生態(tài)堤防建設(shè)在清水縣牛頭河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

陳超博

（天水市水利水電勘測設(shè)計院，甘肅 天水 741000）

1 概述

按照習(xí)近平總書記提出的黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，堅持量水而行、節(jié)水為重，堅持因地制宜、分類施策，堅持統(tǒng)籌謀劃、協(xié)同推進(jìn)的四項重大原則及《天水市2020年渭河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重點工作和任務(wù)分工》的要求，對牛頭河河谷區(qū)域內(nèi)進(jìn)行整體布局，對原牛頭河河道進(jìn)行治理，以滿足總體規(guī)劃要求。

過去堤防建設(shè)，僅是加固堤岸、裁彎取直、修筑丁壩等工程，滿足了人們對于防洪的要求，但沒有從發(fā)揮河流自然生態(tài)、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能的角度來考慮。這些堤防工程給人們帶來了巨大效益，但同時也極大地改變了河流的結(jié)構(gòu)和功能，造成一些生態(tài)環(huán)境問題。

生態(tài)堤防設(shè)計已引起了全國水利工程界的普遍關(guān)注，堤防設(shè)計要考慮河道生態(tài)，接近自然景觀，不破壞自然景觀。考慮生物的多樣性與城市景觀多樣性之間的關(guān)系，為不同生態(tài)習(xí)性的動植物創(chuàng)造不同的生態(tài)環(huán)境，以實現(xiàn)動植物的多樣性。最大限度地發(fā)揮生態(tài)環(huán)境綜合效益，促進(jìn)人與自然共同可持續(xù)發(fā)展。

2 工程區(qū)概況

工程區(qū)位于天水市清水縣東部低中山區(qū)，屬祁呂弧形褶皺帶，牛頭河是渭河一級支流。山脊高程1550～1750m，河谷區(qū)高程1330～1360m；局部表層有風(fēng)積黃土層覆蓋，基巖裸露。局部出露以侵入巖為主的花崗巖。工程區(qū)屬大陸季風(fēng)性氣候，系隴中南中溫帶半濕潤氣候區(qū)，雨量適中，氣候溫涼。牛頭河清水縣以上的隴山山地有天然林分布，草類茂密，植被較好。牛頭河上游段有森林分布，植被較好，泉水出露，徑流主要來源于上游，中游河道開闊，兩岸階地大部分開墾為耕地，清水縣城位于牛頭河左岸的階地上；下游段河道基本穿行于峽谷間，河道彎曲，凸岸有耕地，兩岸為石山，表層有黃土覆蓋，山坡長有低矮雜草，植被一般。

3 工程設(shè)計

從發(fā)揮河流自然生態(tài)、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能的角度來考慮，本次設(shè)計生態(tài)堤防護(hù)坡結(jié)構(gòu)采用植生型賓格石籠護(hù)坡，可提高工程區(qū)景觀效果。通過對河道整治、岸坡綠化，給清水縣城居民提供一處環(huán)境優(yōu)良的休閑娛樂場所。

3.1 工程總體布置

工程計劃在保持原有堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，拆除改造現(xiàn)有堤防為生態(tài)堤防，在河床面開挖一條泄洪槽，可泄洪流量為21.7m3/s，泄洪槽位于河道正中，設(shè)計為塔式賓格石籠結(jié)構(gòu)，泄洪槽至現(xiàn)有兩岸堤防之間為生態(tài)濕地公園，濕地內(nèi)以種植花卉、配置園林小品、人行景觀道路、小廣場為主線，輔助綠化。

3.2 泄洪槽設(shè)計

泄洪槽按明渠均勻流公式進(jìn)行水力計算，公式如下：

表1 泄洪槽參數(shù)表

圖1 泄洪槽設(shè)計圖

圖2 生態(tài)護(hù)坡設(shè)計圖

圖3 植生型賓格石籠結(jié)構(gòu)圖

公式中：i-縱比降；A-過水面積（m2）；n-糙率系數(shù)；X-濕周長（m）；設(shè)計流量：Q=21.7m3/s；河床糙率：n=0.020。

泄洪槽計算見表1，經(jīng)計算，確定泄洪槽寬10m；深度為2.0m。

泄洪槽設(shè)計為塔式賓格石籠結(jié)構(gòu)，底部為C20 砼栽卵石結(jié)構(gòu)，深2m，寬10m。泄洪槽設(shè)計如圖1 所示。

3.3 生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計

（1）堤距寬度確定。此段堤防原設(shè)計根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）中規(guī)定，本次生態(tài)治理段落設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)與原堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)一致。

根據(jù)錢寧在《河床演變》一書中提出，造床流量約相當(dāng)于1.5年一遇的洪水流量，本次計算采用2年一遇的洪水流量作為造床流量。

本設(shè)計中堤距指兩岸堤線中心距離即洪水治導(dǎo)線寬度。堤距確定主要考慮以下因素：一是滿足安全、通暢泄洪的要求；二是適當(dāng)考慮河相關(guān)系，盡可能不改變河型；三是少占耕地或不占耕地，權(quán)衡工程量與防洪效益，達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的合理性，統(tǒng)籌考慮各河段及上下游的行洪要求。防洪治導(dǎo)線寬度，下限應(yīng)大于造床流量下的穩(wěn)定河寬，上限一般以河床外包線或自然岸寬確定。沖積河流在水流與河床的長期相互作用下，能得以自由發(fā)展，經(jīng)過水流下河床的自動調(diào)整，河床形態(tài)將與流域來水、來砂及河床邊界條件相適應(yīng)。河道形態(tài)與水力泥砂因素及河床地質(zhì)條件之間也存在著某種物理量關(guān)系。

穩(wěn)定河寬計算：

根據(jù)阿爾圖寧公式：

式中：B-河槽穩(wěn)定寬度（m）；Q-造床流量（m3/s），Q50%=86.1m3/s；J-河床比降，J=0.005；ξ-斷面河相系數(shù)，ξ 值為7.84。

根據(jù)計算結(jié)果，B=36.46m，再結(jié)合河床現(xiàn)狀，原堤防設(shè)計堤距為120～130m，現(xiàn)有堤距均大于計算穩(wěn)定河寬，故本次堤線沿著舊堤線布置滿足防洪要求。

（2）護(hù)坡結(jié)構(gòu)選擇。結(jié)合施工區(qū)域規(guī)劃，選用賓格石籠護(hù)坡，由于網(wǎng)箱和石塊的結(jié)合具有撓性，植生型賓格石籠的高柔韌性使其具有適應(yīng)河床變形的能力；并且透水性好，有利于保持邊坡的長期穩(wěn)定；其良好的淤泥性使自然植被能夠迅速在表面生長，使得結(jié)構(gòu)能與周邊環(huán)境完美結(jié)合，具有良好的生態(tài)效果，并且賓格石籠具有施工周期短，施工效率高等特點。相比混凝土來說，對環(huán)境的影響也較小。

（3）堤防橫斷面設(shè)計。根據(jù)工程區(qū)現(xiàn)有規(guī)劃設(shè)計和近幾年來已建堤防工程經(jīng)驗，從生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)實用的角度考慮，經(jīng)方案比較確定該堤防堤身采用梯形結(jié)構(gòu)，筑堤材料采用就地開挖河床砂礫石填筑。夯填砂礫梯形堤身，筑堤砂礫石填筑相對密度不小于0.60～0.65。

護(hù)坡設(shè)計為植生型賓格石籠，邊坡為1：1.5，護(hù)坡均厚0.3m，在河床面鋪設(shè)2.5m 寬的賓格石籠水平鋪蓋，厚度為0.3m。植生型賓格石籠是采用六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)制作而成，底座結(jié)合加筋聚合物的蓋板形成的一種生態(tài)網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)，可結(jié)合高性能生態(tài)基材噴播達(dá)到快速綠化目的。生態(tài)護(hù)坡設(shè)計如圖2 所示，植生型賓格石籠結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

3.4 生態(tài)景觀設(shè)計

主要以種植花卉、配置園林小品、人行景觀道路、小廣場為主線，輔助綠化。綠化主要以灌木及矮化的喬木、草皮為主，花卉為輔。灌木以冬青、黃楊、小葉女貞、紫薇、迎春、月季、牡丹等列植為主，喬木以棕櫚、玉蘭、桂花孤植、對植、列植為主。花卉以萱草、芍藥、郁金香、一串紅、波斯菊等以花壇、片植、叢植或拼圖栽植為主。草皮以三葉草、紫花地丁、紫花苜蓿、野牛草、二月蘭等片植為主。園林小品沿景觀道路、汀步、踏石等布置，主要包括休閑長椅、石桌石凳、景觀石堆、垃圾桶、宣傳櫥窗等。

4 施工技術(shù)要求

賓格石籠的安裝應(yīng)在專業(yè)廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下完成。加筋植生型賓格石籠采用U 型釘固定于坡面，坡頂設(shè)錨固溝，底部與植生型賓格石籠絞合連接為整體，U 型釘采用φ8 鋼筋制作，梅花形布置，間距1m，網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度為24KN/m，聚合物剝離強(qiáng)度0.3KN/m。賓格石籠是采用六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)制作而成的一種網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)，網(wǎng)面由鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層低碳鋼絲通過機(jī)器編織而成，應(yīng)符合YB/T 4190-2018 的要求，賓格石籠填石要求質(zhì)地堅硬，強(qiáng)度等級MU30，比重不小于2.5t/m3，石粒徑以70-150mm 為宜。遇水不易崩解和水解、抗風(fēng)化；薄片、條狀等形狀的石料不宜采用，風(fēng)化巖石、泥巖等亦不得用作充填石料，填充空隙率不大于30%。聚酯長纖無紡布：標(biāo)稱斷裂強(qiáng)度為10KN/m，詳細(xì)指標(biāo)參照國標(biāo)GB/T 17639－2008《長絲紡粘針刺非織造土工布》。C 型釘由鍍鋅鋁合金鍍層鋼絲制成，鋼絲直徑為3.0mm，最小鍍層重量為255g/m2。鋼絲的最小抗拉強(qiáng)度為1720MPa。C 型釘最小拉開拉力值不低于2.0kN。

5 結(jié)束語

本工程的實施符合習(xí)總書記提出的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展》的國家戰(zhàn)略要求，設(shè)計的生態(tài)堤防建設(shè)在改善了水環(huán)境的同時，也改善了區(qū)域內(nèi)水生態(tài)、水資源和居住條件，并強(qiáng)化了文化、體育、休閑設(shè)施，使區(qū)域內(nèi)環(huán)境、防洪等再上新的臺階。生態(tài)堤防的綠化帶可發(fā)揮涵水保土的作用，綠地的建設(shè)將改善大氣、水體和土壤的質(zhì)量，將大大改善生態(tài)環(huán)境和人們的生活質(zhì)量。對優(yōu)化區(qū)域內(nèi)環(huán)境，提升建設(shè)項目形象，改善投資環(huán)境，都將產(chǎn)生直接影響。可達(dá)到美化城市景觀，提高城市品位和檔次的效果，實現(xiàn)良好的社會效益和生態(tài)效益。

賓格石籠生態(tài)護(hù)坡的形式具有較強(qiáng)推廣價值，在塊石料相對豐富的地區(qū)，該形式對原河床擾動較小，柔性材料適應(yīng)變形的能力強(qiáng)，更適宜生態(tài)要求。