水利工程水土保持中的生态护坡设计研究

彭 禄

（哈尔滨市水利规划设计研究院有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

近年来，我国水利事业繁荣发展，建设规模日渐加大，建设数量日益增多，在经济发展方面发挥着很大的作用。水利工程建设通常规模较大，且施工工期较长、占地面积大，在施工中会对地表产生一定程度的扰动，进而破坏所在区域植被，引发水土流失。因此，在水利工程建设中，应做好水土保持和生态护坡设计，科学指导施工中水土流失的防治，实现生态保护目标。

1 水利工程建设中的水土流失特点

在水利工程施工中，需要进行地表开挖、基础开挖和废渣堆放等项目，这些工序操作中难以避免会挖掘和破坏地表，进而引发水土流失危害。其中，水利工程的布置方式会产生很大影响，在此根据工程布置形式来分析水土流失特点。

1.1 点状工程的水土流失特点

点状工程存在扰动面积大的特点，在其施工阶段会产生高强度的水土流失。点状工程通常包括水库枢纽、取水坝等，其中水库枢纽建设中，一般会选择库容条件良好的山区、丘陵区等，不仅施工工期长，还会面临恶劣的交通条件。施工前需进行“三通一平”工作，即水、电、路和场地方面布置；同时，在施工中还需开挖导流洞、修建导流围堰填筑等建筑物。因此，其施工中土方开挖量大、废土废渣多，会严重破坏地貌和植被。若缺乏有效的水土防治措施，会产生严重的水力和重力侵蚀，进而加重水土流失。

而且，点状水利工程弃土弃渣集中，实际方量大，其弃渣场选址、容量会受地形限制，出现容量不足、运距远等情况。一些建设单位和施工单位水土保持意识薄弱，难以落实好弃渣集中拦挡堆放工作。再加上施工扰动严重、弃渣集中，在发生水土流失的情况下，泥沙会直接进入河道导致其淤积、堵塞，严重阻碍行洪功能的发挥，不仅会影响水利工程的安全，还会威胁下游居民的生命财产安全。

点状水利工程还存在水土流失潜在时间长的问题，水库枢纽工程竣工蓄水后会形成淹没区，且涉及范围较广，在水位削落、库岸再造下，容易引发塌方和滑坡等灾害，且其实际危害周期较长，需要多年时间才可稳定。

1.2 线状工程的水土流失特点

线状水利工程包括河道河堤、灌溉渠道等，其长度为几十到几百千米，沿途会经过高山峡谷、平原和盆地等各种地貌类型。首先，其施工线长，设置的临时道路多，弃渣场数量多且分散，加大了弃渣集中拦挡收集的难度。线路还可能占用农田、破坏土地，开挖渠道作业中易出现边坡垮塌危害，容易引发严重水土流失，并且涉及多片自然区域和行政区域，具有范围广的特点。其次，水土流失灾害会对性能较好的土壤产生永久性损害，导致一些重要植被消失，因此其水土流失具有破坏强度大的特点。

2 水利工程建设引发水土流失的原因

2.1 扰动地表，破坏植被

在建设水利工程过程中，开挖建筑物基础、平整场地等，都需要进行大量土石方挖填作业，会强烈扰动原地面组成物质、地形地貌，破坏地表覆盖植被、结皮，导致地表裸露，固土防冲作用受到影响。植被被破坏的情况下，植被加固作用减弱、土体保水能力下降，在强降雨天气下加快水体流速，最终发生水土流失危害。

2.2 弃土弃渣转存

水利工程施工中，在开挖土石方作业时，虽然会采取措施平衡调配土石方，利用开挖土石方回填，但仍会产生不少弃渣。这些弃渣会被运送到弃渣场堆存，在处置不及时或者不当的情况下会引发水土流失危害。同时，施工中大量砂石料、回填土需要在现场堆放，若未采取有效遮挡措施，降水冲刷会引发水土流失。

2.3 土石料场开采

在进行水利工程坝体填筑、修建构筑物的过程中，需要大量土石料、砂石料，这些土石料可以少量采用开挖料，但其余部分仍需从土石料场开采。在开采过程中，对原地貌和植被会产生扰动、破坏而裸露地表，使其抗侵蚀性降低。同时，施工中需要沿山坡修建道路，开挖、填筑和护坡等施工环节容易引发水土流失，边坡开采后变成临空边坡，严重破坏其自热稳定性，引发崩塌等灾害，造成水土流失。

综上可知，水利工程施工中工作流程繁杂，产生的水土流失形式多样、复杂，不同的问题需要采取相应的处理方案。除去地形条件、降水等外力因素，施工中开挖、采料和弃渣堆放等也会影响水土保持。此外，在当前水利工程建设中很多施工单位并未对员工加强培训，导致其采用传统方法作业，对水土保持重要性认识不足，会加重对地表和植物的破坏，进而引发水土流失危害。

3 水利工程水土保持的生态护坡设计

3.1 生态护坡的特点和优势

在河流生态治理中，生态护坡是重要措施，这种新型护坡技术结合了水利工程与生态环境保护的要求，突破了以往护岸水泥三面衬砌、整齐划一格局，除了保障护岸抗冲刷能力，还可以全面保障期稳定性、景观性和生态性。

（1）特点。生态护坡中有两个重要标准：一是依据当地自然条件、经济发展等，建立科学合理的防护体系标准；二是掌握河道自身生态体系，在完成施工后使生态平衡尽快恢复。生态护坡模式多样，除传统防护绿化型外，还包括人工湿地系统、种植养殖等模式。在材料选择方面也更加多样，可以选择土、混凝土、土工材料和植物等，在满足生态防护的要求下还可采用混凝土防护。不同于传统的绿化美学，生态护坡强调采用自然力量恢复生态平衡，四季景观得以自然恢复。

（2）优势。在传统护坡工程中，主要采取工程措施护坡，如预制混凝土块体护坡和现浇混凝土护坡等，

多采取梯形、矩形断面护砌形式，以发挥稳定坡岸结构、防洪、防止水土流失等作用，但会对景观生态产生不良影响。而生态护坡则结合了植物护坡、工程措施的优点，可以使护坡产生生态功能。具体优势如下：①改善水质。传统护坡是硬质的，岸坡并未设置植物屏障，地表径流会将污染物带入水体中，加剧水质恶化。生态护坡中的植物可以滞纳污染物，过滤地表径流中的污染物，发挥对水体的保护作用。②恢复绿色景观。传统护坡失去原有的生机，生态护坡则可采取植物措施，恢复绿色景观，改进传统护坡方法，既重视使用新型环保材料和技术，又挖掘传统人工材料和技术优势，在设计与施工中全面考虑环境需求、生物多样性等方面内容。

3.2 设计原则

水利工程水土设计中，应坚持“谁开发谁保护，谁危害谁治理”的原则，因地制宜开展综合治理，以预防为主，加强保护，以达到经济合理、景观协调的成效。

3.3 生态护坡与水土保持设计

（1）植物护坡。在水土保持方面，发达根系固土植物的效果较好，可以有效固土保沙，防止水土流失危害，既达到了保护生态的效果，又创造了可欣赏的景观。但也要注意城市河道用植物护坡会产生的问题，即在雨水冲刷作用下，植物护坡会形成深沟，难以有效保证护坡效果，且会对景观产生不利影响。还有一些工程不适宜采用植草护坡，主要是处于防洪重点地段、长期在水中浸泡且行洪速度较高的土堤迎水坡面。

（2）土工材料固土种植基护坡。土工材料固土种植基可以分为多种形式，有土工网垫固土种植基和土工单元固土种植基等。土工网垫固土种植基中，使用由聚丙烯等高分子材料制成的网垫，通常与种植土等结合应用，组成多层非拉伸网、双向拉伸平面网。在热熔处理多层网的交接点后将其黏接，会形成相当稳定的空间网垫，不仅质地疏松、柔韧，且高度和空间适宜，可以有效填充土壤和沙粒。植物根系可以穿过网孔生长、发展，最后网垫、泥土表层与植物之间结合牢固。土工单元固土种植基，是在热熔处理聚丙烯和高密度聚乙烯片状材料后，将其黏接在一起形成蜂窝状单元，其中填充土和草可以发挥固土护坡作用。土工材料固土种植基护坡中，可以增设混凝土做外框稳定坡面，发挥更大的作用，但也难以抵御较大的洪水，因此不可用于堤防迎水坡面。

（3）植被型生态混凝土护坡。该类型的生态混凝土中，主要组成是多孔混凝土、保水材料和表层土等。多孔混凝土由粗骨料和水泥等制备而成，作为护坡工程中的生态混凝土骨架，其透气性良好，可以保持土、空气间湿热交换顺畅。保水材料则主要采用有机质保水剂，混合无机保水剂使用，为植物生长提供水分。在多孔混凝土的表面需要铺设一定厚度的表层土，使植被有空间发芽。同时，其中的水分蒸发减少，植被发芽初期可获得需要的养分，且不会存在表面过热问题。该类型的护坡抗水流冲刷能力较强，其覆草可以起到一定的缓冲作用，不容易受水位骤降的影响。如果在寒冷地区应用，还可以帮助排出被保护土中的水分，降低其含水量，避免出现冻害破坏等。

（4）工程措施与生物措施结合。该方式是在保持水土的基础上，与生物措施结合，加强水土流失防治，并发挥一定的水土保持作用。可以采取开挖面防护措施，采用浆砌石网格植草并开挖排水沟，以减少坡面冲刷。如果边坡稳定性差或土体松散，则适合采取下部浆砌石护砌、上部植草的方式防护，还可取得较好的美化效果。取土场和弃渣场防护方面，通过做好破壁平整、坡面防护，平整取土台后再覆盖客土，然后种植林草，周边布置排水系统来截排山坡雨水。弃渣场防护方面，需先开展坡面整治工程，平整好平台后种植速生乔木等，树木未成林前将地表快速覆盖，达到有效防护效果。

4 结束语

水利工程建设施工时间长、对生态环境破坏大，因此在项目实施中需重视水土保持、生态护坡设计与实施，采取合理的技术措施完善防护体系，以有效防治水土流失，并促进水利工程建设健康发展。为保障水土保持和生态修复工程实施成效，相关部门必须起到带头作用，将水土保持工程当作水利工程建设中的一个组成部分，严格监管项目生态措施，在达不到防治要求的情况下，不可对项目办理竣工验收、交付使用手续。