河道整治工程生態護坡形式綜合評價分析研究

藍茂富

(深圳市光明區環境水務有限公司,廣東 深圳 518000)

0 引 言

在實際工程中,經常采用生態護坡來提高邊坡穩定性及生態性,而生態護坡的種類眾多,為選擇適合的護坡形式,需建立生態護坡綜合評價模型,并對其進行分析。

為此,許多專家學者開展了相關研究。穆奎等[1]以某植物護坡工程為研究對象,通過力學試驗及數值模型,分析了不同植被的力學作用機理,選擇合適該工程護坡的植被,結果表明植被的根系可顯著提高護坡的穩定性。王思瑞等[2]以某水利工程為研究對象,分析不同護岸襯砌方案的優勢與缺陷,研究了不同襯砌方案的經濟性、力學性能及對生態環境的影響,研究結果可為類似工程選擇襯砌方案提供相關參考依據。羅再根等[3]以某地區河道綜合整治工程為研究對象,對比土工材料植草護坡及生態袋護坡的差異性,并根據以上兩種護坡形式的優劣勢,并結合工程實際情況,選擇了合適的護坡方案。武治遠等[4]以某河道綜合治理工程為研究對象,對比分析了5種不同防護形式方案,分析不同方案對該工程的適用性,結果表明采用堤岸防護型式為最優方案。李濤等[5]以某鐵路環線工程為研究對象,分析了不同形式生態護坡的差異性,通過對生態、施工工期、穩定性、經濟性等方面進行綜合評價,結果表明采用新型護坡形式在滿足護坡穩定性的同時,還具有一定的生態效益。

本文以白花河為研究對象,基于層次分析法,建立生態護坡綜合評價結構模型,綜合分析不同生態護坡形式的優勢與缺陷,并對其穩定性、環保性、適用性及建設成本進行分析。

1 工程概況

本研究以白花河為研究對象,該河道源于禾槎澗水庫、畔坑水庫的發源地打石窩,由西南流向東北轉而由西向東,流經光明農場的黃屋排村、白花社區后,進入龍華區匯入觀瀾河,白花河(光明段)干流長5.49 km,白花河光明境內流域面積36.28km2。在水流作用下,該河道的護岸工程發生嚴重的沖刷破壞,庫岸穩定性較差,且該河道的水土流失情況嚴重,存在水體污染現象,水質較差。

針對以上問題,為了提高該河道的生態性及穩定性,對其開展生態護坡治理。目前,生態護坡形式主要分為生態植被護坡、土工格柵固土種植基護坡、預制混凝土護坡、石籠-灌叢層插護坡及生態混凝土護坡。為了分析以上生態護坡形式的優勢與缺陷,建立生態護坡綜合評價結構模型,對其穩定性、抗沖刷性、環保性、適用性及建設成本進行分析。

2 生態護坡綜合評價結構模型

為了綜合分析不同生態護坡形式的優勢與缺陷,基于層次分析法,建立生態護坡綜合評價結構模型。首先,構造生態護坡評價判斷矩陣,計算判斷矩陣的最大特征根和對應的特征向量,并進行一致性檢驗。然后根據層次分析法,計算各指標的權重、綜合評價指數,對指標進行歸一化處理,加權平均計算綜合評價指數,計算指標關聯度。根據計算結果進行綜合評價分析,比選護坡方案,進行評價指標權重分析,評價方法的合理性論證,比較其差異性。

根據上述生態護坡綜合評價模型,得出不同生態護坡的評價指標,見表1。由表1可知,不同類型生態護坡的穩定性及生態性具有一定的差異性。其中,生態植被護坡的穩定安全系數最大,其值為2.12;生態混凝土護坡的穩定安全系數最小,其值為1.58。預制混凝土護坡對于生態環境無明顯的改善效果,且其建設及維護成本較高;而其他護坡對于生態環境均存在不同程度的改善效果,且其建設及維護成本較低。其中,生態植被護坡的成本最低,其值為15～25元/m2。

根據式(1),對各指標的重要性進行對比,兩兩比較打分,得出kij,結果采用層次分析法進行分析。

(1)

根據式(2)、式(3),得出判斷矩陣A=(aij)m×m,其中aij為判斷矩陣的參數。

(2)

(3)

根據式(4),計算得優化矩陣B=(bij)m×m,其中bij為優化矩陣的參數。

(4)

根據式(5),計算指標因子值wi。

(5)

3 結果分析

為了綜合分析各因素對生態護坡整體指標的影響,依據調查問卷的評語集,進行定性指標量化計算。將生態護坡的評價指標分為結構、經濟、施工、生態指標,不同生態護坡的綜合評價指標值見表2。由表2可知,預制混凝土護坡與生態混凝土護坡在結構指標方面存在一定優勢,其結構的各項指標均大于8。但以上兩種護坡的經濟性指標較低,預制混凝土護坡與生態混凝土護坡的建設及運行經濟指標分別為10.19、11.64,表明以上兩種護坡雖然穩定性較高,但其建設成本也較高。對比分析以上兩種護坡在生態效益方面的優劣可知,預制混凝土護坡的各項生態指標較小,且其水質凈化性、蓋度、綠期均為0,表明預制混凝土護坡對于生態環境的改善效果并不顯著;而生態混凝土護坡的各項生態指標值較大,尤其是在透水性和涵水性、水文調蓄和水土保持方面,均具有明顯的環境優勢。

表2 不同生態護坡的綜合評價指標值

對于生態植被護坡而言,其結構指標較低,建設成本也較低,且施工難度不大,還具有一定的生態效益,可有效改善河道的生態環境。但其防洪排澇能力較差,在雨季或洪澇季節,護坡穩定性及安全性較低。

對于土工格柵固土種植基護坡而言,其結構指標較大,穩定性較高,但其建設及施工成本較高。對于產生的生態效益而言,其對水質凈化方面的改善效果較小,對水土保持的治理效果較好,該護坡在結構、生態方面存在一定的優勢,但其建設施工成本較高。

對于石籠-灌叢層插護坡而言,該護坡的結構指標較大,尤其在護坡穩定性方面的結構指標較高,但其在生態指標方面的優勢較不明顯,尤其對于水質凈化方面,指標僅為1.69。

由于不同指標對于生態護坡綜合評價的影響程度不同,所以需要對各指標的權重進行計算。生態護坡準則層與目標層的權重計算結果見表3。由表3可知,在準則層中,結構特性對生態護坡綜合評價的權重最大,其值為0.400 5;其次為生態特性,其值為0.295 3;再次為經濟特性,其值為0.188 5;施工特性的綜合評價權重最小,其值為0.126 0。表明在對生態護坡進行綜合評價時,結構特性對其評價結果的影響最大,施工特性對評價結果的影響最小。

根據表2、表3,計算得出不同生態護坡的綜合評價結果,見表4和圖1。根據表4和圖1可知,生態混凝土護坡的綜合評價指標最大,其值為7.784 9;石籠-灌叢層插護坡的綜合評價指標次之,其值為7.031 4;再次為土工格柵固土種植基護坡、生態植被護坡,其綜合評價指標分別為6.680 6、6.644 3;預制混凝土護坡的綜合評價指標最小,其值為5.621 3。結果表明,在本工程中,采用生態混凝土護坡的生態效果及結構穩定性最優;采用預制混凝土護坡的效果最差。

圖1 綜合評價結果

表4 不同生態護坡的綜合評價結果

4 結 論

為了綜合分析不同生態護坡形式的優勢與缺陷,本文以白花河為研究對象,基于層次分析法,建立生態護坡綜合評價結構模型,對其穩定性、環保性、適用性及建設成本進行分析。結論如下:

1)不同類型生態護坡的穩定性及生態性具有一定的差異性。其中,生態植被護坡的穩定安全系數最大,其值為2.12;生態混凝土護坡的穩定安全系數最小,其值為1.58。預制混凝土護坡對于生態環境無明顯的改善效果,且其建設及維護成本較高;而其他護坡對于生態環境均存在不同程度的改善效果,且其建設及維護成本較低。其中,生態植被護坡的成本最低,其值為15～25元/m2。

2)在準則層中,結構特性對于生態護坡綜合評價的權重最大,其值為0.400 5;其次為生態特性,其值為0.295 3;再次為經濟特性,其值為0.188 5;施工特性的綜合評價權重最小,其值為0.126 0。表明在對生態護坡進行綜合評價時,結構特性對其評價結果的影響最大;施工特性對評價結果的影響最小。

3)生態混凝土護坡的綜合評價指標最大,其值為7.849;石籠-灌叢層插護坡的綜合評價指標次之,其值為7.031 4;再次為土工格柵固土種植基護坡、生態植被護坡,其綜合評價指標分別為6.680 6、6.644 3;預制混凝土護坡的綜合評價指標最小,其值為5.621 3。