河道综合生态修复技术设计实践研究

温天玉

(湛江市高远工程咨询有限公司，广东 湛江 524000)

在经济发展的背景下，城镇化建设速度加快，部分河段的河岸滑坡坍塌，缩窄河道，排水不畅，农田内涝严重，严重影响农业生产；由于水土流失严重，导致河道缩窄，水环境差，导致周边乡村建设极不协调；下游受潮水影响河段，局部护岸护脚受冲刷掏空，甚至坍塌，威胁沿岸居民生产安全。因此，必须加强对河道的治理。我国当前河道治理技术中，水生态修复技术备受青睐。本文基于水生态修复技术的概述，以徐闻县那板河为研究对象，分析了城市河道治理的问题及现状，探讨了水生态修复技术在河道治理工程的具体运用[1]。并且利用科学合理的方法，对在河流运营过程中存在的一系列问题进行综合治理，探究其治理效果并为河流综合治理过程中遇到的问题提供技术支撑，以此来保障河流安全可靠运营。

1 河道现状及问题

1.1 河道现状

徐闻县地势以中北部的石板岭为最高，因此县属各河流均发源此地，并向东、西、南独流入海。本次工程治理范围为那板河高沟水库上下游两段河段，即从上游曲界镇张畴村至下游锦和镇出海口，共整治河道长23.7km。根据该河流的河流走势和水系关系，把该河流分为3段进行描述：

(1)曲界镇张畴村段河道上游曲界镇张畴村段，即省道289交通桥至迈草拦河坝闸段，河道沿线为丘陵台地，岸坡较高，河道坡降0.63%，河道蜿蜒曲折，在平面上出现多个“S”型河湾，迎流顶冲段较多，凹岸连年冲刷严重，现较多冲坑，局部段存在崩塌；

(2)曲界镇迈草拦河坝闸至高沟水库库尾段该段河道河床有丰富的毛石，粒径20～800mm不等，尤其是在东湾村至老沟村河段尤为丰富。该段河道分布有大小不等的水陂3座，机耕桥2座和交通桥4座；

(3)锦和镇高沟水库溢洪道出口至北门港段该段河道为受下游潮水影响河段，经调查下游涨潮时，下游潮水回流处，该处为咸淡水交汇区域，历史最大潮位影响到达上游左右。

1.2 工程地质评价及问题

(1)土层渗透变形

场区中存在贯穿堤内外厚度不等的中砂层，对堤基渗透稳定不利。当堤外为塘或低洼地势，且河内水位上升，河内外水头差变大，在堤内会产生渗漏，当堤基土的渗透压力超过上覆土层的重力时，堤基土便会产生渗透破坏[2]。以土层孔隙率、土粒比重、粒度组份的实测值或经验值判别土层的渗透变形，结果如下：

①粉质粘土渗透变形类型为流土，建议允许水力比降J允=0.42；

②- 1淤泥渗透变形类型为流土，建议允许水力比降J允=0.37；

②- 2中砂渗透变形类型为管涌，建议允许水力比降J允=0.20；

③粉质粘土渗透变形类型为流土，建议允许水力比降J允=0.46。

(2)堤岸稳定性分析

根据现场的岸坡现状调查，河道两岸大部分堤岸均由玄武岩全风化粉质粘土构成，部分堤段有浆砌石挡墙(或干砌石)护坡。但由于长时间疏于管理，局部河段冲刷严重，崩塌和滑坡现象时有发生，堤岸稳定性较差。结合堤基表层土性状及水浸情况，将岸坡稳定划分为基本稳定、稳定性较差、稳定性差3种类型。各堤段堤岸稳定性评价见表1。

(3)环境水的腐蚀性评价

河水对混凝土无一般酸性型腐蚀、无碳酸型腐蚀、无重碳酸型腐蚀、无镁离子型蚀性、无硫酸盐型腐蚀，河水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀，对钢结构具弱腐蚀[3]。在该场地地表水和钻孔ZK33内各取水样1组，水样的腐蚀性分析如表2。

ZK33地下水对混凝土具一般酸性型无腐蚀、无碳酸型腐蚀、无重碳酸型腐蚀、无镁离子型腐蚀性、无硫酸盐型腐蚀。ZK33地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀，对钢结构具弱腐蚀。

(4)工程主要问题

曲界镇张畴村段河道主槽断面局部较窄，部分河段的河岸滑坡坍塌，缩窄河道，排水不畅，导致上游的农田内涝严重，严重影响农业生产；高沟水库库尾河段河道防洪标准低，沿岸耕地逼占河岸，水土流失严重，导致河道缩窄，经过村庄段河岸滨水环境差，与周边美丽乡村建设极不协调；下游受潮水影响河段，局部护岸护脚受冲刷掏空，甚至坍塌，威胁沿岸居民生产安全。

2 河道综合生态修复

2.1 整治河宽

(1)河道现状。本次治理河长23.7km，根据现有河道的地形及河道比降，分为4段即河道上游曲界镇张畴村段，曲界镇迈草拦河陂至高沟水库库尾段，锦和镇高沟水库溢洪道出口至北门港段。

(2)整治河宽计算。整治河宽是指河道经过清障、整治之后与设防流量相应的河道宽度，即河道通过设防流量时理想的水面宽度。整治河宽是确定清障控制线的基础，应通过计算和实际情况的具体分析来综合确定。本次规划采用公式计算法和现场分析进行确定[4]。

造床流量下的稳定河宽。采用C.T阿尔杜宁稳定河宽关系法进行分析，公式如下：

(1)

式中,B—河宽；m;Q—造床流量；J—平衡比降；A—稳定河宽系数。

与滩岸和河岸土质有关，表征河岸稳定情况，A越大，河岸越不稳定。采用3公式联解计算：

河相关系式：K=√B/H

(2)

曼宁流速公式：V=1/nH2/3J1/2

(3)

水流连续公式：Q=BHV

(4)

上述3公式联解求得整治河宽公式：

表1 那板河堤岸现状调查及稳定性评价表

表2 水质分析结果表

(5)

式中，B—河宽，m;K—河相关系；Q—设计流量，m3/s；n—主槽糙率，取值0.04；J—设计流量下水面比降比降；H—水深，m。

经计算，在设防流量情况下，曲界镇张畴村段河道稳定河宽最小不应低于20.6m;曲界镇迈草拦河陂至高沟水库库尾段河道稳定河宽最小不应低于12.2m;在采取以上经验公式进行计算的基础上，结合现场查勘对各河段的河道特征指标进行分析，根据河道两岸占地情况，在满足河道自然比降的情况下，对现状过水断面不满足最小河宽的河段进行疏浚扩挖。

2.2 水系清淤疏浚

河道疏浚设计比降的确定与河道所经过的地形、土质、水流流量及含沙量等条件有关，并应满足不冲不淤的要求。天然情况下，河床演变具有自动调节的作用，即从输沙不平衡向输沙平衡的方向发展。河道现状纵比降是河道经过长年累月运行的结果，是河道自动调节的结果[5]。因此，设计河道纵比降取值与每段河道实测平均纵比降基本拟合。每段河道的设计纵向比降见表3。

表3 设计河床比降

确定河道设计纵比降后，按照以下公式，确定河道疏浚底高程。

Zi=Z0-JLi

(6)

式中，Zi—计算点处河道疏浚的底高程；Z0—河道疏浚的起点高程；J—河道的设计纵比降；Li—河道疏浚的起点至计算点处距离。

2.3 护岸整治

在曲界镇张畴村段即桩号K0+000～K2+800，该段左右采用预制装配式阶梯护岸，护岸高2.0m，预制生态框长2.0m，高0.5m，底宽0.65m。框内充填物：常水位以下回填块石，常水位以上回填砂质粘土。预制装配式阶梯护岸基础采用毛石基础，基础宽1.1m，高0.5m。预制装配式阶梯护岸后面铺设土工布，回填20cm的碎石反滤料，阶梯护岸上坡面采取草皮护坡。

土坝坝坡稳定计算考虑的情况与渗流计算中水位组合情况相同，采用瑞典圆弧法计算时，堤防抗滑稳定最小安全系数见表4。

表4 土堤的抗滑稳定安全系数

河道岸坡稳定计算在正常运行期、水位降落期的抗滑安全系数大于规定的抗滑稳定最小安全系数，岸坡满足抗滑稳定计算，成果见表5。滑弧出口均出现在坡脚附近，为深层滑弧类型。

表5 断面岸坡稳定的计算成果

2.4 河道建筑物重建

本设计治理河段内存在问题或影响河道行洪的跨河建筑物有12座，其中桥梁6座，水陂6座。经调查，本次需重建的跨河桥梁6座，但其中有1座是乡道交通公路桥，3座是村道交通公路桥，行车安全要求较高，本次设计只是列出其存在的问题，其设计建设由徐闻水务局联合相关交通部门委托相应专业单位进行另行设计重建，不纳入本次重建范围[6]。根据需要本次新建或重建机耕桥4座，重建水陂2座，维修水陂4座。河道沿线水陂建设年代久远，存在许多年，对河道的行洪影响基本趋于稳定，故维修水陂经复核在不影响河道行洪的情况下，均维持现状陂顶高程不变，重建水陂陂顶高程严格控制陂顶高程不得高于现状陂顶高程。

3 水土保持措施及监测

3.1 分区防治措施设计

本次水土保持设计涉及4个区域，主体工程区，临时弃渣场，临时施工营地区，临时施工道路区。针对弃渣区水土流失影响因素，本方案主要考虑布置排水工程、临时拦挡和植被恢复的水土保持防治措施。

(1)排水工程：在弃渣区场外周边分别开挖排水沟并用浆砌石衬砌排水沟，排取土场周边水沟长1000m，断面尺寸为1.5m×0.5m×0.5m、边坡1∶1，M7.5浆砌块石衬砌厚度0.3m，排水沟出口与沉砂池相衔接，沉沙池尺寸为2000mm×1000mm×1500mm，弃渣区布置2个二级沉沙池。雨排水经过沉沙池沉淀后最终排入附近河涌，降雨前应疏通各排水沟，清理沉沙池，主要避免施工场地内的泥沙直接流入水库。

(2)临时拦挡工程：工程产生的弃渣集中存放，堆放高度不宜超过2m，堆土周边设临时尼龙土袋围堰对取土场及表土存放点进行拦挡防护。临时围堰上底宽0.5m，下底宽1.0m，高1.0m，长1000m。

(3)土地整治工程：待施工结束后，利用临时存放的弃土和土料场表层腐殖土进行表土回填，回填于土料场坡脚的平地，全面整地面积3.2hm2，并铺种草籽。

(4)绿化工程：施工结束后，对其防治区域进行全面整地，并采取灌草绿化，灌木株行距为3.0m×3.0m，绿化面积3.2hm2，如图1所示。

图1 植物措施平面图

3.2 水土保持监测

具体监测内容包括两个部分，施工前背景值监测期，建设期监测。监测项目区现有土地面积、地类、植被覆盖度和类型、水土流失现状、水保设施对控制水土流失的影响及变化等。具体分区情况见表6。

表6 水土保持监测分区表

主要采用以下监测方法：

(1)背景值监测

采取随机调查的方法，监测项目各分区水土流失现状和植被分布、生长情况；

(2)水土流失因子监测

主要监测降雨因子，收集当地气象资料，观测、计算项目区降雨量、降雨历时和降雨强度；

(3)主体工程占用地面积、扰动面积类型监测

根据主体工程施工进度，拟对工程扰动区域采用GPS仪和全面调查相结合的方法进行监测，主体工程区、临时道路区、临时堆土场、临时施工营地区等项目区的扰动原地貌类型、面积等，确定项目区水土流失面积及其变化情况[7]；

(4)主体工程土石方挖填数量监测

通过查阅主体工程可研报告、初步设计报告、监理资料和实地查勘、测量，监测工程建设过程中的土石方挖、填数量和弃渣数量及流向；

4 结语

本文以徐闻县那板河为研究对象，分析了河道存在的问题，进行了工程地质评价，并且采用了整治河宽、水系清淤疏浚、护岸整治、河道建筑物重建对河道综合生态修复。在充分体现自然、有效治理河道的理念下，利用水土保持监测设计方案对其河道分区防治[8]。通过对河道疏挖整治，减少阻洪面积，增加行洪断面，降低水位，省工程量、经济可靠、施工可行，且本次护岸工程设计均满足稳定性要求。本次研究重点为河道生态修复的综合方案，并补充一定的治理效果评价，该方案在后续建设过程中应进行多方面论证。