農村中小型河道生態治理方法研究

李新浩

（河南金鵲建筑工程有限公司，河南 平頂山 467000）

農村中小型河道大多貫通各鄉鎮地區，是農田灌溉的重要水利工程，對農業生產發揮著輔助農業排水和防洪排澇的重要功能[1]。近年來，國家不斷加大農村中小型河道投資力度，目的在于從根本上解決農村中小型河道防洪標準不足、生態環境差的問題[2]。農村中小型河道生態治理立足于恢復河道水生態系統，充分尊重人與自然環境的和諧共處[3]。現基于生態治理理念，以舞鋼市三里河治理為例，從工程設計的角度分析農村中小河流生態治理方法。

1 中小河流的現狀

目前，農村中小型河道普遍存在防洪標準不達標、生態環境質量差的現象[4]，這與周邊居民長期傾倒垃圾、未及時清浚導致河道淤堵、喪失行洪排澇能力有關。在夏季暴雨時節，河道行洪能力不足，最易導致洪澇災害頻繁發生[5]。由于中小型河道未得到有效管理，給地方政府帶來的經濟效益非常有限，所以地方政府通常會把資金投入經濟效益更為顯著的項目，這進一步加劇了大部分農村中小型河道處于無明確管理范圍、無人管理的狀態。即便部分河道進行了治理，但由于缺乏專業技術人員指導，河道生態系統反遭破壞，嚴重影響了兩岸居民的健康生活。

2 生態治河工程措施

2.1 河道堤線規劃

農村中小型河道的治理常以防洪排澇為目的，或對自然形態的河道進行人工裁彎取直，或將零散的河道、溝渠以人工開挖的方式匯聚成一條主流，致使原始河道中的主流、險灘和急流發生改變，生態環境遭到破壞。隨著生態治理理念的應用，當前河道治理工程在規劃設計時，會在滿足行洪條件的基礎上最大限度保持原河道岸線和周邊生態環境。自然曲折蜿蜒的河道若需調整河道行洪路徑，則需采取護坡、護岸工程，應充分論證其生態恢復措施的可行性。

2.2 堤岸結構設計

根據治理工程的需要，農村中小型河道堤岸防護工程在河水沖刷較輕、河流較寬敞的河段常選用砂礫料修筑堤防，并在堤頂種植易生長的灌木，在河道岸坡種植草皮并混栽柳樹、楊樹等樹種形成護堤林帶，從而提升河道岸坡穩定性和抗沖刷能力。在河道險工發育地段，一般呈現河水流速大、岸坡沖刷大、河勢走向彎曲的特點，僅靠生物護坡方式難以抵抗洪水沖刷，需要修筑丁壩護岸、賓格網石籠護岸、干砌石護坡等護岸工程。

2.3 河道清淤疏浚

大部分農村中小型河道都出現了自然和人為因素的河道淤積，這不僅是河道防洪中的最大隱患，也是大多數中小型河道治理的重中之重。常年的自然淤積和周邊居民人為傾倒垃圾導致河道淤堵嚴重，清淤工程量巨大，通常采用機械清理。此外，河道清障也存在很大難度，由于缺乏管理，很多農村河道管理范圍不明確，河道管理范圍內存在的非法建筑物嚴重影響到了河道行洪安全，勢必要無條件的拆除。在規劃設計時，應根據河道防洪標準及設計流量構造出滿足條件的行洪斷面，只有這樣河道才能真正實現防洪排澇的功能。

3 舞鋼市三里河生態治理工程設計與治理效果評價

3.1 工程概況

三里河發源于舞鋼市楊莊鄉東南部的龍王撞，境內主河道長45 km，一般寬100 m，流域面積329 km2。三里河河床窄淺，河床兩岸灘地和一、二級階地開闊，階地地面平坦，地表切割不深，呈平原河流相的堆積型地貌。田崗水庫下游河道下切嚴重，河道平均寬度100～300 m，河道蜿蜒曲折，局部河段岸坡高而陡，達15 m，河岸沖刷、坍塌嚴重，彎道險工發育，對岸邊村莊和耕地安全造成巨大影響。河道內樹木較多，密而雜，村莊的生活垃圾沿河傾倒導致河道主槽淤堵嚴重，嚴重影響河道泄洪。

本次治理范圍位于武功鄉境內，自田崗水庫溢洪道起至孫北橋處，長6.672 km，流域面積64.9 km2，5 a一遇設計洪峰流量240 m3/s，20 a一遇設計洪峰流量630 m3/s。

根據設計橫斷面數據、洪峰流量等要素，設計除澇、防洪水位采用河道能量方程進行計算：

式中：Z1，Z2為上下游斷面水位高度（m）；Q為流量（m3/s）；g為重力加速度（m/s2），取9.8 m/s2；W1，W2為上下游過水斷面面積（m2）；L為上下游斷面河道長度（m）；K1，K2為上下游斷面流量模數。

根據治理段河槽土質、灘地附著物和河道運行情況，參照有關規范及其他河道治理情況，類比河道原治理資料，選定治理段河道主槽糙率為0.025，漫灘部分由于河灘不平整、雜草樹木較多故糙率值采用0.06。

經推算，本次治理段5 a一遇除澇洪水位為73.90～77.39 m，20 a一遇設計防洪水位為76.80～80.94 m。

3.2 岸坡生態防護工程設計

本次岸坡生態防護工程以消除險情、滿足河道防洪要求為目標，堅持可持續發展原則，盡可能減少灘地的削減，以保持河道岸坡原貌、維持河道原有生態和水流條件為基準，采用行之有效的生態治理技術手段，在實現對治理河道護灘固岸、穩定河槽河勢、保護河道周邊村鎮與耕地安全的基礎上，最大限度地做到生態治理。因此，岸坡生態防護工程建設盡可能地順應水流方向和河道現狀堤岸走向，同時要考慮左右岸形式，以免出現大的挑流或者漩渦，以此來保證洪水下泄順暢；此外，要結合上、下游現有的防護工程現狀與其合理銜接，盡量減少防護工程占用河道行洪斷面，使整個河道治理防護工程渾然一體。

本次三里河治理段采用梯形斷面設計，大部分為復式斷面河道，主槽較淺，主槽兩側灘地較寬闊，現狀河道主槽過流不滿足5 a一遇設計洪水，故沿河道主槽現狀中心線在向兩側稍加開挖基礎上進行清淤疏浚，局部需調整主流切灘。險工護岸設計采用格賓網箱和網墊護岸2種結構型式。護坡式險工護岸采用網墊護岸，網墊規格主要為6.0 m×2.0 m×0.3 m。岸坡較陡處險工護岸采用格賓網箱護岸，網箱規格主要為2.0 m×2.0 m×1.0 m。護坡腳采用格賓網箱，網箱規格主要為2.0 m×2.0 m×1.5 m。格賓網箱和網墊下部鋪設土工布進行反濾，土工布規格為300 g/m2。格賓網格尺寸為80 mm×100 mm，鋼絲為鍍5%鋁鋅合金加稀土元素，線徑2.2 mm。格賓護岸型式按現狀岸坡進行確定，大部分采用格賓網箱和網墊相結合的形式，網墊護坡坡比不陡于1∶1.5，主要采用1∶1.5～4.5，對現狀坡比較陡位置采用格賓網箱進行防護。三里河格賓網箱和網墊護岸結構示意，如圖1所示。

圖1 三里河格賓網箱和網墊護岸結構示意

根據險工護岸型式的不同，選取典型斷面進行險工護坡穩定分析計算。典型斷面各地層的土物理力學特性指標，詳見表1。

表1 典型斷面岸坡土體物理力學特性指標

計算方法采用瑞典圓弧滑動法，其中施工和水位降落工況采用總應力法、設計洪水位工況按有效應力法計算，計算結果詳見表2。

表2 岸坡防護抗滑穩定計算成果

根據抗滑穩定計算成果，各種工況下岸坡抗滑穩定安全系數滿足相關規范要求，岸坡設計基本合理、安全。

根據《河道整治設計規范》（GB 50707-2011）附錄B，水流斜沖防護岸坡的沖刷深度計算公式如下：

式中：Δhp為從河底算起的局部沖深（m）；α為水流流向與岸坡的交角（°）；m為防護建筑物迎水面邊坡系數，取2；g為重力加速度（m/s2），取9.8 m/s2；d為坡腳處土壤計算粒徑（cm）；vj為水流的局部沖刷流速（m/s），按下式計算：

式中：Q1為通過河灘部分的設計流量（m3/s）；B1為河灘寬度（m），即從河槽邊緣至坡腳距離；H1為河灘水深（m）；η為流速分配不均勻系數，根據《河道整治設計規范》（GB 50707-2011）附錄B表B2.3，取1.5。

經計算，得水流斜沖防護岸坡的沖刷深度為0.9～1.2 m，護岸基礎深度1.5 m 大于沖刷深度滿足相關規范要求。

3.3 岸坡生態防護工程治理效果評價

三里河本次治理段護坡式險工護岸采用網墊護岸，岸坡較陡處險工護岸采用格賓網箱護岸，這種護岸方式不僅能夠很好地與現狀地形有效結合，還具有很強的透水性，在很大程度上降低了流體靜力造成的損耗；網箱砌體石縫很快會被土充填，花草可在此基礎上生長，進而實現防護功能和生態功能的結合，既提升了河道景觀效果，還在無形當中塑造出一個柔性防護工程體。網墊和網箱結構的縫隙具有土體與水體進行自然交換的功能，為動植物提供了天然的生長空間，實現了水土保持和自然生態環境的統一，符合河道生態治理理念。

該段河道實施生態治理后，護岸工程可有效保護兩岸農田和房屋，既提升了防洪標準，又改善了生態環境，工程效益、生態效益顯著，主要表現在：①減輕山洪災害影響。河道生態治理可起到加固河岸的作用，達到減輕洪水、泥石流等自然災害影響，保護沿河村屯、道路及群眾安全的目的。②減少三里河泥沙含量。河道兩岸修筑防護工程可減少泥沙入河量，減輕泥沙淤積對河流造成的危害。③改善生態環境，涵養水土。護岸工程的實施可有效控制土壤侵蝕，減少水、肥、土的流失并增加土地的使用價值，提高當地農業效益。

4 結論

近年來，隨著國家不斷加大農村中小型河道生態治理的力度，許多農村中小型河道已經恢復河道原有防洪能力和生態環境。通過對舞鋼市三里河生態治理方法的研究，可以得出以下2點結論：①農村中小型河道生態治理在滿足河道防洪標準的同時應兼顧生態環境，避免出現因河道治理造成的水環境破壞；②生態護岸是農村河道治理的重要工程內容，河道生態護岸不僅可以保護兩岸農田、房屋，還能有效提升周邊居民的人居環境，工程效益和生態效益顯著。