河道綜合生態(tài)修復技術(shù)設計實踐研究

溫天玉

(湛江市高遠工程咨詢有限公司，廣東 湛江 524000)

在經(jīng)濟發(fā)展的背景下，城鎮(zhèn)化建設速度加快，部分河段的河岸滑坡坍塌，縮窄河道，排水不暢，農(nóng)田內(nèi)澇嚴重，嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；由于水土流失嚴重，導致河道縮窄，水環(huán)境差，導致周邊鄉(xiāng)村建設極不協(xié)調(diào)；下游受潮水影響河段，局部護岸護腳受沖刷掏空，甚至坍塌，威脅沿岸居民生產(chǎn)安全。因此，必須加強對河道的治理。我國當前河道治理技術(shù)中，水生態(tài)修復技術(shù)備受青睞。本文基于水生態(tài)修復技術(shù)的概述，以徐聞縣那板河為研究對象，分析了城市河道治理的問題及現(xiàn)狀，探討了水生態(tài)修復技術(shù)在河道治理工程的具體運用[1]。并且利用科學合理的方法，對在河流運營過程中存在的一系列問題進行綜合治理，探究其治理效果并為河流綜合治理過程中遇到的問題提供技術(shù)支撐，以此來保障河流安全可靠運營。

1 河道現(xiàn)狀及問題

1.1 河道現(xiàn)狀

徐聞縣地勢以中北部的石板嶺為最高，因此縣屬各河流均發(fā)源此地，并向東、西、南獨流入海。本次工程治理范圍為那板河高溝水庫上下游兩段河段，即從上游曲界鎮(zhèn)張疇村至下游錦和鎮(zhèn)出?？?，共整治河道長23.7km。根據(jù)該河流的河流走勢和水系關(guān)系，把該河流分為3段進行描述：

(1)曲界鎮(zhèn)張疇村段河道上游曲界鎮(zhèn)張疇村段，即省道289交通橋至邁草攔河壩閘段，河道沿線為丘陵臺地，岸坡較高，河道坡降0.63%，河道蜿蜒曲折，在平面上出現(xiàn)多個“S”型河灣，迎流頂沖段較多，凹岸連年沖刷嚴重，現(xiàn)較多沖坑，局部段存在崩塌；

(2)曲界鎮(zhèn)邁草攔河壩閘至高溝水庫庫尾段該段河道河床有豐富的毛石，粒徑20～800mm不等，尤其是在東灣村至老溝村河段尤為豐富。該段河道分布有大小不等的水陂3座，機耕橋2座和交通橋4座；

(3)錦和鎮(zhèn)高溝水庫溢洪道出口至北門港段該段河道為受下游潮水影響河段，經(jīng)調(diào)查下游漲潮時，下游潮水回流處，該處為咸淡水交匯區(qū)域，歷史最大潮位影響到達上游左右。

1.2 工程地質(zhì)評價及問題

(1)土層滲透變形

場區(qū)中存在貫穿堤內(nèi)外厚度不等的中砂層，對堤基滲透穩(wěn)定不利。當?shù)掏鉃樘粱虻屯莸貏荩液觾?nèi)水位上升，河內(nèi)外水頭差變大，在堤內(nèi)會產(chǎn)生滲漏，當?shù)袒恋臐B透壓力超過上覆土層的重力時，堤基土便會產(chǎn)生滲透破壞[2]。以土層孔隙率、土粒比重、粒度組份的實測值或經(jīng)驗值判別土層的滲透變形，結(jié)果如下：

①粉質(zhì)粘土滲透變形類型為流土，建議允許水力比降J允=0.42；

②- 1淤泥滲透變形類型為流土，建議允許水力比降J允=0.37；

②- 2中砂滲透變形類型為管涌，建議允許水力比降J允=0.20；

③粉質(zhì)粘土滲透變形類型為流土，建議允許水力比降J允=0.46。

(2)堤岸穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場的岸坡現(xiàn)狀調(diào)查，河道兩岸大部分堤岸均由玄武巖全風化粉質(zhì)粘土構(gòu)成，部分堤段有漿砌石擋墻(或干砌石)護坡。但由于長時間疏于管理，局部河段沖刷嚴重，崩塌和滑坡現(xiàn)象時有發(fā)生，堤岸穩(wěn)定性較差。結(jié)合堤基表層土性狀及水浸情況，將岸坡穩(wěn)定劃分為基本穩(wěn)定、穩(wěn)定性較差、穩(wěn)定性差3種類型。各堤段堤岸穩(wěn)定性評價見表1。

(3)環(huán)境水的腐蝕性評價

河水對混凝土無一般酸性型腐蝕、無碳酸型腐蝕、無重碳酸型腐蝕、無鎂離子型蝕性、無硫酸鹽型腐蝕，河水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕[3]。在該場地地表水和鉆孔ZK33內(nèi)各取水樣1組，水樣的腐蝕性分析如表2。

ZK33地下水對混凝土具一般酸性型無腐蝕、無碳酸型腐蝕、無重碳酸型腐蝕、無鎂離子型腐蝕性、無硫酸鹽型腐蝕。ZK33地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕。

(4)工程主要問題

曲界鎮(zhèn)張疇村段河道主槽斷面局部較窄，部分河段的河岸滑坡坍塌，縮窄河道，排水不暢，導致上游的農(nóng)田內(nèi)澇嚴重，嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；高溝水庫庫尾河段河道防洪標準低，沿岸耕地逼占河岸，水土流失嚴重，導致河道縮窄，經(jīng)過村莊段河岸濱水環(huán)境差，與周邊美麗鄉(xiāng)村建設極不協(xié)調(diào)；下游受潮水影響河段，局部護岸護腳受沖刷掏空，甚至坍塌，威脅沿岸居民生產(chǎn)安全。

2 河道綜合生態(tài)修復

2.1 整治河寬

(1)河道現(xiàn)狀。本次治理河長23.7km，根據(jù)現(xiàn)有河道的地形及河道比降，分為4段即河道上游曲界鎮(zhèn)張疇村段，曲界鎮(zhèn)邁草攔河陂至高溝水庫庫尾段，錦和鎮(zhèn)高溝水庫溢洪道出口至北門港段。

(2)整治河寬計算。整治河寬是指河道經(jīng)過清障、整治之后與設防流量相應的河道寬度，即河道通過設防流量時理想的水面寬度。整治河寬是確定清障控制線的基礎，應通過計算和實際情況的具體分析來綜合確定。本次規(guī)劃采用公式計算法和現(xiàn)場分析進行確定[4]。

造床流量下的穩(wěn)定河寬。采用C.T阿爾杜寧穩(wěn)定河寬關(guān)系法進行分析，公式如下：

(1)

式中,B—河寬；m;Q—造床流量；J—平衡比降；A—穩(wěn)定河寬系數(shù)。

與灘岸和河岸土質(zhì)有關(guān)，表征河岸穩(wěn)定情況，A越大，河岸越不穩(wěn)定。采用3公式聯(lián)解計算：

河相關(guān)系式：K=√B/H

(2)

曼寧流速公式：V=1/nH2/3J1/2

(3)

水流連續(xù)公式：Q=BHV

(4)

上述3公式聯(lián)解求得整治河寬公式：

表1 那板河堤岸現(xiàn)狀調(diào)查及穩(wěn)定性評價表

表2 水質(zhì)分析結(jié)果表

(5)

式中，B—河寬，m;K—河相關(guān)系；Q—設計流量，m3/s；n—主槽糙率，取值0.04；J—設計流量下水面比降比降；H—水深，m。

經(jīng)計算，在設防流量情況下，曲界鎮(zhèn)張疇村段河道穩(wěn)定河寬最小不應低于20.6m;曲界鎮(zhèn)邁草攔河陂至高溝水庫庫尾段河道穩(wěn)定河寬最小不應低于12.2m;在采取以上經(jīng)驗公式進行計算的基礎上，結(jié)合現(xiàn)場查勘對各河段的河道特征指標進行分析，根據(jù)河道兩岸占地情況，在滿足河道自然比降的情況下，對現(xiàn)狀過水斷面不滿足最小河寬的河段進行疏浚擴挖。

2.2 水系清淤疏浚

河道疏浚設計比降的確定與河道所經(jīng)過的地形、土質(zhì)、水流流量及含沙量等條件有關(guān)，并應滿足不沖不淤的要求。天然情況下，河床演變具有自動調(diào)節(jié)的作用，即從輸沙不平衡向輸沙平衡的方向發(fā)展。河道現(xiàn)狀縱比降是河道經(jīng)過長年累月運行的結(jié)果，是河道自動調(diào)節(jié)的結(jié)果[5]。因此，設計河道縱比降取值與每段河道實測平均縱比降基本擬合。每段河道的設計縱向比降見表3。

表3 設計河床比降

確定河道設計縱比降后，按照以下公式，確定河道疏浚底高程。

Zi=Z0-JLi

(6)

式中，Zi—計算點處河道疏浚的底高程；Z0—河道疏浚的起點高程；J—河道的設計縱比降；Li—河道疏浚的起點至計算點處距離。

2.3 護岸整治

在曲界鎮(zhèn)張疇村段即樁號K0+000～K2+800，該段左右采用預制裝配式階梯護岸，護岸高2.0m，預制生態(tài)框長2.0m，高0.5m，底寬0.65m?？騼?nèi)充填物：常水位以下回填塊石，常水位以上回填砂質(zhì)粘土。預制裝配式階梯護岸基礎采用毛石基礎，基礎寬1.1m，高0.5m。預制裝配式階梯護岸后面鋪設土工布，回填20cm的碎石反濾料，階梯護岸上坡面采取草皮護坡。

土壩壩坡穩(wěn)定計算考慮的情況與滲流計算中水位組合情況相同，采用瑞典圓弧法計算時，堤防抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)見表4。

表4 土堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

河道岸坡穩(wěn)定計算在正常運行期、水位降落期的抗滑安全系數(shù)大于規(guī)定的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，岸坡滿足抗滑穩(wěn)定計算，成果見表5?；〕隹诰霈F(xiàn)在坡腳附近，為深層滑弧類型。

表5 斷面岸坡穩(wěn)定的計算成果

2.4 河道建筑物重建

本設計治理河段內(nèi)存在問題或影響河道行洪的跨河建筑物有12座，其中橋梁6座，水陂6座。經(jīng)調(diào)查，本次需重建的跨河橋梁6座，但其中有1座是鄉(xiāng)道交通公路橋，3座是村道交通公路橋，行車安全要求較高，本次設計只是列出其存在的問題，其設計建設由徐聞水務局聯(lián)合相關(guān)交通部門委托相應專業(yè)單位進行另行設計重建，不納入本次重建范圍[6]。根據(jù)需要本次新建或重建機耕橋4座，重建水陂2座，維修水陂4座。河道沿線水陂建設年代久遠，存在許多年，對河道的行洪影響基本趨于穩(wěn)定，故維修水陂經(jīng)復核在不影響河道行洪的情況下，均維持現(xiàn)狀陂頂高程不變，重建水陂陂頂高程嚴格控制陂頂高程不得高于現(xiàn)狀陂頂高程。

3 水土保持措施及監(jiān)測

3.1 分區(qū)防治措施設計

本次水土保持設計涉及4個區(qū)域，主體工程區(qū)，臨時棄渣場，臨時施工營地區(qū)，臨時施工道路區(qū)。針對棄渣區(qū)水土流失影響因素，本方案主要考慮布置排水工程、臨時攔擋和植被恢復的水土保持防治措施。

(1)排水工程：在棄渣區(qū)場外周邊分別開挖排水溝并用漿砌石襯砌排水溝，排取土場周邊水溝長1000m，斷面尺寸為1.5m×0.5m×0.5m、邊坡1∶1，M7.5漿砌塊石襯砌厚度0.3m，排水溝出口與沉砂池相銜接，沉沙池尺寸為2000mm×1000mm×1500mm，棄渣區(qū)布置2個二級沉沙池。雨排水經(jīng)過沉沙池沉淀后最終排入附近河涌，降雨前應疏通各排水溝，清理沉沙池，主要避免施工場地內(nèi)的泥沙直接流入水庫。

(2)臨時攔擋工程：工程產(chǎn)生的棄渣集中存放，堆放高度不宜超過2m，堆土周邊設臨時尼龍土袋圍堰對取土場及表土存放點進行攔擋防護。臨時圍堰上底寬0.5m，下底寬1.0m，高1.0m，長1000m。

(3)土地整治工程：待施工結(jié)束后，利用臨時存放的棄土和土料場表層腐殖土進行表土回填，回填于土料場坡腳的平地，全面整地面積3.2hm2，并鋪種草籽。

(4)綠化工程：施工結(jié)束后，對其防治區(qū)域進行全面整地，并采取灌草綠化，灌木株行距為3.0m×3.0m，綠化面積3.2hm2，如圖1所示。

圖1 植物措施平面圖

3.2 水土保持監(jiān)測

具體監(jiān)測內(nèi)容包括兩個部分，施工前背景值監(jiān)測期，建設期監(jiān)測。監(jiān)測項目區(qū)現(xiàn)有土地面積、地類、植被覆蓋度和類型、水土流失現(xiàn)狀、水保設施對控制水土流失的影響及變化等。具體分區(qū)情況見表6。

表6 水土保持監(jiān)測分區(qū)表

主要采用以下監(jiān)測方法：

(1)背景值監(jiān)測

采取隨機調(diào)查的方法，監(jiān)測項目各分區(qū)水土流失現(xiàn)狀和植被分布、生長情況；

(2)水土流失因子監(jiān)測

主要監(jiān)測降雨因子，收集當?shù)貧庀筚Y料，觀測、計算項目區(qū)降雨量、降雨歷時和降雨強度；

(3)主體工程占用地面積、擾動面積類型監(jiān)測

根據(jù)主體工程施工進度，擬對工程擾動區(qū)域采用GPS儀和全面調(diào)查相結(jié)合的方法進行監(jiān)測，主體工程區(qū)、臨時道路區(qū)、臨時堆土場、臨時施工營地區(qū)等項目區(qū)的擾動原地貌類型、面積等，確定項目區(qū)水土流失面積及其變化情況[7]；

(4)主體工程土石方挖填數(shù)量監(jiān)測

通過查閱主體工程可研報告、初步設計報告、監(jiān)理資料和實地查勘、測量，監(jiān)測工程建設過程中的土石方挖、填數(shù)量和棄渣數(shù)量及流向；

4 結(jié)語

本文以徐聞縣那板河為研究對象，分析了河道存在的問題，進行了工程地質(zhì)評價，并且采用了整治河寬、水系清淤疏浚、護岸整治、河道建筑物重建對河道綜合生態(tài)修復。在充分體現(xiàn)自然、有效治理河道的理念下，利用水土保持監(jiān)測設計方案對其河道分區(qū)防治[8]。通過對河道疏挖整治，減少阻洪面積，增加行洪斷面，降低水位，省工程量、經(jīng)濟可靠、施工可行，且本次護岸工程設計均滿足穩(wěn)定性要求。本次研究重點為河道生態(tài)修復的綜合方案，并補充一定的治理效果評價，該方案在后續(xù)建設過程中應進行多方面論證。