生態(tài)堤防設計在水利工程中的運用研究

孟祥軍

摘 要：在水利工程中，生態(tài)堤防設計尤為關鍵，不僅可以維持河流水平平衡的生態(tài)系統(tǒng)，而且可以確保經濟社會的可持續(xù)健康發(fā)展。對此，文章以生態(tài)堤防設計作用及原則為基礎，以清水縣牛頭河生態(tài)防洪工程為例，重點闡述了如何設計生態(tài)堤防，總結經驗等內容，以便能夠更好地指導實踐工作。

關鍵詞：水利工程;生態(tài)堤防;設計

中圖分類號：TV5文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-007-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.004

當前，我國生態(tài)環(huán)境質量每況愈下，水污染、大氣污染等問題層出不窮，嚴重制約了經濟社會的可持續(xù)健康發(fā)展[1]。作為事關國計民生的重大項目，水利工程施工過程中會不同程度地污染或破壞生態(tài)環(huán)境。為了優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，水利工程建設開始越來越重視生態(tài)環(huán)境保護。生態(tài)堤防應運而生，并結合水利工程現(xiàn)狀進行科學設計，以此來提高整個工程的生態(tài)建設水平。

1 生態(tài)堤防設計的主要作用

對于傳統(tǒng)堤防而言，運用到的材料主要為混凝土、水泥以及瀝青等，并采取復合式、自立式，亦或是斜坡式等相關結構型式，在重視經濟以及安全的背景下，對河流生態(tài)功能造成了影響。在經濟社會發(fā)展速度逐漸加快的形勢下，人民群眾的生活水平得到了全面提升，對水利工程的要求也越來越高?；诖?，需要在確保防洪安全的同時，對水利工程和居住環(huán)境進行優(yōu)化，確保人們能夠擁有舒適的休閑場所，構建養(yǎng)殖漁業(yè)、山水田園等相關綠水經濟帶。

因此，針對堤防生態(tài)設計的需求越來越強烈，其在實際運用過程中發(fā)揮著重要作用，主要表現(xiàn)為：其一，生態(tài)堤防設計能夠對水土流失狀況進行全面優(yōu)化，普遍采用柔性結構生態(tài)材料，抗震效果顯著，可積極適應地基不均勻沉降的情況，確保水利工程安全運行。其二，生態(tài)堤防設計符合人與自然和諧相處的理念，滿足了群眾對生態(tài)環(huán)境的需求。因生態(tài)材料親水性能較佳，可保障生物與植物健康成長，發(fā)揮優(yōu)化景觀環(huán)境、凈化水質、改善生態(tài)環(huán)境等功能[2]。其三，生態(tài)堤防設計中整合了與水土保持相關的理念，落實好水土保持工作，能夠對水環(huán)境質量進行全面優(yōu)化，以此確保當?shù)亟洕沙掷m(xù)健康發(fā)展。其四，生態(tài)堤防建設還具有強化土壤、涵養(yǎng)水源的作用。在旱季來到時，能夠對地表徑流進行有效補充，合理分配與利用水資源。在汛期，其能夠有效吸收多余的雨水，防洪功能明顯。其五，生態(tài)堤防設計可避免過多的泥沙進入河流，確保河道始終保持暢通，預防洪澇等自然災害發(fā)生。

2 生態(tài)堤防設計原則

2.1 整體性、安全性原則

生態(tài)堤防設計中要突出整體性原則，需要從整個水利工程建設需求出發(fā)，關注堤防建設在長期和短期取得的各種效益，在設計之初就要保證堤防與自然充分融合在一起，最大限度提高生態(tài)堤防的綜合效益。通常來說，水利工程堤防建設發(fā)揮著防洪度汛等功能，還要將安全性原則放在重要位置，通過實地考察，掌握地形地勢、環(huán)境交通等情況，保證在堤防設計中消除安全隱患，為后續(xù)施工創(chuàng)造條件，保證取得預期建設效益，也避免出現(xiàn)事故風險。

2.2 因地制宜原則

水利工程生態(tài)堤防設計中還要提高對堤線布置的重視程度，對設計者而言，需要堅持“因地制宜”的原則，將河流水域最原始的自然形態(tài)保留下來[3]。要以河流原有的蜿蜒形態(tài)或者分叉散亂的形態(tài)為前提，有針對性地完成生態(tài)堤防設計，保證堤防建設與周邊環(huán)境融為一體。此外，堤防的間距設計也是一項關鍵內容，要重視為生態(tài)系統(tǒng)中各種生物的正常生長與發(fā)育提供所需的生態(tài)環(huán)境，將河流水的凈化功能充分體現(xiàn)出來。在堤線布置過程中，要全面考慮到堤型選擇，一般情況下，堤型會根據“因地制宜”的基本原則選用當?shù)夭牧辖ㄔO。這種方法既能推動生態(tài)堤防設計的正常進行，也能滿足生態(tài)系統(tǒng)的要求，保證后期水利工程能夠發(fā)揮應有的作用。

2.3 生態(tài)效益性原則

在以往的水利工程堤防設計過程中，對自然環(huán)境保護與治理的重視程度不夠，過于關注河道河流內部問題，忽視了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，未采取相應的保護措施。這樣，堤防建設后極易發(fā)生生態(tài)效益不平衡的問題，而生態(tài)堤防設計可以解決這些問題。所謂生態(tài)效益性原則，就是必須給予自然生靈足夠的尊重，按照“生態(tài)治水、生態(tài)管水”等思路進行，保證工程建設盡可能減少對生態(tài)環(huán)境帶來的影響，能夠提高綜合效益。要在不破壞河流生物生存需要的基礎上，保留水生動植物進行繁衍以及生存的相關場所，使人和自然之間能夠和諧共存，形成人水共榮的良好局面。

3 以清水縣牛頭河生態(tài)防洪工程為例

3.1 工程區(qū)概況

該工程處于天水市清水縣東部低中山區(qū)，牛頭河是渭河的主要分支。該河流上段分布著森林，植被較多，徑流來自于上游，中游河道較為開闊，兩岸階地大多數(shù)開墾成耕地，清水縣則處于該河流左岸的階地上;下游穿過峽谷，河道彎彎曲曲，凸岸存在大量耕地，兩岸為石山，植被情況一般。

3.2 工程設計

3.2.1 工程總體布置

此工程需要在確?，F(xiàn)有堤防防洪標準的基礎上，將其逐步改造成生態(tài)堤防，設置泄洪槽，其流量控制在21.7m3/s，槽位設計在河道中間，采取塔式賓格石籠結構，泄洪槽到兩岸堤防之間設計生態(tài)濕地公園，種植相關花卉、搭配園林小品、人行景觀道路、廣場等。

3.2.2 泄洪槽設計

泄洪槽根據明渠均勻流公式，對水力進行準確計算，主要公式為：

流量：Q=AV=AC? Ri=A R2/3i1/2;

謝才系數(shù)：C= R1/6;

根據該河流的實際情況與計算公式，計算出泄洪槽寬10m，深度為2.0m。

泄洪槽設計采取塔式賓格石籠結構，底部設計為C20砼栽卵石結構，深2m，寬10m。泄洪槽設計如圖1所示。

3.2.3 生態(tài)護坡設計

堤距寬度確定。嚴格按照《堤防工程設計規(guī)范》進行設計，并確定該河流近兩年的流水流量情況為造床流量。同時，堤距指兩岸堤線中心距離，即洪水治導線寬度。穩(wěn)定河寬計算公式：

其中，B為河槽穩(wěn)定寬度（m）;Q為造床流量（m3/s），Q50%=86.1（m3/s）;J為河床比降，J=0.005;ε為斷面河相系數(shù)，ε=7.84。根據計算結果，B=36.46m，再根據河床實際情況，原堤防設計堤距為120m～130m，其堤距均>穩(wěn)定河寬計算數(shù)值，因此沿用舊堤線。

護坡結構選擇?；谑┕^(qū)域規(guī)劃實際情況，選擇采用賓格石籠護坡，因網箱與石塊的結合使用具有撓性，植生型賓格石籠具有高柔韌性，能夠適應河床變形的情況。同時，具有較佳的透水性，能夠長期穩(wěn)定邊坡;具有較強的淤泥性，可保障自然植被健康成長，促使結構同周邊環(huán)境完全融合，生態(tài)效果顯著。再加上賓格石籠建設周期較短、施工效率高，同混凝土相比，對環(huán)境的影響相對較小。

堤防橫斷面設計。結合多方實際情況，該堤防堤身采取梯形結構，筑堤材料使用河床砂礫石，填筑密度不得低于0.6～0.62[4]。護坡設計為植生型賓格石籠，邊坡為1：1.5，護坡厚度為0.3m，在河床面鋪設寬2.5m的賓格石籠，采取水平鋪蓋的方法，厚度控制在0.3m。植生型賓格石籠則采取六邊形雙絞合鋼絲網，底座采取加筋聚合物的蓋板，制作成形生態(tài)網墊結構，并噴播高性能生態(tài)基材，實現(xiàn)迅速綠化的目標。生態(tài)護坡設計如圖2所示，植生型賓格石籠結構如圖3所示。

3.2.4 生態(tài)景觀設計

生態(tài)景觀設計中，應積極種植花卉，搭配園林小品、小廣場及人行景觀道路，加強綠化。其中，以灌木及矮化的喬木、草皮為主，其是綠化的重點。灌木可選擇冬青、黃楊、紫薇、迎春等;喬木可選擇棕櫚、玉蘭、桂花孤植等;花卉可采取叢植、片植、花壇的方式，栽植芍藥、郁金香、一串紅、波斯菊等;草皮可選擇紫花地丁、紫花苜蓿、野牛草等;園林小品可順著景觀道路布置休閑長椅、石桌石凳、景觀石堆、垃圾桶等。

4 結語

在水利工程中，生態(tài)堤防設計尤為必要，目前我國的相關運用還未成熟，設計技術及能力較為滯后。所以，相關單位及部門必須嚴格遵照生態(tài)堤防設計原則及標準，結合水利工程現(xiàn)狀進行科學設計，有力促進水利工程向生態(tài)化、科學化的方向發(fā)展。

參考文獻

[1] 曾曦，朱丹丹，范鴻杰.山區(qū)型河流生態(tài)堤防設計——以西昌麻柳河為例[J].智能城市，2020，6（22）：7-9.

[2] 歐徽彬.生態(tài)堤防設計在水利工程中的應用探討[J].工程技術研究，2020，5（6）：235-236.

[3] 王震宇.生態(tài)堤防設計原則及問題分析[J].水利規(guī)劃與設計，2018（11）：20-22.

[4] 于曉琳.格賓石籠在生態(tài)堤防工程中的適用性分析[J].黑龍江水利科技，2018，46（2）：39-41.