采用造價較低的生態(tài)型護(hù)坡，即草皮護(hù)坡和井字式網(wǎng)格植草護(hù)坡。

3.2 護(hù)坡布置

3.2.1 鎖扣式網(wǎng)格植草皮

布置在河道流速不小于3 m/s的堤段和彎道段的灘地或者擋墻以上超設(shè)計洪水位0.5m以下臨水坡護(hù)坡，布置堤段為0+335～0+435（長 100 m）左岸堤段、0+780～0+880（長 100 m）段左岸堤坡、1+220～1+485（長165 m）左岸堤坡、1+410～1+485（長 150 m）右岸堤坡、1+935～2+035（長 100 m）右岸堤坡、2+340～2+400（長60 m）左岸堤坡?？傞L度為675 m。

3.2.2 草皮護(hù)坡

布置在河道流速小于3 m/s的順直段臨水坡和超設(shè)計洪水位以上臨水坡以及工程區(qū)的背水坡。左岸臨水坡采用草皮護(hù)坡的堤段有 0+085～0+335（長 250 m）、0+435～0+780（長 345 m）、0+880～1+220（長 340 m）、1+485～2+340（長 855 m）；右岸臨水坡采用草皮護(hù)坡的堤段有0+100～0+185（長85 m）、0+425～0+860（長 435 m）、1+035～1+410（長 375 m）、1+485～1+935（長450 m）、2+035～2+400（長375 m）。臨水坡全部采用草皮護(hù)砌的總長度為3510 m。

4 結(jié)語

根據(jù)西源溪兩岸不同區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向，結(jié)合不同地段的自然特征、主要生態(tài)防護(hù)功能，將綠化和景觀美化相結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效的植物護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用。

1）由于坡地地形的多樣化，草本植物的配置方法必須因地制宜，生物措施與工程措施相結(jié)合，草、灌相結(jié)合，生態(tài)防護(hù)與景觀美化相結(jié)合。

2）以護(hù)堤為主，兼顧保護(hù)水質(zhì)、防止水土流失和防風(fēng)固沙。

3）經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益相結(jié)合。

4）流域綜合治理應(yīng)以生態(tài)為切入點，并注意與同安城市分區(qū)規(guī)劃相銜接。

5）加強水污染控制，切實保護(hù)好水體。

6）重視綠化建設(shè)，促進(jìn)本地植物的培養(yǎng)與發(fā)育。