生態水利工程的河道“柵格”結構設計探析

李旭暉

(固原市水利勘測設計院有限公司,寧夏 固原 756000)

0 引 言

傳統河道規劃設計的目標在于避免洪澇災害,且在河道維護管理過程中,需要每年進行加固處理[1]。雖然傳統河道規劃設計具有成本低、維護管理便利等特點,能夠在短時間內達成河道使用目標,但在河道長期使用過程中,會出現河道淤泥、河道生態破壞、環境資源浪費等情況,不利于河道綜合效益的發揮。對此,文章以某地河道項目為例,指出生態水利工程中河道護岸的類型,明確了生態水利工程中河道“柵格”結構設計思路與方案,并對案例的河道“柵格”結構設計進行詳細的闡述分析,旨在為提升河道的生態規劃設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。但在城鎮化建設進程不斷加快的背景下,該河道的污染問題愈加嚴重,河道生態系統遭到破壞,不利于生態與區域社會經濟的協調、可持續發展。據此,相關部門投入大量資金、人力資源等,以生態水利工程理念為導向,對河道進行科學的規劃設計,以提升河道的綜合效益。

2 河道護岸類型

2.1 生態河道護岸類型

生態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,提升河岸的生態性。這種護岸的施工成本較低,能夠滿足生態環境建設的基本需求,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,通常應用于坡面較陡的河道設計與實踐中。

3)復式階級型。該類型護岸是基于自然型護岸,應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性。整體而言,現階段城市河道駁岸的類型主要有以下3種:

1)立式駁岸。該類型駁岸通常應用在水面與陸地的垂直距離較大的河道設計實踐中,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系進行深入分析,且在水文等因素影響下,難以采用統一、固定化的設計方案。

3 生態水利工程的河道“柵格”結構設計思路與方案

3.1 河道“柵格”結構設計思路

現階段,生態水利工程理念已經深度應用于河道規劃設計工作中。生態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計,并對設計內容進行優化和創新。整體視角而言,河道生態水利工程規劃設計主要包括生態設計與結構設計兩方面。在生態設計方面,設計者應綜合水工學、生態學等相關學科的理論與實踐經驗,以實用性、協調性為基本原則和指導,以恢復河道生態為目標,開展規劃設計工作[6]。在結構設計方面,設計者可以應用復式階級護岸等結構類型,并在新的網格設計中應用柵格結構。

傳統河道規劃設計中,設計主體思路為“工程確認、勘察研究、工程設計”。在生態水利工程理念導向下,河道規劃設計的主體思路為“工程確認、調查研究、工程設計、實驗驗證”[7]。在實地調查研究過程中,設計人員應對工程所在地的地貌、地質、水文、生物等內容進行調查分析,保證規劃設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,生態水利工程理念下,河道設計的任務眾多,需要設計者根據實際規劃設計需求、目標,以創新的思維,對已有河道進行因地制宜的改善,并保證設計方案具有可行性、合理性、科學性與安全性。在設計材料方面,更多采用新型材料,切實做到節能、環保,進一步發揮出河道的綜合效益。

3.2 河道“柵格”結構設計方案

生態水利工程的河道治理過程中,通常應用網格結構護岸,包括籠石結構生態護岸、植被加筋技術護岸等。結合具體河道治理實踐情況而言,網格結構護岸設計通常收到空間限制,難以有效實施,所以在具體設計實踐中,應用柵格結構。該結構下,可以在網格內填充不同內容,提升了河道治理實效與景觀效應。為進一步提升柵格結構設計實效,發揮其作用價值,需要對柵格結構的具體設計進行分析:

1)溢水堰結構設計。在設計過程中,可以將直立的封閉式隔水砌墻改為斜式柵格結構,角度范圍為60-75度,同時在柵格內留有小孔,滿足鞏固河堤、優化景觀的需求。

2)親水臺與堤岸結構設計。在設計過程中,應以保證河床穩定性為基本原則,結合河流的水文特征,確定柵格結構的尺寸。若在設計中,存在河道硬化的情況,則需要將柵格結構設計成為菱形柵格結構,提升景觀立體感。

3)河道結構設計。在設計過程中,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構,同時結合具體工程需求,充分利用親水平臺、親水臺階等,建立河流生態系統居民之間的緊密聯系。

4 生態水利工程的河道“柵格”結構設計分析

4.1 溢水堰結構設計

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]。這一結構,不利于溢水堰頂部的植物生長,且無法發揮出河道景觀、生態調節等作用價值。因此,設計者在河道生態水利工程規劃設計中,應注重河道的結構改造,將溢水堰結構更改為景觀柵格結構;直立的溢水堰結構更改為斜面柵格結構,并應用生態袋等對柵格結構進行填充。由于景觀柵格、斜面柵格結構本身具有一定的蓄水能力,所以該結構可以滿足水生植物在不同季節環境下的生長需求,進而發揮出河道景觀作用。

4.2 親水平臺與堤岸結構設計

在項目的實地調查中發現,河道有幾處親水平臺,且親水平臺設計采用了直接臨水式設計、直立式砌墻結構。在景觀、視覺上存在不協調的問題,未發揮出河道景觀的觀賞價值。在河道溢水堰結構改造后,在河道的人行道以外、近水面處,應用斜面柵格結構,對河道、步道、河面進行有機連接,使其成為有機整體,具有連續性,為改善河道生態、景觀奠定基礎[9]。需要注意的是,親水平臺的結構并不是獨立的系統,而應與河道岸邊的深層土質形成良好的互動關系。同時,在親水平臺優化設計過程中,設計者應注重應用自然材料,確保河道規劃設計具有穩定性,改善河道的河岸景觀。

本項目原有堤岸應用了磚砌結構,這種結構可以在客觀上增強水流的疏導作用,但降低了河道的景觀效益。在生態水利工程理念的導向下,對本項目堤岸結構進行改造,需要設計人員兼顧河道景觀的生態效益、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,施工人員可以應用鉆機,對其進行垂直于坡面的鉆孔處理,孔徑應控制在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。為進一步發揮其景觀、生態效益,施工人員可以在小孔內種植花卉,在提升河道景觀價值的基礎上,推動河道生態的可持續發展。

4.3 河道結構設計

本項目原有的河道結構設計采用了矩形混凝土隔水凹槽結構。該結構的防滲性能良好,能夠將河道的內外環境劃分為兩個獨立的整體,對充分發揮河道的儲水功能具有積極作用。但在長期使用過程中,這種河道結構設計會導致河底出現淤泥,對河道中水環境的穩定性產生影響,極易出現降低水質的情況。對此,有必要對河道結構進行改良設計:

1)在河道的底部、與親水平臺相近處,分別設置箱狀構筑物。在結構布局方面,設計者應將河道兩岸視為布局的中心,并以此為延伸點,對其進行延伸性設計處理。由于構筑物的高度不同,所以在實際布置時,會出現錯落分布的情況,進而分隔出若干箱狀空間。在結構布置完成后,施工人員可以在結構內填筑砂石,并結合河道的實際水位變化情況,在相應的水位位置種植水生植物等,起到優化河道景觀與生態環境的作用[9]。為進一步發揮河道的生態效益,設計者可以在堤岸附近的淺水區種植荷花等挺水植物;在與堤岸較遠的深水區域,種植金魚藻等沉水植物。以此優化河道景觀,并為水生動植物、河道周圍生物提供棲息地,最終實現河道生態系統的穩定、可持續發展。

2)本項目原有河床設計采用了硬質河床。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,不利于河道生態資源的保護。因此,本項目在河床改造優化過程中,應用柵格結構,并根據河道內水流速度、河水水質等,確定柵格規格,以科學、合理設置柵格結構。結合本項目的河床結構情況,確定將河道兩側柵格的規格設置為2m,以實現最大的河道改造效益。

5 結 語

綜上所述,生態水利工程理念在河道“柵格”結構設計中的應用,對充分發揮河道綜合效益具有積極作用。文章以某河道生態水利工程為例,在明確河道“柵格”結構設計思路與方案的基礎上,在溢水堰結構、親水平臺與堤岸結構、河道結構三方面,對生態水利工程的河道“柵格”結構設計進行系統分析。通過改造設計,實現了河道的實際應用效果最優化目標。