清原縣渾河河道橫斷面型式與護坡材料選擇

王曉涵

(撫順市清原滿族自治縣水務(wù)局，遼寧 撫順 113300)

1 工程概況

渾河流域發(fā)源于撫順市清原縣，徑流清原、撫順、遼中、遼陽、海城、大洼、大石橋、營口等市縣，屬獨立入海河流。渾河全長386.7km，大伙房水庫上游、下游為65.3km和321.4km，年徑流量50-70億m3，干流建設(shè)有黃臘坨、大伙房、邢家窩棚及沈陽水文站。河流東側(cè)水量豐富、坡陡谷深、支流密集，而西側(cè)水量較低、支流很少，所以為不對稱水系。

為解決清原縣城段防洪工程嚴重損壞、老舊問題以及提高渾河沿岸防洪能力，當(dāng)?shù)夭块T對洪水沖刷嚴重河段擬實施生態(tài)治理工程，通過修建生態(tài)護岸保護沿岸居民安全和自然環(huán)境。下游紅河口至小山城攔河壩段為河道綜合整治工程的設(shè)計范圍，治理段長11.34km。初步設(shè)計工程主要是加固整治左、右護岸和堤防，干流左岸、右岸堤防治理段長6.82km和8.74km，支流小山城河、古城子河治理段長459m和497m，改建攔河壩1座，穿堤涵洞1處，新建強排站1座。清原縣渾河河道整治工程必須引入新的治河理念，將改善水體環(huán)境、維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、提升河流水質(zhì)與傳統(tǒng)的河道治理技術(shù)結(jié)合，考慮兩岸景觀及植被狀況選擇合適的護砌斷面，增強河道的防洪能力和整體景觀效果。

2 河道斷面設(shè)計

2.1 工程布置

清原縣渾河河道治理以主槽行洪為主，盡可能保持原河道中心線不變以及現(xiàn)狀河流豐富的、特有的多樣性環(huán)境，河岸保持平順連接且局部寬闊處保持原岸線。以自然曲線為主設(shè)計河道平面線型，堅持約簡自然、宜彎則彎、宜寬則寬的原則與周邊地形渾然一體。

以現(xiàn)狀保留建筑物、堤頂、河底高程為控制點設(shè)計河道縱斷面，科學(xué)調(diào)整縱坡及河底高程，河底縱坡設(shè)計為0.0012-0.0026，水流速度經(jīng)水面線推算為0.81-2.45m/s，河道上口寬≥50m。

2.2 河道橫斷面設(shè)計

2.2.1 斷面形式

生態(tài)河道斷面設(shè)計以創(chuàng)建、保護良好的自然景觀和生存環(huán)境為基本條件，它是一項融合了美學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)和水利工程的綜合技術(shù)，在滿足堤防耐久性、安全性和強度要求的基礎(chǔ)上考慮生態(tài)效果，創(chuàng)建符合生物生長、水陸涵養(yǎng)與相互連通的仿自然生態(tài)河道[1-3]。因此，任何一種可以與生態(tài)過程相協(xié)調(diào)且最大限度的降低對水環(huán)境破壞的斷面形式均屬于生態(tài)設(shè)計，通過對河道斷面的優(yōu)化設(shè)計選擇合適的斷面形式，結(jié)合生態(tài)景觀與防洪安全要求實現(xiàn)生態(tài)河流系統(tǒng)的建設(shè)。林地、島嶼、草地或山丘都可以作為河流的自然生態(tài)系統(tǒng)，科學(xué)合理的斷面形式可以明顯改善水體、土壤與周邊環(huán)境質(zhì)量，同時顯著提升居民生活水平，充分發(fā)揮保持水土的功能，對增加周邊環(huán)境的文化氛圍、拓展區(qū)域發(fā)展空間及促進水生態(tài)建設(shè)具有巨大作用。當(dāng)前，河道整治工程比較常用的有矩形、梯形、復(fù)式和雙層等形式[4]，其優(yōu)缺點及適用范圍見表1。

表1 河道斷面形式

綜合考慮河道治理工程投資、景觀效果、親水性和周邊環(huán)境等要求，對于不同河段選擇合適的斷面形式，其中拆遷占地困難(如臨重要路段、村莊段)河道、兩側(cè)不受拆遷占地限制河道擬選取復(fù)式和梯形斷面形式。設(shè)計河道上口寬50-80m，河底寬10-50m，上下游岸線與濕地部位、濱水公園利用曲線平順連接。

2.2.2 護坡材料

河道生態(tài)治理的關(guān)鍵是處理好生態(tài)需求與防洪安全之間的關(guān)系，在滿足河流自然生態(tài)需求與營造良好生境的基礎(chǔ)上，生態(tài)護坡還要提升岸坡的抗沖刷防洪能力[5]。因此，解決河道治理問題最為有效且被普遍認可的方法為實施生態(tài)護坡工程，較為常見的護坡形式及其材料類型見表2。

表2 河道生態(tài)護坡形式及其應(yīng)用范圍

根據(jù)周邊景觀配置、水流速度和河道位置等實際情況，結(jié)合生態(tài)景觀與防洪安全要求，渾河治理工程選取不同的護坡材料。針對流速較小的順直河段、橋區(qū)段、村莊與險工段依次選取了植物護坡、傳統(tǒng)的漿砌石護坡、混凝土生態(tài)水工砌塊護坡。

2.2.3 橫斷面確定

結(jié)合清原縣渾河段氣候條件和地理位置，生態(tài)治理橫斷面的確定應(yīng)考慮以下要求：①以不降低河道防洪能力為基本條件實行河道生態(tài)治理，即生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)以不破壞原河道坡面為條件[6-7]。②選取適于本地生長且抗沖能力強、根系發(fā)達的林草和喬灌木，將其快速栽植于待治理的灘面和河堤。③將防沖刷和水生植物生長要求相結(jié)合設(shè)置岸坡消落帶，選擇合適的消落帶植物[8]。④根據(jù)河流特征和治理目標要求調(diào)整整體結(jié)構(gòu)，修復(fù)河邊濕地、深塘和淺灘。⑤將水生植物、動物、微生物種植或放養(yǎng)于不同河段，從而實現(xiàn)凈化河流水體和吸收水體營養(yǎng)液的目的。根據(jù)清原縣渾河段治理工程目標，遵循水人相親、自然和諧的原則分階段制定河道治理方案，具體如下：

險工段斷面：針對河道彎曲及水流速度較大河段，按照梯形斷面實行河道險工護砌，設(shè)計河道上口寬和河底寬為55-80m、10-40m，坡比≤1∶3，采用規(guī)格500mm×1080mm×1080mm預(yù)制混凝土生態(tài)水工砌塊防護設(shè)計洪水位以下坡面，為滿足植物生長所需空間砌塊預(yù)留孔洞，通過砌塊間的相互咬合和下鋪250g/m2無紡布形成近自然的生態(tài)護岸；綠化堤頂，采用植物護坡防護設(shè)計洪水位以上坡面，從而實現(xiàn)凈化水質(zhì)和保護堤岸安全的目標。

村莊斷面：對于拆遷占地困難(如臨重要路段、村莊段)河道，按照復(fù)式斷面進行河道整治，選用規(guī)格500mm×1000mm×2000mm預(yù)制混凝土生態(tài)水工砌塊防護設(shè)計洪水位以下坡面，護坡坡度1∶1，為滿足植物生長所需空間砌塊預(yù)留孔洞，采用C20混凝土作為砌塊基礎(chǔ)并且下鋪250g/m2無紡布；開口線至護砌以上邊坡比≤1∶3，綠化堤頂，將水生植物種植于河底兩側(cè)，由此達到水清、岸綠、景美、宜居的整治要求。

橋區(qū)段：為防止破壞橋梁及沖刷河道，采用漿砌石對上下游各50m及橋區(qū)作護底、護坡整治，河道斷面設(shè)計為梯形，厚500mm漿砌石、厚300mm沙礫料為護砌結(jié)構(gòu)上坡和下坡材料類型[9]。

濱河濕地段：將濕地斷面與河道主河槽結(jié)合，合理設(shè)計濕地河段兩側(cè)的護砌形式，將水生植物種植于低洼處，植草綠化河道周圍，利用現(xiàn)狀樹木和地形將中間斷面形成“樹島”，由此形成的護坡形式與險工段基本類似[10]。

一般斷面：針對走勢較順直、水流速度較小的河段，按照梯形斷面進行河道治理，設(shè)計河道上口寬和河底寬為60-80m、50-60m，綠化堤頂，水生植物種植于河底兩側(cè)，采用植物加固坡面。

3 結(jié) 論

河道斷面形式的選擇與河道生態(tài)環(huán)境建設(shè)、防洪工程安全密切相關(guān)，不同河段的水利條件、周邊環(huán)境和地理位置存在較大差異，因此河道護坡形式的選擇不僅要考慮與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，還要保證河道的行洪安全和岸坡穩(wěn)定。在滿足河流防洪功能的基礎(chǔ)上修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境，以最大限度的接近河流原有自然狀態(tài)為基準整治退化的河流生態(tài)系統(tǒng)，逐漸實現(xiàn)改善水體環(huán)境、創(chuàng)建和諧自然景觀區(qū)、河道堤型合理設(shè)計及增強自然景觀效果的目標。