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生态水利在西北干旱地区河道治理工程中的应用

2024-08-28 138 上传者：管理员

摘要：年来，我国经济高速发展，生态环境保护和水利工程建设之间出现了一定的矛盾，尤其西北干旱地区河道治理工程，普遍存在治河理念落后、技术手段单一、水生态环境治理成效差等问题。为此，探索一种安全可靠、技术可行、投资节约、生态效果好的河流生态治理技术方法，尤为重要。本文结合武威市凉州区金塔河生态防洪治理工程实际，探索了生态水利在河道治理工程中应用的重点、难点和要点，以期为西北干旱地区河道治理工程提供参考。

关键词：
水利工程建设
河道治理
生态水利
生态环境保护
西北干旱地区
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长期以来，受区域经济发展不平衡、不充分限制，西北干旱地区河道治理以防洪保安为目标，忽略了河道生态服务价值、社会服务价值的体现和应用，河流渠化和非连续化的现象较为突出，河道生态系统局部退化。2010年以后，随着生态文明建设的深入，生态水利的治河理念开始在河道治理工程中萌芽，我国南方部分先进地区开始将生态的理念融入河流治理工程中。西北地区受经济社会发展制约，河流生态治理的发展进程稍显滞后。

为此，探索一种安全可靠、技术可行、投资节约、生态效果好的河流生态治理技术方法，尤为迫切和重要。本文结合武威市凉州区金塔河生态防洪治理工程实际，探索生态水利在河道治理工程中应用的重点、难点和要点，以期为西北干旱地区河道治理工程提供参考。

1、河流概况及存在的问题

1.1河流概况

金塔河是石羊河水系的一条主要支流，发源于祁连山东段冷龙岭北坡的天梯山，由大水河、冰沟河两条支流汇集而成，干流在出山口经南营水库调蓄利用后，余水过武威市东城区，汇集沿线泉水于松涛寺附近流入石羊河。南营水库汇水面积852km2，多年平均径流量1.31亿m3，入库悬移质沙量为22.8万t。

流域大洪水多由暴雨形成，自5月春汛开始，至9月秋汛结束，春、夏、秋三汛相连，汛期长达5个月，但量级较大的洪水一般均发生在7～8月。南营水库20年一遇洪水最大入库流量529m3/s，最大出库流量311m3/s。受南营水库运行调度的影响，行洪时间短，洪峰大，瞬时破坏性强。

1.2治理河段概况

金塔河穿越甘肃省人口最多的地级市，承担着武威市城市防洪南大门的重任，在流域整体防洪体系中占据重要的地位。治理河道为城区上游段，南起南营水库泄洪洞出口，北至城市南界连霍高速桥，全长14.5km，河床宽150～300m，河道坡降1/40～1/60，断面最宽处320m，最窄处88m。

经过实地调研，河道两岸零星分布有20世纪六七十年代修建的简易防洪堤，河床内多为大卵石，且随着坡降变缓逐渐向下游过渡为砂砾卵石，枯水河槽主槽摆动，中水河槽基本稳定，为微弯顺直型河流。治理河段现状情况比较复杂，见表1。

1.3防洪安全存在问题

1.3.1防洪体系不完善

治理河段两岸分布有大量农田、村庄，下游即是武威城区段，河道行洪安全直接影响城区安全。虽经多年防护修复，仍未形成完整的防洪体系，行洪河道主流游荡不定，河床内堆积和低洼纵横交错，过水断面宽窄不均，两岸农田及村庄每年遭受不同程度的损失，洪灾频繁，已成为市、区重点防洪区。

1.3.2河道水生态系统脆弱

河道沿线水源涵养能力弱，治理措施片面强调防洪、排水功能，忽略水系的生态功能修复，渠道化和非连续化导致河流生境单一。受河道常年冲淤影响，河道不被淘刷发生塌岸，部分河段主槽淤积严重，河道水流分散，主槽两侧滩地自然植被稀疏，河道生态系统退化。

表1 金塔河生态防洪治理河段现状调查表

表2 金塔河生态河道治理疏浚清淤设计参数

1.3.3已建堤防（护岸）工程生态性差

现状堤防大部分为浆砌石护坡或浆砌石加干砌石护坡，有些为自建堤防，由于断面设计不合理，加之年代久远，部分浆砌石堤防表面砂浆脱落，护坡坍塌、堤基冲毁，稳定性和美观性严重不足，与现代综合治理、生态理念不符。

2、河道治理思路

2.1技术路线

金塔河治理河段位于武威城区上游，河岸两侧房屋村社星罗棋布，人居环境相对密集，研究在全面调查与评价河流生态系统的基础上，遵循“因害设防，重点治理；因地制宜，水岸和谐；天然岸坡与生态堤防结合；工程防护与生态防护结合”的设计原则，按照既要满足提高防洪能力、也要注重维护河流自然生态状况的要求，合理确定河流生态治理空间尺度，研究制定河流地貌形态保护与修复技术，营造人水和谐生态空间，促进提升农村水利环境。

2.2河道生态治理空间尺度的确定

河道治理综合考虑安全性、现实性和经济合理性，在满足安全、经济、通畅泄洪要求同时，充分考虑河相关系，尽量顾及原有河岸线和枯水河槽的弯曲形态，上、下游相互呼应、平顺衔接。

治理河段以洪水整治线确定堤线，稳定河宽采用两种方法计算比较，第一种采用水流阻力公式，第二种为采用阿尔图宁公式计算。根据河床走势，取典型断面纵坡进行计算，纵坡为0.02。河流造床流量91.5m3/s，糙率为0.045，稳定河宽系数1.5，计算稳定河宽分别为81m、32m。结合现状河岸地形条件，最终选定治理河宽不小于88m。

2.3河流地貌形态保护与修复技术

2.3.1河道地貌单元的生态重建

为确保防洪安全，根据河流洪水淹没范围、当地经济发展需求，对有砂卵砾石淤积、影响行洪河段，疏浚河道、稳定河势，同时结合防洪需求，完善防洪体系，补全堤防断点。

2.3.1.1河道疏浚

河道疏浚遵循以下原则：

(1)上下游河道平顺衔接；

(2)尽量维持现状河道纵坡，主河槽相对稳定；

(3)疏浚后河床面河道疏浚过程中，最大限度地保持原河道纵坡，疏浚开挖深度不超过1m，疏浚宽度按照整治河宽设计，疏浚后河床面高程不低于原河床深泓点高程（河道疏浚设计参数见表2）。高程不应低于原河床深泓点高程；

图1 新建护岸典型横断面示意图

(4)应按河床平均高程分析，进行局部疏浚；

(5)疏浚开挖料能够有效利用，弃土不外运。

经计算，河道总疏浚量为23.37万m3，河道疏浚的砂砾石可满足料源需要，一部分用作本工程格宾料的来源，另一部分可用于堤身的填筑。

2.3.1.2堤防建设

综合考虑地理位置、地质条件、土地占用、工程造价等因素，尽量挖填方量平衡，堤线布置力求平顺连接，尽量避免折线或急弯，同时减少占压耕地、拆迁房屋少的地带。选用坡式堤防，并开辟一定量的堤顶交通道路，可以预留有一定的安全余度。

2.3.2堤防的生态化改造

当地河道堤防一般采用浆砌石刚性衬砌，材料充足，工艺简单，造价低，维护方便，但也存在变形能力弱，易跨塌、冻融破坏等缺点。现代生态改造在材料的选择上，以生态格网护坡、铰接式生态护坡及联锁式生态护坡位为主，这类护坡形式柔性很好，能够很好地适应地基变形，透水性好，有利于内外水的循环，保障了水流与河岸的水土交换生态理念。由于当地缺少混凝土料场，工程区河床为砂卵砾石，疏浚的砂卵砾石筛分后可为格宾护坡提供充分的料源，推荐选用抗冻胀性更好、造价相对较低的格宾材料。

新建堤防段护坡采用格宾网，护坡厚度0.4m，迎水面坡比为1:3，背水面坡比1:1.5；堤顶设0.5m宽，0.4m厚格宾压顶；堤后设置宽3m，厚0.3m的砂砾石堤顶道路，堤身采用砂砾石填筑，填筑相对密度不小于0.6。堤脚采用格宾进行水平防护，防护长度取3m，厚0.4m。考虑到堤后滤土排水，格宾与堤防岸坎之间设一层反滤土工布，土工布规格为300g/m2，型号：PET-15-4.5-300。护坡上部覆土植草绿化。

新建护岸段护坡护脚材料仍然选用格宾，上部护坡采用格宾护坡，护坡结合现状地形，坡比为1:3，护坡厚度为0.4m，格宾护坡与地基土之间设一层300g/m2的反滤土工布，护坡上部覆土植草绿化，详细设计见5.8节。护岸顶设0.5m宽0.4m厚格宾封顶。护脚采用格宾水平防护，格宾长3m，厚0.4m。当现状滩面低于设计洪水位或不高于设计洪水位0.5m时，护岸顶部与滩面相平；当现状滩面高于设计洪水位超过0.5m时，护岸顶部取设计洪水位加0.5m。新建护岸典型断面示意图见图1。

2.3.3河滨带水生态修复与水景观构建

堤防整治岸线转弯处呈弧形布置，力求平顺光滑，堤段与原有岸坡平缓连接。为保证河道自身状态的恢复，特通过护坡植被绿化的设计来维持生态群落的稳定性，同时实现河道美观度的提升。设计在治理河段左、右新建堤防迎水面护坡进行覆土、植草绿化，左岸护坡绿化面积142亩，右岸护坡绿化面积145亩。植被选择遵循“因地制宜、适地种草”原则，结合地域的地质以及气候特征，选择适应当地干旱缺水的立地条件、抗逆性好、耐干早瘠薄的草种，有萱草、黑麦草、鸢尾、千屈菜、马蔺等，搭配种植在新建格宾护坡上覆土植草，覆土坡度为1:3，覆土厚度0.3m，覆土为第四系马兰黄土，厚度15～20m。

3、结论

生态水利的实施以地理区域气候状况、生态环境为基础，加强了内部物种之间以及河道各物种与周边环境之间的相互联系，实现了河道生态系统恢复，增强了生物群落互存关系，提高了河流的自净能力。本次金塔河河道治理工程合理融入生态水利工程建设，建设治理过程中结合金塔河河道水土状况通过多项措施的采取，在改善生态环境的同时实现了防洪能力的提升。本次工程经济分析指标合理，运行维护安全可靠，具有一定的社会效益、生态效益和防洪效益，值得借鉴参考。

参考文献:

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文章来源:张平山.生态水利在西北干旱地区河道治理工程中的应用[J].价值工程,2024,43(24):73-75.