祁連山國家公園體制試點項目河道生態治理措施研究

孫麗娜

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

祁連山自然保護區天祝段位于大通河流域，發源于祁連山南麓大通山，流經青海省剛察、祁連、樂都等縣和甘肅省的天祝、永登兩縣，在青海省民和縣境內匯入湟水，是湟水最大的一級支流，黃河的二級支流，流域面積15130km2，河長560.7km，主河道平均坡降4.56‰。大通河是湟水最大的一級支流，流域面積15130km2，河長560.7km，主河道平均坡降4.56‰。大通河左岸支流小科什旦溝、雪龍溝、業土溝、那威溝四條溝道，河道淤塞嚴重，河床淤抬較高，河道兩側河岸無護砌，部分河段邊坡較高，存在滑坡危險，河道穿越少數民族地區，人口眾多，若遇特大暴雨將引起山洪災害暴發。因此，通過在天祝縣祁連山進行國家公園體制試點項目建設，加強祁連山天祝段河道生態治理，可以有效改良現狀破損河道的過水條件，減弱水土流失，降低洪水、塌方、泥石流等地質災害的發生率，有利于河道行洪安全，提升和美化沿河環境，對祁連山自然保護區的自然修復起到良好的促進作用[1]。本次需對小科什旦溝、雪龍溝、業土溝等大通河支流進行生態河道治理，新建生態防洪堤31km，其中，生態護坡防洪堤22.5km、坡式防洪堤4km、墻式防洪堤4.5km。

1 生態河道治理方案

1.1 河道治理護岸形式

河道治理護岸型式根據流域內河道地質、地形情況、風浪、水流作用和施工條件等因素綜合考慮，護岸工程可選擇的形式有：（1）坡式護岸；（2）壩式護岸；（3）墻式護岸。根據不同河段水流作用、地質、地形情況、施工條件、運用要求等因素，適宜本工程的護岸形式有坡式護岸和壩式護岸。通過護岸功能、工程造價、生態防護、環境美化等方面綜合分析比較后，本次治理的溝道護岸主要形式采用平順式坡式護岸，局部采用壩式護岸。本次護岸材料選擇現澆砼護坡、漿砌石和格賓護坡三種護砌型式進經濟技術比較。

1)現澆砼護坡結構方案。當河道護岸采用現澆混凝土結構時，滿足護面穩定的混凝土護面厚度t計算公式如下[3]：

式中：t為護岸面板厚度，m；η為系數，對開縫板取0.075；對上部為開縫板，下部為閉縫板可取0.10；H為計算坡高，m，取H1%；γb為混凝土板的重度，kN/m3；γ 為水的重度，kNm/3；L 為波長，m；B 為沿斜坡方向(垂直于水邊線)的護面板長度，m；m為斜坡坡率，m=ctga，a為斜坡的坡角。

經計算，混凝土護面厚度為0.12m。

根據計算結果，結合已建工程的經驗，護面現澆砼厚度取20cm(堤頂到堤腳)，強度指標為C25。混凝土護坡坡比1：1.5，基礎埋置深度2.0m，排水采用DN50PVC-U管，間排距2.0m，梅花型布置，每5m設置一道變形縫，縫內填閉孔泡沫板，迎水面聚氯乙烯膠泥封填。結構如圖1所示。

圖1 C20混凝土護坡典型圖

2)漿砌石護坡結構方案。漿砌石護坡也是國內常用的護坡結構，它能抵御更大的風浪沖刷，但需設排水孔，以排除墊層滲水。根據省內防洪工程漿砌石護坡統計，漿砌塊石護坡厚度一般為0.3～0.4m。漿砌石護坡坡比1：1.5，結構厚度0.4m，基礎埋置深度2.0m，排水采用DN50PVC-U管，間排距2.0m，梅花型布置，每5m設置一道變形縫，縫內填閉孔泡沫板，迎水面聚氯乙烯膠泥封填。結構如圖2所示。

圖2 漿砌石護坡典型圖

3)格賓護坡結構方案。

格賓護坡防護厚度采用下面公式計算：

式中：Dm為填石的中值粒徑，50%的填石粒徑超過該值；S0為粒徑安全系數；CS為填石穩定系數，取0.1；Cv為流速分布系數，d為流速V處的局部水深；rs為填石重度，kN/m3；rW 為水的重度，kN/m3；V為斷面平均流速，m/s3；g為重力加速度；K1為邊坡修正因子；R為水力半徑，m；b為水面寬度，m；

經計算t=0.25m。

考慮格賓護面施工因素及天祝縣已建工程的經驗，格賓護坡厚度為0.4m、固腳護坡厚度分別為1.0m和0.4m。結構如圖3所示。

圖3 格濱生態格網護坡典型圖

4)經濟比較。混凝土護坡、漿砌石護坡及生態格網護坡經濟比較按10m長主體工程量投資比較。見表1。

表1 不同護砌材料主體工程投資比較表

通過主體工程投資比較，漿砌石護坡最貴，混凝土和生態格網投資基本相當，因此護岸型式優先考慮后兩種材料，當不得不采用漿砌石護岸型式時再考慮漿砌。

石護岸結構

5)綜合比較。三種治理方案護坡技術上均能滿足工程要求,混凝土和漿砌石護坡屬剛性結構，對地基承載力較高，但二者的抗震性能較格賓生態網差，而且使用材料不可以重復利用，混凝土護岸和漿砌石護岸對水泥用量較大，施工過程中會產生大量的熱、污染大，使生態環境惡化。生態格網結構是一種整體性、透水性較好的柔韌結構，對地基變形適應能力強，可使土體、水體和水生物相互涵養，在目前可持續發展節能減排的大環境下，使用生態格網取代原有混凝土和漿砌石是大勢所趨。經濟性漿砌石護坡最貴，混凝土和生態格網投資相當[4]。因此，本工程溝道治理護岸材料推薦生態格網結構即格賓護坡結構。

1.2 護岸治理

根據國家及祁連山自然保護區相關保護管理條例，結合現狀河道地形條件以及河道內各種建筑物位置等綜合因素進行生態防護治理布局，分別在祁連山國家生態公園內的小科什旦溝、雪龍溝、業土溝、保干溝及朱岔溝溝道進行生態防治，溝道治理的范圍均在祁連山自然保護區以外，河道治理總長18.47km，新建護岸31km(其中格賓生態護岸24.064km，自然覆土植草護岸6.696km，漿砌石墻式護岸0.24km)。河道生態治理統計表見表2。

表2 河道生態治理統計表

2 護岸結構設計

2.1 生態格網護岸

生態格網護岸分為上部護坡和下部護腳兩個部分。根據河岸地形地質條件、施工方便，護岸坡度根據實際地形開挖或夯填成統一坡度，施工前護坡堤基必須清除坡面表層植物根系、腐殖土，清基厚度不少于30cm，地基采用砂礫石回填，護岸下部采用格賓網石籠護腳，上部護坡采用格賓網石籠護坡，格賓網石籠護坡迎水坡坡比1：1.5，護岸工程斜坡高度為1m，護坡厚0.4m，護岸頂設格賓網石籠封頂，寬度0.5m，在地基土與格賓網石籠之間設一層200g/m2的土工布作為反濾層。當臨河高坎高于護岸工程設計頂高程時，應確保開挖護岸頂高程以上邊坡穩定，本次砂礫石開挖邊坡 0.75～1：1.25。

格賓網鋼絲采用10%鋁鋅+混合稀土合金鋼絲覆塑防腐處理，經機械鉸合編織成的六鉸狀、六邊形網孔的網片結構[5]。護岸部位對應格賓網尺寸規格見表3。

表3 護岸部位對應格賓網尺寸規格表

填石要求[6]：格賓籠填充材料一般按就近原則選取塊石和碎石，填充比例為8：2，塊石飽和抗壓強度40Mpa以上，粒徑在8～25cm，強度等級MU30，遇水不易崩解和水解，抗風化，碎石應級配良好，石料質地堅硬。格賓籠填石粒徑120～250mm，中值粒徑190mm，按設計級配填裝。單側防護段生態格網護岸典型圖如圖4所示。

圖4 單側防護段生態格網護岸典型圖

2.2 漿砌石墻式護岸

墻式護岸采用漿砌石重力式護坡，護坡墻體采用漿砌石砌筑，墻頂寬度為0.5m，墻高為2m，底寬2.1m，為俯斜式結構，背水面坡比為1：0.3，迎水面坡比為1：0.1。墻前后各設置1個擴展墻趾臺階，高0.5m，寬0.5m。擋墻每隔10m設伸縮縫一道，縫寬3cm，縫內采用高密度聚乙烯閉孔泡沫板填縫處理，采用聚氯乙烯膠泥封口，填深為2cm。擋墻依據實際地形開挖(夯填)成統一坡度，夯填相對密度不小于0.65。擋墻布置φ=50mmPVC管做排水管，排水管按2m×2m的間距梅花形布置，坡度為4%。漿砌石墻式護岸典型圖如圖5所示。

圖5 漿砌石墻式護岸典型圖

2.3 自然護岸

自然護岸在溝道地形較寬闊的岸坡，依據實際地形對迎水面岸坡進行開挖 (夯填)平整成統一坡度，迎水坡坡比1：1.5，坡面覆腐殖土后植草，覆土厚度20cm，覆蓋度達到70%以上。

3 結論及建議

通過對所需河段護坡進行整修治理，疏浚河道、護砌河岸，一方面將有利于河道行洪安全，降低附近居民和農田受洪災的風險，也能提升和美化沿河環境；另一方面對保護村民出行安全，防止村莊和農田免遭洪水沖淹，以保障農民正常的生產生活，是推動國家公園體制試點與經濟社會發展相協調的需要。