生態堤防建設在清水縣牛頭河生態防洪工程中的應用

陳超博

（天水市水利水電勘測設計院，甘肅 天水 741000）

1 概述

按照習近平總書記提出的黃河流域生態保護和高質量發展的堅持生態優先、綠色發展，堅持量水而行、節水為重，堅持因地制宜、分類施策，堅持統籌謀劃、協同推進的四項重大原則及《天水市2020年渭河流域生態保護和高質量發展重點工作和任務分工》的要求，對牛頭河河谷區域內進行整體布局，對原牛頭河河道進行治理，以滿足總體規劃要求。

過去堤防建設，僅是加固堤岸、裁彎取直、修筑丁壩等工程，滿足了人們對于防洪的要求，但沒有從發揮河流自然生態、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能的角度來考慮。這些堤防工程給人們帶來了巨大效益，但同時也極大地改變了河流的結構和功能，造成一些生態環境問題。

生態堤防設計已引起了全國水利工程界的普遍關注，堤防設計要考慮河道生態，接近自然景觀，不破壞自然景觀。考慮生物的多樣性與城市景觀多樣性之間的關系，為不同生態習性的動植物創造不同的生態環境，以實現動植物的多樣性。最大限度地發揮生態環境綜合效益，促進人與自然共同可持續發展。

2 工程區概況

工程區位于天水市清水縣東部低中山區，屬祁呂弧形褶皺帶，牛頭河是渭河一級支流。山脊高程1550～1750m，河谷區高程1330～1360m；局部表層有風積黃土層覆蓋，基巖裸露。局部出露以侵入巖為主的花崗巖。工程區屬大陸季風性氣候，系隴中南中溫帶半濕潤氣候區，雨量適中，氣候溫涼。牛頭河清水縣以上的隴山山地有天然林分布，草類茂密，植被較好。牛頭河上游段有森林分布，植被較好，泉水出露，徑流主要來源于上游，中游河道開闊，兩岸階地大部分開墾為耕地，清水縣城位于牛頭河左岸的階地上；下游段河道基本穿行于峽谷間，河道彎曲，凸岸有耕地，兩岸為石山，表層有黃土覆蓋，山坡長有低矮雜草，植被一般。

3 工程設計

從發揮河流自然生態、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能的角度來考慮，本次設計生態堤防護坡結構采用植生型賓格石籠護坡，可提高工程區景觀效果。通過對河道整治、岸坡綠化，給清水縣城居民提供一處環境優良的休閑娛樂場所。

3.1 工程總體布置

工程計劃在保持原有堤防防洪標準的前提下，拆除改造現有堤防為生態堤防，在河床面開挖一條泄洪槽，可泄洪流量為21.7m3/s，泄洪槽位于河道正中，設計為塔式賓格石籠結構，泄洪槽至現有兩岸堤防之間為生態濕地公園，濕地內以種植花卉、配置園林小品、人行景觀道路、小廣場為主線，輔助綠化。

3.2 泄洪槽設計

泄洪槽按明渠均勻流公式進行水力計算，公式如下：

表1 泄洪槽參數表

圖1 泄洪槽設計圖

圖2 生態護坡設計圖

圖3 植生型賓格石籠結構圖

公式中：i-縱比降；A-過水面積（m2）；n-糙率系數；X-濕周長（m）；設計流量：Q=21.7m3/s；河床糙率：n=0.020。

泄洪槽計算見表1，經計算，確定泄洪槽寬10m；深度為2.0m。

泄洪槽設計為塔式賓格石籠結構，底部為C20 砼栽卵石結構，深2m，寬10m。泄洪槽設計如圖1 所示。

3.3 生態護坡的設計

（1）堤距寬度確定。此段堤防原設計根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）中規定，本次生態治理段落設計防洪標準與原堤防防洪標準一致。

根據錢寧在《河床演變》一書中提出，造床流量約相當于1.5年一遇的洪水流量，本次計算采用2年一遇的洪水流量作為造床流量。

本設計中堤距指兩岸堤線中心距離即洪水治導線寬度。堤距確定主要考慮以下因素：一是滿足安全、通暢泄洪的要求；二是適當考慮河相關系，盡可能不改變河型；三是少占耕地或不占耕地，權衡工程量與防洪效益，達到經濟上的合理性，統籌考慮各河段及上下游的行洪要求。防洪治導線寬度，下限應大于造床流量下的穩定河寬，上限一般以河床外包線或自然岸寬確定。沖積河流在水流與河床的長期相互作用下，能得以自由發展，經過水流下河床的自動調整，河床形態將與流域來水、來砂及河床邊界條件相適應。河道形態與水力泥砂因素及河床地質條件之間也存在著某種物理量關系。

穩定河寬計算：

根據阿爾圖寧公式：

式中：B-河槽穩定寬度（m）；Q-造床流量（m3/s），Q50%=86.1m3/s；J-河床比降，J=0.005；ξ-斷面河相系數，ξ 值為7.84。

根據計算結果，B=36.46m，再結合河床現狀，原堤防設計堤距為120～130m，現有堤距均大于計算穩定河寬，故本次堤線沿著舊堤線布置滿足防洪要求。

（2）護坡結構選擇。結合施工區域規劃，選用賓格石籠護坡，由于網箱和石塊的結合具有撓性，植生型賓格石籠的高柔韌性使其具有適應河床變形的能力；并且透水性好，有利于保持邊坡的長期穩定；其良好的淤泥性使自然植被能夠迅速在表面生長，使得結構能與周邊環境完美結合，具有良好的生態效果，并且賓格石籠具有施工周期短，施工效率高等特點。相比混凝土來說，對環境的影響也較小。

（3）堤防橫斷面設計。根據工程區現有規劃設計和近幾年來已建堤防工程經驗，從生態環境、經濟實用的角度考慮，經方案比較確定該堤防堤身采用梯形結構，筑堤材料采用就地開挖河床砂礫石填筑。夯填砂礫梯形堤身，筑堤砂礫石填筑相對密度不小于0.60～0.65。

護坡設計為植生型賓格石籠，邊坡為1：1.5，護坡均厚0.3m，在河床面鋪設2.5m 寬的賓格石籠水平鋪蓋，厚度為0.3m。植生型賓格石籠是采用六邊形雙絞合鋼絲網制作而成，底座結合加筋聚合物的蓋板形成的一種生態網墊結構，可結合高性能生態基材噴播達到快速綠化目的。生態護坡設計如圖2 所示，植生型賓格石籠結構圖如圖3 所示。

3.4 生態景觀設計

主要以種植花卉、配置園林小品、人行景觀道路、小廣場為主線，輔助綠化。綠化主要以灌木及矮化的喬木、草皮為主，花卉為輔。灌木以冬青、黃楊、小葉女貞、紫薇、迎春、月季、牡丹等列植為主，喬木以棕櫚、玉蘭、桂花孤植、對植、列植為主。花卉以萱草、芍藥、郁金香、一串紅、波斯菊等以花壇、片植、叢植或拼圖栽植為主。草皮以三葉草、紫花地丁、紫花苜蓿、野牛草、二月蘭等片植為主。園林小品沿景觀道路、汀步、踏石等布置，主要包括休閑長椅、石桌石凳、景觀石堆、垃圾桶、宣傳櫥窗等。

4 施工技術要求

賓格石籠的安裝應在專業廠家技術人員的指導下完成。加筋植生型賓格石籠采用U 型釘固定于坡面，坡頂設錨固溝，底部與植生型賓格石籠絞合連接為整體，U 型釘采用φ8 鋼筋制作，梅花形布置，間距1m，網面抗拉強度為24KN/m，聚合物剝離強度0.3KN/m。賓格石籠是采用六邊形雙絞合鋼絲網制作而成的一種網墊結構，網面由鍍鋅覆高耐磨有機涂層低碳鋼絲通過機器編織而成，應符合YB/T 4190-2018 的要求，賓格石籠填石要求質地堅硬，強度等級MU30，比重不小于2.5t/m3，石粒徑以70-150mm 為宜。遇水不易崩解和水解、抗風化；薄片、條狀等形狀的石料不宜采用，風化巖石、泥巖等亦不得用作充填石料，填充空隙率不大于30%。聚酯長纖無紡布：標稱斷裂強度為10KN/m，詳細指標參照國標GB/T 17639－2008《長絲紡粘針刺非織造土工布》。C 型釘由鍍鋅鋁合金鍍層鋼絲制成，鋼絲直徑為3.0mm，最小鍍層重量為255g/m2。鋼絲的最小抗拉強度為1720MPa。C 型釘最小拉開拉力值不低于2.0kN。

5 結束語

本工程的實施符合習總書記提出的《黃河流域生態保護和高質量發展》的國家戰略要求，設計的生態堤防建設在改善了水環境的同時，也改善了區域內水生態、水資源和居住條件，并強化了文化、體育、休閑設施，使區域內環境、防洪等再上新的臺階。生態堤防的綠化帶可發揮涵水保土的作用，綠地的建設將改善大氣、水體和土壤的質量，將大大改善生態環境和人們的生活質量。對優化區域內環境，提升建設項目形象，改善投資環境，都將產生直接影響。可達到美化城市景觀，提高城市品位和檔次的效果，實現良好的社會效益和生態效益。

賓格石籠生態護坡的形式具有較強推廣價值，在塊石料相對豐富的地區，該形式對原河床擾動較小，柔性材料適應變形的能力強，更適宜生態要求。