生態堤防設計在水利工程中的運用研究

孟祥軍

摘 要：在水利工程中，生態堤防設計尤為關鍵，不僅可以維持河流水平平衡的生態系統，而且可以確保經濟社會的可持續健康發展。對此，文章以生態堤防設計作用及原則為基礎，以清水縣牛頭河生態防洪工程為例，重點闡述了如何設計生態堤防，總結經驗等內容，以便能夠更好地指導實踐工作。

關鍵詞：水利工程;生態堤防;設計

中圖分類號：TV5文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-007-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.004

當前，我國生態環境質量每況愈下，水污染、大氣污染等問題層出不窮，嚴重制約了經濟社會的可持續健康發展[1]。作為事關國計民生的重大項目，水利工程施工過程中會不同程度地污染或破壞生態環境。為了優化生態環境，水利工程建設開始越來越重視生態環境保護。生態堤防應運而生，并結合水利工程現狀進行科學設計，以此來提高整個工程的生態建設水平。

1 生態堤防設計的主要作用

對于傳統堤防而言，運用到的材料主要為混凝土、水泥以及瀝青等，并采取復合式、自立式，亦或是斜坡式等相關結構型式，在重視經濟以及安全的背景下，對河流生態功能造成了影響。在經濟社會發展速度逐漸加快的形勢下，人民群眾的生活水平得到了全面提升，對水利工程的要求也越來越高。基于此，需要在確保防洪安全的同時，對水利工程和居住環境進行優化，確保人們能夠擁有舒適的休閑場所，構建養殖漁業、山水田園等相關綠水經濟帶。

因此，針對堤防生態設計的需求越來越強烈，其在實際運用過程中發揮著重要作用，主要表現為：其一，生態堤防設計能夠對水土流失狀況進行全面優化，普遍采用柔性結構生態材料，抗震效果顯著，可積極適應地基不均勻沉降的情況，確保水利工程安全運行。其二，生態堤防設計符合人與自然和諧相處的理念，滿足了群眾對生態環境的需求。因生態材料親水性能較佳，可保障生物與植物健康成長，發揮優化景觀環境、凈化水質、改善生態環境等功能[2]。其三，生態堤防設計中整合了與水土保持相關的理念，落實好水土保持工作，能夠對水環境質量進行全面優化，以此確保當地經濟可持續健康發展。其四，生態堤防建設還具有強化土壤、涵養水源的作用。在旱季來到時，能夠對地表徑流進行有效補充，合理分配與利用水資源。在汛期，其能夠有效吸收多余的雨水，防洪功能明顯。其五，生態堤防設計可避免過多的泥沙進入河流，確保河道始終保持暢通，預防洪澇等自然災害發生。

2 生態堤防設計原則

2.1 整體性、安全性原則

生態堤防設計中要突出整體性原則，需要從整個水利工程建設需求出發，關注堤防建設在長期和短期取得的各種效益，在設計之初就要保證堤防與自然充分融合在一起，最大限度提高生態堤防的綜合效益。通常來說，水利工程堤防建設發揮著防洪度汛等功能，還要將安全性原則放在重要位置，通過實地考察，掌握地形地勢、環境交通等情況，保證在堤防設計中消除安全隱患，為后續施工創造條件，保證取得預期建設效益，也避免出現事故風險。

2.2 因地制宜原則

水利工程生態堤防設計中還要提高對堤線布置的重視程度，對設計者而言，需要堅持“因地制宜”的原則，將河流水域最原始的自然形態保留下來[3]。要以河流原有的蜿蜒形態或者分叉散亂的形態為前提，有針對性地完成生態堤防設計，保證堤防建設與周邊環境融為一體。此外，堤防的間距設計也是一項關鍵內容，要重視為生態系統中各種生物的正常生長與發育提供所需的生態環境，將河流水的凈化功能充分體現出來。在堤線布置過程中，要全面考慮到堤型選擇，一般情況下，堤型會根據“因地制宜”的基本原則選用當地材料建設。這種方法既能推動生態堤防設計的正常進行，也能滿足生態系統的要求，保證后期水利工程能夠發揮應有的作用。

2.3 生態效益性原則

在以往的水利工程堤防設計過程中，對自然環境保護與治理的重視程度不夠，過于關注河道河流內部問題，忽視了生態系統的穩定性，未采取相應的保護措施。這樣，堤防建設后極易發生生態效益不平衡的問題，而生態堤防設計可以解決這些問題。所謂生態效益性原則，就是必須給予自然生靈足夠的尊重，按照“生態治水、生態管水”等思路進行，保證工程建設盡可能減少對生態環境帶來的影響，能夠提高綜合效益。要在不破壞河流生物生存需要的基礎上，保留水生動植物進行繁衍以及生存的相關場所，使人和自然之間能夠和諧共存，形成人水共榮的良好局面。

3 以清水縣牛頭河生態防洪工程為例

3.1 工程區概況

該工程處于天水市清水縣東部低中山區，牛頭河是渭河的主要分支。該河流上段分布著森林，植被較多，徑流來自于上游，中游河道較為開闊，兩岸階地大多數開墾成耕地，清水縣則處于該河流左岸的階地上;下游穿過峽谷，河道彎彎曲曲，凸岸存在大量耕地，兩岸為石山，植被情況一般。

3.2 工程設計

3.2.1 工程總體布置

此工程需要在確保現有堤防防洪標準的基礎上，將其逐步改造成生態堤防，設置泄洪槽，其流量控制在21.7m3/s，槽位設計在河道中間，采取塔式賓格石籠結構，泄洪槽到兩岸堤防之間設計生態濕地公園，種植相關花卉、搭配園林小品、人行景觀道路、廣場等。

3.2.2 泄洪槽設計

泄洪槽根據明渠均勻流公式，對水力進行準確計算，主要公式為：

流量：Q=AV=AC? Ri=A R2/3i1/2;

謝才系數：C= R1/6;

根據該河流的實際情況與計算公式，計算出泄洪槽寬10m，深度為2.0m。

泄洪槽設計采取塔式賓格石籠結構，底部設計為C20砼栽卵石結構，深2m，寬10m。泄洪槽設計如圖1所示。

3.2.3 生態護坡設計

堤距寬度確定。嚴格按照《堤防工程設計規范》進行設計，并確定該河流近兩年的流水流量情況為造床流量。同時，堤距指兩岸堤線中心距離，即洪水治導線寬度。穩定河寬計算公式：

其中，B為河槽穩定寬度（m）;Q為造床流量（m3/s），Q50%=86.1（m3/s）;J為河床比降，J=0.005;ε為斷面河相系數，ε=7.84。根據計算結果，B=36.46m，再根據河床實際情況，原堤防設計堤距為120m～130m，其堤距均>穩定河寬計算數值，因此沿用舊堤線。

護坡結構選擇。基于施工區域規劃實際情況，選擇采用賓格石籠護坡，因網箱與石塊的結合使用具有撓性，植生型賓格石籠具有高柔韌性，能夠適應河床變形的情況。同時，具有較佳的透水性，能夠長期穩定邊坡;具有較強的淤泥性，可保障自然植被健康成長，促使結構同周邊環境完全融合，生態效果顯著。再加上賓格石籠建設周期較短、施工效率高，同混凝土相比，對環境的影響相對較小。

堤防橫斷面設計。結合多方實際情況，該堤防堤身采取梯形結構，筑堤材料使用河床砂礫石，填筑密度不得低于0.6～0.62[4]。護坡設計為植生型賓格石籠，邊坡為1：1.5，護坡厚度為0.3m，在河床面鋪設寬2.5m的賓格石籠，采取水平鋪蓋的方法，厚度控制在0.3m。植生型賓格石籠則采取六邊形雙絞合鋼絲網，底座采取加筋聚合物的蓋板，制作成形生態網墊結構，并噴播高性能生態基材，實現迅速綠化的目標。生態護坡設計如圖2所示，植生型賓格石籠結構如圖3所示。

3.2.4 生態景觀設計

生態景觀設計中，應積極種植花卉，搭配園林小品、小廣場及人行景觀道路，加強綠化。其中，以灌木及矮化的喬木、草皮為主，其是綠化的重點。灌木可選擇冬青、黃楊、紫薇、迎春等;喬木可選擇棕櫚、玉蘭、桂花孤植等;花卉可采取叢植、片植、花壇的方式，栽植芍藥、郁金香、一串紅、波斯菊等;草皮可選擇紫花地丁、紫花苜蓿、野牛草等;園林小品可順著景觀道路布置休閑長椅、石桌石凳、景觀石堆、垃圾桶等。

4 結語

在水利工程中，生態堤防設計尤為必要，目前我國的相關運用還未成熟，設計技術及能力較為滯后。所以，相關單位及部門必須嚴格遵照生態堤防設計原則及標準，結合水利工程現狀進行科學設計，有力促進水利工程向生態化、科學化的方向發展。

參考文獻

[1] 曾曦，朱丹丹，范鴻杰.山區型河流生態堤防設計——以西昌麻柳河為例[J].智能城市，2020，6（22）：7-9.

[2] 歐徽彬.生態堤防設計在水利工程中的應用探討[J].工程技術研究，2020，5（6）：235-236.

[3] 王震宇.生態堤防設計原則及問題分析[J].水利規劃與設計，2018（11）：20-22.

[4] 于曉琳.格賓石籠在生態堤防工程中的適用性分析[J].黑龍江水利科技，2018，46（2）：39-41.