生態(tài)水利工程的河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

李旭暉

(固原市水利勘測設(shè)計院有限公司,寧夏 固原 756000)

0 引 言

傳統(tǒng)河道規(guī)劃設(shè)計的目標在于避免洪澇災(zāi)害,且在河道維護管理過程中,需要每年進行加固處理[1]。雖然傳統(tǒng)河道規(guī)劃設(shè)計具有成本低、維護管理便利等特點,能夠在短時間內(nèi)達成河道使用目標,但在河道長期使用過程中,會出現(xiàn)河道淤泥、河道生態(tài)破壞、環(huán)境資源浪費等情況,不利于河道綜合效益的發(fā)揮。對此,文章以某地河道項目為例,指出生態(tài)水利工程中河道護岸的類型,明確了生態(tài)水利工程中河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計思路與方案,并對案例的河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計進行詳細的闡述分析,旨在為提升河道的生態(tài)規(guī)劃設(shè)計實效提供借鑒與參考。

1 項目背景

以某地河道項目為例,河道長度為14.27km,橫斷面呈現(xiàn)梯形形狀河底寬度為15.3～21.4m,河道的上口寬度為29.8～46.4,m,河道深度為5.4～14.7m。在實際使用過程中,該河道具有排水、蓄積雨水的功能。但在城鎮(zhèn)化建設(shè)進程不斷加快的背景下,該河道的污染問題愈加嚴重,河道生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,不利于生態(tài)與區(qū)域社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。據(jù)此,相關(guān)部門投入大量資金、人力資源等,以生態(tài)水利工程理念為導(dǎo)向,對河道進行科學的規(guī)劃設(shè)計,以提升河道的綜合效益。

2 河道護岸類型

2.1 生態(tài)河道護岸類型

生態(tài)河道護岸的類型較多,主要有以下3種:

1)自然原型。該類型護岸主要是通過種植植物,鞏固河堤,提升河岸的生態(tài)性。這種護岸的施工成本較低,能夠滿足生態(tài)環(huán)境建設(shè)的基本需求,且能夠提升河道景觀效果。

2)自然型。該類型護岸是綜合采用植物、石材等鞏固河堤的方式,通常應(yīng)用于坡面較陡的河道設(shè)計與實踐中。

3)復(fù)式階級型。該類型護岸是基于自然型護岸,應(yīng)用鋼筋混凝土等材料鞏固河堤的方式,能夠有效提升河道的抗洪能力。

2.2 城市河道駁岸類型

城市河道駁岸的形式多樣,不同形式有不同的適應(yīng)性。整體而言,現(xiàn)階段城市河道駁岸的類型主要有以下3種:

1)立式駁岸。該類型駁岸通常應(yīng)用在水面與陸地的垂直距離較大的河道設(shè)計實踐中,能夠有效提升河道景觀的層次性,美化河道空間。

2)斜式駁岸。該類型駁岸通常將駁岸改成斜面形式,能夠提升河道與水面的接觸面積,提升河道的使用安全性,但該類駁岸需要有足夠的空間。

3)多階式駁岸。該類型駁岸中通常設(shè)計有親水平臺,駁岸的親水性更強,但未對人與水之間的互動關(guān)系進行深入分析,且在水文等因素影響下,難以采用統(tǒng)一、固定化的設(shè)計方案。

3 生態(tài)水利工程的河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計思路與方案

3.1 河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計思路

現(xiàn)階段,生態(tài)水利工程理念已經(jīng)深度應(yīng)用于河道規(guī)劃設(shè)計工作中。生態(tài)水利工程理念的運用,需要對工程項目的具體情況進行有針對性設(shè)計,并對設(shè)計內(nèi)容進行優(yōu)化和創(chuàng)新。整體視角而言,河道生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計主要包括生態(tài)設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面。在生態(tài)設(shè)計方面,設(shè)計者應(yīng)綜合水工學、生態(tài)學等相關(guān)學科的理論與實踐經(jīng)驗,以實用性、協(xié)調(diào)性為基本原則和指導(dǎo),以恢復(fù)河道生態(tài)為目標,開展規(guī)劃設(shè)計工作[6]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,設(shè)計者可以應(yīng)用復(fù)式階級護岸等結(jié)構(gòu)類型,并在新的網(wǎng)格設(shè)計中應(yīng)用柵格結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)河道規(guī)劃設(shè)計中,設(shè)計主體思路為“工程確認、勘察研究、工程設(shè)計”。在生態(tài)水利工程理念導(dǎo)向下,河道規(guī)劃設(shè)計的主體思路為“工程確認、調(diào)查研究、工程設(shè)計、實驗驗證”[7]。在實地調(diào)查研究過程中,設(shè)計人員應(yīng)對工程所在地的地貌、地質(zhì)、水文、生物等內(nèi)容進行調(diào)查分析,保證規(guī)劃設(shè)計能夠滿足河道及其周圍生物生存繁衍需求。需要特別指出的是,生態(tài)水利工程理念下,河道設(shè)計的任務(wù)眾多,需要設(shè)計者根據(jù)實際規(guī)劃設(shè)計需求、目標,以創(chuàng)新的思維,對已有河道進行因地制宜的改善,并保證設(shè)計方案具有可行性、合理性、科學性與安全性。在設(shè)計材料方面,更多采用新型材料,切實做到節(jié)能、環(huán)保,進一步發(fā)揮出河道的綜合效益。

3.2 河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

生態(tài)水利工程的河道治理過程中,通常應(yīng)用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)護岸,包括籠石結(jié)構(gòu)生態(tài)護岸、植被加筋技術(shù)護岸等。結(jié)合具體河道治理實踐情況而言,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)護岸設(shè)計通常收到空間限制,難以有效實施,所以在具體設(shè)計實踐中,應(yīng)用柵格結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)下,可以在網(wǎng)格內(nèi)填充不同內(nèi)容,提升了河道治理實效與景觀效應(yīng)。為進一步提升柵格結(jié)構(gòu)設(shè)計實效,發(fā)揮其作用價值,需要對柵格結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計進行分析:

1)溢水堰結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計過程中,可以將直立的封閉式隔水砌墻改為斜式柵格結(jié)構(gòu),角度范圍為60-75度,同時在柵格內(nèi)留有小孔,滿足鞏固河堤、優(yōu)化景觀的需求。

2)親水臺與堤岸結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計過程中,應(yīng)以保證河床穩(wěn)定性為基本原則,結(jié)合河流的水文特征,確定柵格結(jié)構(gòu)的尺寸。若在設(shè)計中,存在河道硬化的情況,則需要將柵格結(jié)構(gòu)設(shè)計成為菱形柵格結(jié)構(gòu),提升景觀立體感。

3)河道結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計過程中,需要對河段被沖蝕情況進行分析,以采用具有針對性的堤岸結(jié)構(gòu),同時結(jié)合具體工程需求,充分利用親水平臺、親水臺階等,建立河流生態(tài)系統(tǒng)居民之間的緊密聯(lián)系。

4 生態(tài)水利工程的河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

4.1 溢水堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目中,河道的溢水堰呈梯形,高水位與低水位之間的差在1.87～2.14m。受季節(jié)性降水量的影響,在夏季,尤其是雨季,水流會漫出溢水堰;冬季雨水偏少時,水流會排出溢水堰[8]。這一結(jié)構(gòu),不利于溢水堰頂部的植物生長,且無法發(fā)揮出河道景觀、生態(tài)調(diào)節(jié)等作用價值。因此,設(shè)計者在河道生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計中,應(yīng)注重河道的結(jié)構(gòu)改造,將溢水堰結(jié)構(gòu)更改為景觀柵格結(jié)構(gòu);直立的溢水堰結(jié)構(gòu)更改為斜面柵格結(jié)構(gòu),并應(yīng)用生態(tài)袋等對柵格結(jié)構(gòu)進行填充。由于景觀柵格、斜面柵格結(jié)構(gòu)本身具有一定的蓄水能力,所以該結(jié)構(gòu)可以滿足水生植物在不同季節(jié)環(huán)境下的生長需求,進而發(fā)揮出河道景觀作用。

4.2 親水平臺與堤岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

在項目的實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn),河道有幾處親水平臺,且親水平臺設(shè)計采用了直接臨水式設(shè)計、直立式砌墻結(jié)構(gòu)。在景觀、視覺上存在不協(xié)調(diào)的問題,未發(fā)揮出河道景觀的觀賞價值。在河道溢水堰結(jié)構(gòu)改造后,在河道的人行道以外、近水面處,應(yīng)用斜面柵格結(jié)構(gòu),對河道、步道、河面進行有機連接,使其成為有機整體,具有連續(xù)性,為改善河道生態(tài)、景觀奠定基礎(chǔ)[9]。需要注意的是,親水平臺的結(jié)構(gòu)并不是獨立的系統(tǒng),而應(yīng)與河道岸邊的深層土質(zhì)形成良好的互動關(guān)系。同時,在親水平臺優(yōu)化設(shè)計過程中,設(shè)計者應(yīng)注重應(yīng)用自然材料,確保河道規(guī)劃設(shè)計具有穩(wěn)定性,改善河道的河岸景觀。

本項目原有堤岸應(yīng)用了磚砌結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以在客觀上增強水流的疏導(dǎo)作用,但降低了河道的景觀效益。在生態(tài)水利工程理念的導(dǎo)向下,對本項目堤岸結(jié)構(gòu)進行改造,需要設(shè)計人員兼顧河道景觀的生態(tài)效益、河道的實際使用功能,在堤岸的坡面上進行小孔徑的柵格化處理。在處理過程中,施工人員可以應(yīng)用鉆機,對其進行垂直于坡面的鉆孔處理,孔徑應(yīng)控制在2cm左右,孔深范圍為1.1～1.2m,孔的間距為30cm,小孔的排間距為50cm。需要注意的是,在鉆孔時,施工人員應(yīng)保證小孔排列的均勻性,使其兼具美觀性與實用性。為進一步發(fā)揮其景觀、生態(tài)效益,施工人員可以在小孔內(nèi)種植花卉,在提升河道景觀價值的基礎(chǔ)上,推動河道生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 河道結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目原有的河道結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了矩形混凝土隔水凹槽結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的防滲性能良好,能夠?qū)⒑拥赖膬?nèi)外環(huán)境劃分為兩個獨立的整體,對充分發(fā)揮河道的儲水功能具有積極作用。但在長期使用過程中,這種河道結(jié)構(gòu)設(shè)計會導(dǎo)致河底出現(xiàn)淤泥,對河道中水環(huán)境的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,極易出現(xiàn)降低水質(zhì)的情況。對此,有必要對河道結(jié)構(gòu)進行改良設(shè)計:

1)在河道的底部、與親水平臺相近處,分別設(shè)置箱狀構(gòu)筑物。在結(jié)構(gòu)布局方面,設(shè)計者應(yīng)將河道兩岸視為布局的中心,并以此為延伸點,對其進行延伸性設(shè)計處理。由于構(gòu)筑物的高度不同,所以在實際布置時,會出現(xiàn)錯落分布的情況,進而分隔出若干箱狀空間。在結(jié)構(gòu)布置完成后,施工人員可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)填筑砂石,并結(jié)合河道的實際水位變化情況,在相應(yīng)的水位位置種植水生植物等,起到優(yōu)化河道景觀與生態(tài)環(huán)境的作用[9]。為進一步發(fā)揮河道的生態(tài)效益,設(shè)計者可以在堤岸附近的淺水區(qū)種植荷花等挺水植物;在與堤岸較遠的深水區(qū)域,種植金魚藻等沉水植物。以此優(yōu)化河道景觀,并為水生動植物、河道周圍生物提供棲息地,最終實現(xiàn)河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

2)本項目原有河床設(shè)計采用了硬質(zhì)河床。這種方式的建造成本較低、工序簡單,但在長期使用過程中,會出現(xiàn)地下水補給受阻、水資源流失加重、失去天然植物過濾屏障等問題,不利于河道生態(tài)資源的保護。因此,本項目在河床改造優(yōu)化過程中,應(yīng)用柵格結(jié)構(gòu),并根據(jù)河道內(nèi)水流速度、河水水質(zhì)等,確定柵格規(guī)格,以科學、合理設(shè)置柵格結(jié)構(gòu)。結(jié)合本項目的河床結(jié)構(gòu)情況,確定將河道兩側(cè)柵格的規(guī)格設(shè)置為2m,以實現(xiàn)最大的河道改造效益。

5 結(jié) 語

綜上所述,生態(tài)水利工程理念在河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用,對充分發(fā)揮河道綜合效益具有積極作用。文章以某河道生態(tài)水利工程為例,在明確河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計思路與方案的基礎(chǔ)上,在溢水堰結(jié)構(gòu)、親水平臺與堤岸結(jié)構(gòu)、河道結(jié)構(gòu)三方面,對生態(tài)水利工程的河道“柵格”結(jié)構(gòu)設(shè)計進行系統(tǒng)分析。通過改造設(shè)計,實現(xiàn)了河道的實際應(yīng)用效果最優(yōu)化目標。