水利工程水土保持中的生態護坡設計研究

彭 祿

（哈爾濱市水利規劃設計研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

近年來，我國水利事業繁榮發展，建設規模日漸加大，建設數量日益增多，在經濟發展方面發揮著很大的作用。水利工程建設通常規模較大，且施工工期較長、占地面積大，在施工中會對地表產生一定程度的擾動，進而破壞所在區域植被，引發水土流失。因此，在水利工程建設中，應做好水土保持和生態護坡設計，科學指導施工中水土流失的防治，實現生態保護目標。

1 水利工程建設中的水土流失特點

在水利工程施工中，需要進行地表開挖、基礎開挖和廢渣堆放等項目，這些工序操作中難以避免會挖掘和破壞地表，進而引發水土流失危害。其中，水利工程的布置方式會產生很大影響，在此根據工程布置形式來分析水土流失特點。

1.1 點狀工程的水土流失特點

點狀工程存在擾動面積大的特點，在其施工階段會產生高強度的水土流失。點狀工程通常包括水庫樞紐、取水壩等，其中水庫樞紐建設中，一般會選擇庫容條件良好的山區、丘陵區等，不僅施工工期長，還會面臨惡劣的交通條件。施工前需進行“三通一平”工作，即水、電、路和場地方面布置；同時，在施工中還需開挖導流洞、修建導流圍堰填筑等建筑物。因此，其施工中土方開挖量大、廢土廢渣多，會嚴重破壞地貌和植被。若缺乏有效的水土防治措施，會產生嚴重的水力和重力侵蝕，進而加重水土流失。

而且，點狀水利工程棄土棄渣集中，實際方量大，其棄渣場選址、容量會受地形限制，出現容量不足、運距遠等情況。一些建設單位和施工單位水土保持意識薄弱，難以落實好棄渣集中攔擋堆放工作。再加上施工擾動嚴重、棄渣集中，在發生水土流失的情況下，泥沙會直接進入河道導致其淤積、堵塞，嚴重阻礙行洪功能的發揮，不僅會影響水利工程的安全，還會威脅下游居民的生命財產安全。

點狀水利工程還存在水土流失潛在時間長的問題，水庫樞紐工程竣工蓄水后會形成淹沒區，且涉及范圍較廣，在水位削落、庫岸再造下，容易引發塌方和滑坡等災害，且其實際危害周期較長，需要多年時間才可穩定。

1.2 線狀工程的水土流失特點

線狀水利工程包括河道河堤、灌溉渠道等，其長度為幾十到幾百千米，沿途會經過高山峽谷、平原和盆地等各種地貌類型。首先，其施工線長，設置的臨時道路多，棄渣場數量多且分散，加大了棄渣集中攔擋收集的難度。線路還可能占用農田、破壞土地，開挖渠道作業中易出現邊坡垮塌危害，容易引發嚴重水土流失，并且涉及多片自然區域和行政區域，具有范圍廣的特點。其次，水土流失災害會對性能較好的土壤產生永久性損害，導致一些重要植被消失，因此其水土流失具有破壞強度大的特點。

2 水利工程建設引發水土流失的原因

2.1 擾動地表，破壞植被

在建設水利工程過程中，開挖建筑物基礎、平整場地等，都需要進行大量土石方挖填作業，會強烈擾動原地面組成物質、地形地貌，破壞地表覆蓋植被、結皮，導致地表裸露，固土防沖作用受到影響。植被被破壞的情況下，植被加固作用減弱、土體保水能力下降，在強降雨天氣下加快水體流速，最終發生水土流失危害。

2.2 棄土棄渣轉存

水利工程施工中，在開挖土石方作業時，雖然會采取措施平衡調配土石方，利用開挖土石方回填，但仍會產生不少棄渣。這些棄渣會被運送到棄渣場堆存，在處置不及時或者不當的情況下會引發水土流失危害。同時，施工中大量砂石料、回填土需要在現場堆放，若未采取有效遮擋措施，降水沖刷會引發水土流失。

2.3 土石料場開采

在進行水利工程壩體填筑、修建構筑物的過程中，需要大量土石料、砂石料，這些土石料可以少量采用開挖料，但其余部分仍需從土石料場開采。在開采過程中，對原地貌和植被會產生擾動、破壞而裸露地表，使其抗侵蝕性降低。同時，施工中需要沿山坡修建道路，開挖、填筑和護坡等施工環節容易引發水土流失，邊坡開采后變成臨空邊坡，嚴重破壞其自熱穩定性，引發崩塌等災害，造成水土流失。

綜上可知，水利工程施工中工作流程繁雜，產生的水土流失形式多樣、復雜，不同的問題需要采取相應的處理方案。除去地形條件、降水等外力因素，施工中開挖、采料和棄渣堆放等也會影響水土保持。此外，在當前水利工程建設中很多施工單位并未對員工加強培訓，導致其采用傳統方法作業，對水土保持重要性認識不足，會加重對地表和植物的破壞，進而引發水土流失危害。

3 水利工程水土保持的生態護坡設計

3.1 生態護坡的特點和優勢

在河流生態治理中，生態護坡是重要措施，這種新型護坡技術結合了水利工程與生態環境保護的要求，突破了以往護岸水泥三面襯砌、整齊劃一格局，除了保障護岸抗沖刷能力，還可以全面保障期穩定性、景觀性和生態性。

（1）特點。生態護坡中有兩個重要標準：一是依據當地自然條件、經濟發展等，建立科學合理的防護體系標準；二是掌握河道自身生態體系，在完成施工后使生態平衡盡快恢復。生態護坡模式多樣，除傳統防護綠化型外，還包括人工濕地系統、種植養殖等模式。在材料選擇方面也更加多樣，可以選擇土、混凝土、土工材料和植物等，在滿足生態防護的要求下還可采用混凝土防護。不同于傳統的綠化美學，生態護坡強調采用自然力量恢復生態平衡，四季景觀得以自然恢復。

（2）優勢。在傳統護坡工程中，主要采取工程措施護坡，如預制混凝土塊體護坡和現澆混凝土護坡等，

多采取梯形、矩形斷面護砌形式，以發揮穩定坡岸結構、防洪、防止水土流失等作用，但會對景觀生態產生不良影響。而生態護坡則結合了植物護坡、工程措施的優點，可以使護坡產生生態功能。具體優勢如下：①改善水質。傳統護坡是硬質的，岸坡并未設置植物屏障，地表徑流會將污染物帶入水體中，加劇水質惡化。生態護坡中的植物可以滯納污染物，過濾地表徑流中的污染物，發揮對水體的保護作用。②恢復綠色景觀。傳統護坡失去原有的生機，生態護坡則可采取植物措施，恢復綠色景觀，改進傳統護坡方法，既重視使用新型環保材料和技術，又挖掘傳統人工材料和技術優勢，在設計與施工中全面考慮環境需求、生物多樣性等方面內容。

3.2 設計原則

水利工程水土設計中，應堅持“誰開發誰保護，誰危害誰治理”的原則，因地制宜開展綜合治理，以預防為主，加強保護，以達到經濟合理、景觀協調的成效。

3.3 生態護坡與水土保持設計

（1）植物護坡。在水土保持方面，發達根系固土植物的效果較好，可以有效固土保沙，防止水土流失危害，既達到了保護生態的效果，又創造了可欣賞的景觀。但也要注意城市河道用植物護坡會產生的問題，即在雨水沖刷作用下，植物護坡會形成深溝，難以有效保證護坡效果，且會對景觀產生不利影響。還有一些工程不適宜采用植草護坡，主要是處于防洪重點地段、長期在水中浸泡且行洪速度較高的土堤迎水坡面。

（2）土工材料固土種植基護坡。土工材料固土種植基可以分為多種形式，有土工網墊固土種植基和土工單元固土種植基等。土工網墊固土種植基中，使用由聚丙烯等高分子材料制成的網墊，通常與種植土等結合應用，組成多層非拉伸網、雙向拉伸平面網。在熱熔處理多層網的交接點后將其黏接，會形成相當穩定的空間網墊，不僅質地疏松、柔韌，且高度和空間適宜，可以有效填充土壤和沙粒。植物根系可以穿過網孔生長、發展，最后網墊、泥土表層與植物之間結合牢固。土工單元固土種植基，是在熱熔處理聚丙烯和高密度聚乙烯片狀材料后，將其黏接在一起形成蜂窩狀單元，其中填充土和草可以發揮固土護坡作用。土工材料固土種植基護坡中，可以增設混凝土做外框穩定坡面，發揮更大的作用，但也難以抵御較大的洪水，因此不可用于堤防迎水坡面。

（3）植被型生態混凝土護坡。該類型的生態混凝土中，主要組成是多孔混凝土、保水材料和表層土等。多孔混凝土由粗骨料和水泥等制備而成，作為護坡工程中的生態混凝土骨架，其透氣性良好，可以保持土、空氣間濕熱交換順暢。保水材料則主要采用有機質保水劑，混合無機保水劑使用，為植物生長提供水分。在多孔混凝土的表面需要鋪設一定厚度的表層土，使植被有空間發芽。同時，其中的水分蒸發減少，植被發芽初期可獲得需要的養分，且不會存在表面過熱問題。該類型的護坡抗水流沖刷能力較強，其覆草可以起到一定的緩沖作用，不容易受水位驟降的影響。如果在寒冷地區應用，還可以幫助排出被保護土中的水分，降低其含水量，避免出現凍害破壞等。

（4）工程措施與生物措施結合。該方式是在保持水土的基礎上，與生物措施結合，加強水土流失防治，并發揮一定的水土保持作用?？梢圆扇￠_挖面防護措施，采用漿砌石網格植草并開挖排水溝，以減少坡面沖刷。如果邊坡穩定性差或土體松散，則適合采取下部漿砌石護砌、上部植草的方式防護，還可取得較好的美化效果。取土場和棄渣場防護方面，通過做好破壁平整、坡面防護，平整取土臺后再覆蓋客土，然后種植林草，周邊布置排水系統來截排山坡雨水。棄渣場防護方面，需先開展坡面整治工程，平整好平臺后種植速生喬木等，樹木未成林前將地表快速覆蓋，達到有效防護效果。

4 結束語

水利工程建設施工時間長、對生態環境破壞大，因此在項目實施中需重視水土保持、生態護坡設計與實施，采取合理的技術措施完善防護體系，以有效防治水土流失，并促進水利工程建設健康發展。為保障水土保持和生態修復工程實施成效，相關部門必須起到帶頭作用，將水土保持工程當作水利工程建設中的一個組成部分，嚴格監管項目生態措施，在達不到防治要求的情況下，不可對項目辦理竣工驗收、交付使用手續。