基于海綿城市理念的生態河道治理研究

鐘桂清

(廣州市方騰水利水電勘測設計有限公司， 廣東 廣州 510000)

1 工程概況

從化區鰲頭鎮橫坑水河道治理工程位于從化區鰲頭鎮境內東部，治理全長共5.0 km，治理位置為橫坑水河口至新三社陂上游，對長河道進行清疏清障及護岸。河道兩岸基本為天然狀態，由于堤岸單薄坡陡、土層薄且松散，受土壤特質影響易產生水土流失。這也導致洪水匯流速度加快，洪峰流量加大。此外水土流失產生的泥沙進入河道造成一定的行洪障礙，進一步抬高了河道水位，加劇了河岸淘刷，極易造成河岸坍塌等后果，造成更廣的受災范圍及更大的洪災損失。水土流失會影響區域水生態，暴雨來臨時兩岸無法存蓄雨水，雨水攜帶泥沙匯入河道，導致河道斷流，因此亟待加強水生態建設[1-4]。

2 基于海綿城市理論的水生態工程設計

設計中貫徹尊重自然、海綿化、經濟適宜的原則，合理利用地形特點、水質現狀以及現有的植被資源,因地制宜地進行利用和修復重建,建設布局合理、功能優化、生態和諧、物種多樣的生態城市河道,打造“貫通、流動、凈化、美化、海綿化”的河道環境功能。

2.1 生態河道治理水面線計算

2.1.1 基本資料

(1)計算樁號。 本次工程整治河段起點位于新三社陂上游250 m，相應樁號為K0+000；終點位于橫坑水河口處，相應樁號為K5+000；治理河道總長5.0 km。

(2)縱橫斷面設計。 ①縱斷面設計。根據橫坑水的現狀河床情況來確定各河段的縱坡降，河流岸線布置基本按原河流勢，局部彎曲河段進行了適當調整，由于現狀河寬較窄，過流能力不足，導致洪水不能及時排出，經常引起沿岸內澇，所以本次對大部分河段進行清疏、擴寬處理，使河道行洪通暢，提高河道行洪排澇能力。橫坑水河道設計河底高程需結合現狀實測上下游河底高程和設計流量確定，設計縱坡約為1‰～3‰。根據實測資料，終點位于橫坑水河口處(樁號K5+000)設計河底高程取29.60 m，推至上游治理起點位于新三社陂上游250.00 m(樁號K0+000)，河底高程為37.00 m。設計結合現狀河底高程，對高于設計河底高程的河段挖至設計高程，低于設計河底高程的河段保持現有狀況。 ②橫斷面設計。河道清疏設計底寬盡量保持原有河底寬度，并根據過流能力進行適當調整，盡可能減少切灘和對河岸植被的破壞。對局部明顯縮窄河段，按上下游寬度清疏拓寬，保證行洪暢順。根據現狀河道沖刷比較嚴重的部分擬采用格賓石籠和漿砌石護岸型式，保證河道行洪安全。

(3)河道糙率。由于缺乏實測水文資料，無法通過水力學公式計算河道糙率，本次根據河道特征，結合《水力學手冊》糙率附表進行選取。因此本階段推求未整治水面線采用糙率定為0.033，整治后糙率采用綜合糙率為0.030。

2.1.2 設計洪水水面線推算

有關水利專題規劃提出橫坑水河道防洪標準為10 a一遇。由于用地指標限制等原因，本次工程設計尚不能滿足達規劃的10 a一遇標準;麥田生態園段(K0+000～K1+253)按5 a一遇標準，其余河段不設防。推算考慮沿程眾多橋梁、水閘的壅水問題。起推水位本工程河口處位置無實測水位資料，也無涵閘、堰壩等建筑物控制，本次采取較順直的河口段作為控制的起推斷面，并用能量方程逐斷面推算到設計河道的起始斷面。河道河口斷面作為起推斷面，假定為明渠均勻流，糙率取用0.033，量取河道坡降，采用謝才公式推求控制水位，按大斷面確定水面線起推點的水位流量關系。

本次河口處10 a一遇起推水位為35.20 m，5 a 一遇起推水位為34.70 m。

2.2 生態河道治理斷面設計

2.2.1 河道斷面設計

本工程根據總體布置的原則和方案，河道整治斷面根據河道的功能定位、兩岸土地利用，使其既能滿足河道綜合功能的要求，又能夠體現當地的水鄉風貌和水鄉文化。

(1)樁號K0+000～K0+235段。該段全長235 m，現狀河底寬10～20 m，設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度10～20 m，由于右岸已做防護，本工程僅對左岸進行防護，防護方式采用生態框擋墻+草皮護坡的型式，本次護岸設計擋墻高以露出河床底1～2 m為宜，生態框擋墻高2.0 m。

(2)樁號K0+259～K0+482段。該段全長223.0 m，現狀河底寬4.0～10.0 m，設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度6.0～10.0 m，由于右岸岸頂已做休閑步道，施工條件有限，其中右岸有一段為現有漿砌石擋墻，因此本段右岸采用貼坡式仰斜式擋墻，擋墻采用M7.5漿砌石砌筑，擋墻高3.0 m;左岸采用階梯式生態框擋墻+草皮護坡的型式，階梯式生態框擋墻高2.0 m。

(3)樁號K0+482～K1+276段。該段全長794.0 m，現狀河底寬4.0～6.0 m，設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度6.0 m，本段兩岸采用階梯式生態框擋墻+草皮護坡的型式，階梯式生態框擋墻高2.0 m。

(4)樁號K1+288～K2+989段。該段全長1701.0 m，現狀河底寬約8.0 m，設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度8.0 m，由于左岸已做加固，本工程僅對右岸進行防護，防護方式采用格賓石籠擋墻+草皮護坡的型式,格賓石籠擋墻高1.6 m。

(5)樁號K2+976～K4+034段。該段全長1058.0 m，現狀河底寬約8.0～16.0 m，此段本工程設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度8.0～16.0 m，本工程對右岸進行防護，防護方式采用格賓石籠擋墻+草皮護坡的型式，格賓石籠擋墻高1.6 m。

(6)樁號K4+034～K5+000段。該段全長約1.0 km，現狀河底寬約9.0～16.0 m，設計河道采用梯形斷面，設計河底寬度9.0～16.0 m，本段現狀兩岸現狀較好，本次僅對進行清疏清障設計。

2.2.2 護岸擋墻型式及穩定計算

(1)擋墻型式選擇。 本工程按綜合功能(排澇、生態、景觀、休閑等)進行設計，突出生態河道、生態水利的理念，經過比選，選定了格賓擋墻護岸和階梯式生態框擋墻方案。本次護岸擋墻以矮墻設計為原則，墻頂不宜超兩側農田耕地地面高程，以利排水，并組合當地村民使用要求和審批要求，本次護岸設計擋墻高以露出河床底1.0～2.0 m為宜。

(2)擋墻穩定計算。 ①計算斷面： 分別選用K0+060、K0+300、K2+300的擋墻斷面計算。 ②計算工況： 工況1為完建未放水期，此時填土已完成，墻外地下水位平底板面，墻內地下水位與墻外齊平。 工況2為水位降落期，水位降落期工況計算考慮墻前墻后30.0 cm水頭差，作用于擋土墻的主要荷載有自重、靜水壓力、揚壓力(包括浮托力、滲透壓力)、土壓力等。 ③計算成果： 經計算擋墻穩定及應力計算成果見表1。由表1計算可知，擋土墻滿足規范要求。

表1 擋墻穩定計算成果

3 基于海綿城市理念的河道生態系統構建

河道生態系統構建可以利用海綿城市理念的方式，把沿河徑流、低洼地以及水塘規劃到建設范圍內，并歸入整個凈化系統以及雨洪調蓄中，打造分級雨洪凈化濕地，既可以有效緩解城市內澇，還可以提高河道景觀性。采用透水型生態護岸，讓地表徑流及雨水可以進入植被緩沖帶凈化后排放。落實海綿城市的“自然積存、自然滲透、自然凈化”的生態優先原則，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施高效地運用雨水。

3.1 生態河道清疏設計

3.1.1 清疏原則

按照中小河流清障清違先行、清疏護岸并重，重點解決河道行洪不暢，提高流域綜合防災減災能力的治理原則，對主要鄉鎮、重要村莊等進行防護，其他河段以穩定中水河槽為主，滿足通過河道造床流量要求。

本工程擬整治的河段存在較為嚴重的淤積問題，淤積物主要由粉質黏土、細砂等組成，局部河道內淤存有少量生活垃圾。由于沿線村民不斷擴占，搶種棵樹、毛竹等，使得河道變窄，嚴重影響了河道的過水面積。為保障行洪安全,對橫坑水河口～新三社陂上游250.0 m河段有淤積部分的河床及被搶占的岸坡進行清障疏浚，清除河道中影響河道過洪能力的泥沙、垃圾雜物，減輕河道淤積對河道流域范圍內防洪安全的不利影響。清疏原則主要是結合河道現狀，根據河道比降及水面線，確定清疏底高程，且以不危及堤岸基礎為原則合理進行清疏。起點K0+000～K0+215(新三社水陂)段，主要在現有河寬的基礎上對河床進行清疏，對河岸的枯枝和雜草進行清理，保留灌木和毛竹;樁號K0+240～K1+255段，對部分狹窄的河段進行擴寬，擴寬后河床寬不少于6.0 m，并且對兩岸阻礙行洪的毛竹進行清除，對不阻河道的毛竹可選擇性保留。樁號K1+255+240～K2+960段由于已對該段進行清疏及左岸防護，故本次設計僅對右岸進行清障及防護處理;樁號K2+960～K4+000段，該段主要對河床及河岸進行清疏清障，并對部分沖刷段進行防護。

3.1.2 清疏底高程及底寬設計

河道清疏根據各段具體情況，按照河道自上而下方式分段進行，河道清疏底高程均按設計河底高程進行控制，河床疏浚底寬基本同現有河寬，對樁號K0+240～K1+255段，由于該段現狀部分河寬約為4.0 m左右，且兩岸種滿了毛竹，因此對該段斷面狹窄的地方進行擴寬，擴寬后河床寬度不少于6.0 m，并且對兩岸阻礙行洪的毛竹進行清理;本工程河道清疏開挖邊坡按1∶2～1∶3，本工程清疏河段為樁號K0+000～K1+276、K2+976～K5+000，清疏總長3.3 km，清疏厚度根據各河段現狀的坡降及河道的歷史演變情況，平均厚約50.0 cm。

3.2 水生態環境水景觀工程

3.2.1 雨水生態化處理區岸段

本次工程設計結合麥田生態園區的建設，在橫坑水河樁號K0+000～K1+253段布置水景觀工程，工程設計及布置結合河道生態防護的要求，以不影響行洪、多元化生態、功能優先、可持續發展為基本原則；以生態性以人為本的設計理念；以改善河岸周邊生態環境與人居環境、保護河段生態工程、發揮河道環境效益、打造生態綠化的開放性和親水性，為周邊的村民和游客提供游賞、觀景與交流的場所為目的。

生態護岸可以使河水與土壤相互滲透，增強河道自凈能力，使水陸之間的物質流及能量流得到了加強，提高了河道生境多樣性，為多樣化生物的恢復提供良好的生境條件，并且具有一定自然景觀效果。本次設計在生態框擋墻河段上，利用生態框擋墻的特點，在生態框上種植挺水植物，如蘆葦、鳶尾、美人蕉和再力花等，在河岸寬敞的空地上及休閑步道旁種植觀賞性的植物。

3.2.2 生物多樣性的構建

要建設健康的水生生態系統，首先要建設一個相對完整的水生植物系統和沿湖的濕、陸生喬木灌木系統，形成一個完整、有序、自然的過渡河流植被系統，溝通陸地和水域的物質流和能量流。

水生植物的形態，根據植物的種類和特點進行配置，形成從河岸到河內的階梯，形成良好的景觀效果。可以選擇水生美人蕉、梭魚草和菖蒲來改善河流生物多樣性。種植沉水植物，凈化水質，吸收水中的氨氮，可選擇金魚海藻、苦草、眼菜等。

3.2.3 岸坡的綠化

根據護坡設計，邊坡地段植物的選擇應考慮邊坡的穩定性和抗侵蝕性，以滿足泄洪要求。可以考慮草坪，灌木可以種植在草坪的中部。草坪護坡以百慕大草坪為主，喜光，根系發達，生長迅速，具有水土保持作用。選擇景觀效果好的灌木進行間作，如金桃葉珊瑚、紅花次生木、桐樹等。在河岸頂部的陸地區域內，可增加植物種類，可成群種植樹木、灌木和草本植物，并可建造廣闊的植被緩沖區。

4 結 語

本工程為河道治理工程，對本區域的防洪排澇起到重要的作用，且本工程避免對自然堤岸進行硬化、裁彎取直等人為改造，通過加固河岸進行整治，采用的工程措施有強透水性，能夠使大部分雨水滲入地下，降低地表徑流的比例，盡力維持開發前的自然水文特征，本工程的建設符合《廣州市海綿城市規劃建設管理暫行辦法》，采取的工程措施是適宜的。本工程的經濟評價指標較好，社會效益顯著，工程在經濟上是合理的。對國民經濟敏感性進行分析，本工程的抗風險能力較強。