基于生態的宿連航道直立式護岸開孔結構設計研究

林昱昕，劉亞斌，劉佰文，郝建新，徐宿東

（1.江蘇省交通運輸廳港航事業發展中心，江蘇 南京 210004；2.宿遷市港航事業發展中心，安徽 宿遷 223834；3.東南大學交通學院，江蘇 南京 211189）

建設資源節約環境友好型的生態航道，有利于水資源的綜合利用、降低能源資源消耗。宿連航道作為人工開挖的航道需要滿足通航航道的航道凈寬等要求，開挖的航道斷面寬度有限，無法滿足在航道斷面內鋪置人工開孔結構的要求。本研究提出多種直立護岸開孔結構生態友好型式方案，為其他航道護岸的設計及建設應用提供科學建議及參考。

1 工程概況

宿連航道主要位于江蘇省北部地區，西起宿遷宿豫區，東至連云港鹽河，是連接江蘇省“一縱”（京杭運河）和“二縱”（連申線）的一條東西向內河水路通道。一期工程為沭陽至宿遷中心城區千噸級船舶可以直接通達，500 噸級及以下船舶也可以直達連云港港口，航道路線全長58.5km。

本工程特征水位選取按《內河通航標準》（GB50139-2014）最高通航水位取20年一遇設計洪水位。確定航道沿線特征水位如表1 所示。本設計方案應用于最高通航水位16.81m，最低通航水位15.51m 工程段。

表1 直立式護岸預制開孔結構開孔設計方案

2 航道水域生態本底情況

對宿連航道與京杭大運河交界處的生態本底調查主要包括：浮游植物、底棲動物、漁業資源等。

浮游植物主要種類共計37 種，浮游植物作為水域中生命有機體的最原始生產者，其組成與多樣性的變化將直接影響到江湖生態系統的結構與功能。

底棲動物密度為113.33 ind./m2，共3 門7 種。其中軟體動物門中國銅銹環棱螺優勢度最高，優勢度高達0.65，其余種類的優勢度均為0.06。

魚類資源共采集魚類8 種，以小型魚類為主，其中刀鱭數量最多。

3 直立式護岸開孔結構設計

3.1 開孔結構設計方案

設計在進行宿連航道工程區域現有生態環境和物種調查的基礎上，分析區域內不同生物特點和水流條件，提出多種開孔直立護岸結構生態友好型式方案。方案對孔尺寸與位置進行設計，構造多水文形態的開孔結構。

根據生態本底調查的結果：淡水魚分布水層一般分為上中底層，一般距離水面約0.6m 的區域稱為上水層，水面以下0.5m 處至水底0.2m 的區域稱為中水層，通常距離水底0.3m 的區域稱為底層，不同種魚類因為生物特性的原因，一般生活在不同的水層。在設計結構開孔位置時根據不同水層的生物分布特征（浮游植物、兩棲動物、魚類），設計開孔位置以最低通航水位為設計參照位置，分別將開孔設置在護岸底部、中部與護岸上部（開孔頂部與最低通航水位持平）。考慮到開孔位置不同情況下護岸結構的強度和穩定性，開孔位置選擇在護岸中部與頂部時將開孔尺寸設置較大，在護岸底部時設計較小尺寸開孔。

3.2 開孔結構設計分析

3.2.1 設計方案一

采用護岸底部設計方案，開孔孔口底部距離航道設計斷面近岸底部0.55m，開孔孔徑直徑設計為0.5m，開孔內部空間底部距離開孔孔底部孔檻0.3m。根據預制箱型裝配式結構的尺寸設計，開孔的布置方式為間隔布置，見圖1、圖2。

圖1 結構方案一結構立面布置圖

設計方案中流速較大區域主要集中在開孔頂部區域，開孔空間內部整體流速仍然較小。航道表層因船舶行駛等形成的船行波在開孔結構內產生的流速分布整體較小。空間底部經過前部開孔底檻的防護形成了基本靜態的流場，航道內的波浪水流等外部條件對開孔底部的影響較小，開孔空間內可以保證安靜的流場環境。適合底層水中魚類進行各種生物活動，空間內穩定的流場環境與內部放置的樹枝也可為魚類活動提供穩定安全的庇護場所。

3.2.2 設計方案二

采用護岸底部設計方案，開孔孔口底部距離航道設計斷面近岸底部0.65m，開孔孔徑直徑設計為0.4m，開孔內部空間底部距離開孔孔底部孔檻0.4m。預制箱型裝配式結構的尺寸設計及開孔的布置方式為間隔布置，見圖3。

圖3 結構方案二結構立面布置圖

開孔結構設置在護岸底部時，航道表層因船舶行駛等形成的船行波在底部預制結構內產生的流速較小，結構空間內的流速分布整體較小，空間內可以保證安靜的流場環境。開孔內的穩定環境比較適合底層水中魚類與底棲動物等適宜生活在緩流與靜水區的生物，結構空間內穩定的流場環境與內部放置的樹枝開孔為魚類與底棲動物的產卵與活動提供了穩定安全的庇護場所。

3.2.3 設計方案三

采用護岸中上部設計方案，結構開孔孔口底部距離航道設計斷面近岸底部1.2m，開孔孔徑直徑設計為0.5m，開孔內部空間底部距離開孔孔底部孔檻0.3m。預制箱型裝配式結構的尺寸設計及開孔的布置方式為間隔布置，見圖4。

圖4 結構方案三結構立面布置圖

結構方案三表明預制結構設置在護岸中上部時的流速值增大，流速較大區域主要集中在結構頂部區域，結構空間底部的流速仍然較小。航道表層因船舶行駛等形成的船行波在護岸上部結構內產生的流速在開孔內部空間上部區域較大，在開孔內部空間低部區域較小，開孔內部空間上下部分區域的流速差異較大。結構空間上部比較適合中上層水中喜好快流速與高含氧量的魚類進行生物活動。

4 結論

本設計基于生態本底調查資料，根據航道工程區域內不同生物的物種特性以及偏好的水動力條件，設計了三種不同設置位置與開孔孔徑的直立式護岸開孔結構設計方案，有利于藻類、兩棲和魚類的生存與繁殖。該設計方案在保證航道通航功能的同時，還可促進生態功能的協調發展，為各種生物創造了更加廣闊多樣的生存環境，形成良性、穩定、多功能的生態調節系統，維系河道水系循環，充分發揮生態河道的凈化器功能。還可使流域生態環境可以得到一定的改善，衍生相應的經濟效益。