同安區西源溪下游河道生態護岸設計及計算

武柯君

（福建省韓江工程咨詢有限公司，福建 龍巖 364000）

0 前言

生態護岸是護岸工程的一種形式，生態護岸滿足工程的穩定性與安全性要求，盡量減少人為對河岸的改造，兼顧生態環境效益與其他效益，以保持天然河岸蜿蜒柔順的岸線特點，以及擁有可滲透性的自然河岸基底，確保河岸土體與河流水體之間的水分交換和自動調節功能。

西源溪位于同安區汀溪鎮，汀溪鎮是廈門市域未來保持鎮建制的較大區域，區內地形復雜多樣，全境地勢西北高，以丘陵、低山為主，東南低，大部分為波狀起伏的臺地及沖積平原。工程區堤岸現狀大多為土岸或土堤，現有防洪標準較低，且基本無防護處理，局部堤岸或岸坡已出現有小規模坍塌的現象，抗沖刷能力差。堤身或岸坡主要由耕植土、卵石組成，堤基未進行防滲處理。在汛期，局部可能會出現險工堤段或岸段。基于上述原因，本文對西源溪下游河道生態護岸進行設計。

1 流域概況

西源溪流域位于廈門市同安區北部，地處同安區汀溪鎮一帶，東西寬約6 km，南北長約11 km，總流域面積38.6 km2，流域范圍內行政區域包括同安區汀溪鎮的褒美、隘頭、路下、古坑和西源共5個行政村，49個自然村。

流域地勢總體上呈自西北向東南傾斜，山地丘陵地貌占全流域面積的大部分，以低山為主，最高山峰為東嶺尖山峰（海拔高程908.5 m），次峰為烏石巖（海拔高程836.0 m）。流域在后洋村以上河道兩岸地勢較陡，基本無山谷發育，出后洋村后河道坡降趨緩，河道兩岸主要為臺地平原地貌，地勢較為平坦，地面高程在23.0 m～40.0 m，為流域主要耕地種植區。

2 生態護岸設計

城市生態河道建設，主要任務是以防洪為主的綜合治理工程。效益不僅體現了防洪安全，還體現了社會公益性。規劃建設時，盡可能利用原有和當地材料，節省土地資源，保護不可再生資源，降低工程造價，減少管理維護費用[1]。

2.1 設計洪水

由于該流域無實測流量資料，故采用由設計暴雨推求設計洪水。設計暴雨時程分配采用福建省綜合雨型。設計洪水計算采用推理公式法、華東特小流域法，兩種方法分析比較，然后采用設計成果。

（1）推理公式法計算最大洪峰流量的公式為：

式中：Qm為最大洪峰流量，m3/s；J為沿L的坡面和河道的平均坡降，‰；L為主河道自分水嶺至流域出口斷面的長度，km；m為匯流參數；RT為匯流時間內凈雨深，mm；τ為流域最大匯流面積的匯流時間，h；F為流域面積，km2。

根據福建省水文總站分析成果，沿海地區當θ≥1.5時：

當θ＜1.5時：

式（4）中：

匯流參數值確定后，聯解方程（1）和方程（2），以試算法求得洪峰流量。

（2）華東特小流域法主要根據特小流域雨洪特性，應用推理公式的基本理論，著重研究和總結華東特小流域資料處理的原則、方法探討特小流域的雨洪特性、洪水參數的變化規律。根據華東地區流域下墊面類型，采用了按下墊面分類的辦法，將各流域的洪水參數分成五類。在第二類中又分成三個類型，分別建立了各種類型洪水參數m的計算公式，可供華東地區流域面積F＜30 km2（特別是F＜10 km2）的工程推求設計洪水使用。

根據流域下墊面情況，θ、m值計算公式如下。

各流域各種頻率洪峰流量成果，見表1。

表1 各流域各種頻率洪峰流量成果表單位：m3/s

2.2 防洪排澇標準

據《防洪標準》（GB 50201-2014）和《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）等規定，西源溪流防洪堤防保護的為一般城鎮，屬IV等防護對象。防洪堤采用防洪標準為20年一遇。

西源溪現狀為農田，兩岸規劃為工業區。根據《福建省城市排水排澇設計暫行規定》，工業區的排澇標準采用5年一遇澇水不漫溢的標準，農田排澇標準采用10年一遇24 h暴雨24 h排完。

3 生態護岸設計

3.1 護坡型式確定

3.1.1 護坡型式比較

（1）護坡型式定性比較

迎水坡的護坡型式主要有草皮、砌石護坡、砼護坡，均能滿足要求。

①草皮護坡。植物護坡符合科學發展觀、生態水利的要求，體現人與自然、人與水和諧相處的理念。屬于最原始的生態護坡之一，并且造價最低，但易受人畜破壞，其一般抗御3 m/s左右的流速。

②砌石護坡。一般有三種形式，干砌石護坡、漿砌石護坡和漿砌石埂框格內嵌填干砌石。砌石護坡一般就地取材，充分利用當地資源。由于塊石表面不平整，與水體之間摩擦大，能夠起到一定的消浪作用，同時砌石護坡本身能很好的經受風浪水流沖刷，但施工技術要求高，不能機械化操作，工期長，造價偏高。三者中以漿砌石造價較高，但質量最有保證，干砌石較低，但局部易松動脫落而致大范圍破壞。漿砌石埂條內嵌干砌石的型式基本上解決了兩者的不足。

③砼護坡。一般有三種型式，預制砼塊護坡、現澆砼護坡、生態砼護坡。現澆砼護坡其整體性好，強度高，本身受風浪水流的影響小，能機械化施工，工期短；另外，可緩解合格塊石需求緊張的狀況，因其表面平整，消浪作用略小。預制砼塊護坡其整體性一般，對岸坡變形適應能力好，不能機械化操作，工期長，因其表面平整，消浪作用略小。鎖扣式網格植草護坡，是一項類似于干砌片石護坡的邊坡防護技術。在修整好的邊坡坡面上拼鋪鎖扣邊形混凝土框磚形成蜂巢式網格，并在網格內鋪填種植土、栽草或種草的一項邊坡防護措施。該技術受力結構合理，能夠有效地分散坡面雨水徑流，減緩水流速度，防止坡面沖刷，保護草皮生長。其優點是施工簡單，外觀齊整、大方，具有邊坡防護、綠化雙重效果。但由于草與草之間被混凝土框磚塊隔離，整體的固土效果不好。

（2）護坡型式定量比較

堤身迎水坡設計坡比1∶2，臨水坡護坡型式定量比較以護坡高度4 m為例。

①草皮護坡。草皮護坡培植采用全鋪草皮法，草皮為0.20 m×0.20 m方塊。草皮采用優質矮草，其間種植淺根花及灌木。鋪草皮前先在坡面上鋪一層厚4 cm～10 cm的腐植土。在早春或秋季移植草皮,草皮厚度不小于5 cm。順、逆水流方向每隔4 m各設置0.25 m（厚）×0.3 m（深）漿砌卵石框格，框格與水流成45°。

②干砌石護坡。護坡結構如下：坡面干砌石厚0.3 m，碎石墊層0.1 m，頂部設置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。為防止水流淘刷及固基需要，在底部設置漿砌石齒槽，深0.5 m，底寬0.25 m。

③漿砌塊石護坡。護坡結構如下：坡面漿砌石厚0.3 m，碎石墊層0.1 m，砌石縫間采用1∶2水泥砂漿勾縫，頂部設置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。為防止水流淘刷及固基需要，在底部設置漿砌石齒槽，深0.5 m，底寬0.25 m。

④鎖扣式網格植草護坡。混凝井字型預制框磚規格為403 mm×302 mm×120 mm，砼標號為C20，厚度為120 mm，下部鋪設無紡土工布（300g/m2）。封頂、腳槽尺寸與漿砌石護坡相同。

⑤石籠護坡。護坡結構如下：厚0.3 m，碎石墊層0.1 m,頂部設置齒槽，槽寬0.2 m，深0.4 m。封頂、腳槽尺寸與漿砌石護坡相同。

5種方案每米堤段工程量及工程費用對比情況，見表2。

表2 主要工程量及工程費用比較表

從工程造價方面，草皮護坡最低，鎖扣式網格植草皮護坡次之，干砌石護坡居中，漿砌石護坡最高。

3.1.2 護坡型式確定

結合城鎮建設，體現河道治理的生態和景觀理念，同時兼顧安全、經濟的特點，護坡型式采用造價較低的生態型護坡，即草皮護坡和井字式網格植草護坡。

3.2 護坡布置

3.2.1 鎖扣式網格植草皮

布置在河道流速不小于3 m/s的堤段和彎道段的灘地或者擋墻以上超設計洪水位0.5m以下臨水坡護坡，布置堤段為0+335～0+435（長 100 m）左岸堤段、0+780～0+880（長 100 m）段左岸堤坡、1+220～1+485（長165 m）左岸堤坡、1+410～1+485（長 150 m）右岸堤坡、1+935～2+035（長 100 m）右岸堤坡、2+340～2+400（長60 m）左岸堤坡。總長度為675 m。

3.2.2 草皮護坡

布置在河道流速小于3 m/s的順直段臨水坡和超設計洪水位以上臨水坡以及工程區的背水坡。左岸臨水坡采用草皮護坡的堤段有 0+085～0+335（長 250 m）、0+435～0+780（長 345 m）、0+880～1+220（長 340 m）、1+485～2+340（長 855 m）；右岸臨水坡采用草皮護坡的堤段有0+100～0+185（長85 m）、0+425～0+860（長 435 m）、1+035～1+410（長 375 m）、1+485～1+935（長450 m）、2+035～2+400（長375 m）。臨水坡全部采用草皮護砌的總長度為3510 m。

4 結語

根據西源溪兩岸不同區域的產業結構特征、經濟發展方向，結合不同地段的自然特征、主要生態防護功能，將綠化和景觀美化相結合，實現優質、高效的植物護坡技術應用。

1）由于坡地地形的多樣化，草本植物的配置方法必須因地制宜，生物措施與工程措施相結合，草、灌相結合，生態防護與景觀美化相結合。

2）以護堤為主，兼顧保護水質、防止水土流失和防風固沙。

3）經濟、生態和社會效益相結合。

4）流域綜合治理應以生態為切入點，并注意與同安城市分區規劃相銜接。

5）加強水污染控制，切實保護好水體。

6）重視綠化建設，促進本地植物的培養與發育。