中小河流治理與生態工程設計研究

李子新

（荊州市水利水電勘測設計院，湖北 荊州 434100）

0 引言

中小河流治理是一個復合性和系統性較強的工作，其主要作用是：①合理利用水資源，達到防洪以及治理生態的目標；②提高地區的環境美化程度，并為多樣化的物種生存提供一個良好的空間；③做好治理宣傳工作，充分調動周圍居民，增強保護生態環境的意識，因此其在我國的水利和環保事業之中發揮了重要的作用，本文則以田關河為例加大對其設計內容和質量控制的研究。

1 中小河流治理與生態工程設計案例背景

1.1 地區概況

本文所選擇的工程案例為湖北省潛江市田關河周磯段（10+886—29+709），田關河是四湖地區的六大排水干渠之一，水利地位極為重要，我國在20 世紀60 年代首次對田關河進行了疏通治理，隨著我國水利技術的不斷發展，為能夠滿足水資源利用需求，后續進行了水閘以及泵站的建設。自1949 年以來，潛江市的中小河流陸陸續續經歷了5 次的大規模疏通挖掘治理，但受多種因素的影響，田關河當前仍然未能達到設計標準，存在過流能力較差等問題，并且該治理流域周圍有12.04 萬的居民和23.55 萬畝的農田，所以此次治理與生態工程設計工作極為艱巨，需要進行綜合化的考量，以保證治理后的河流以及生態環境可以長久穩定地發展并促進各項效益提升[1]。

1.2 項目概況

目前田關河河底的寬度已經從原來的84m 增加到了115m，而河底的高程在25.4～25.9m，堤頂高程為32.51m。此次治理和工程設計的主要內容有：①河道疏浚；②欠高堤段加高培厚；③部分穿堤建筑物治理；④堤頂防汛道路。項目河道建設標準為18.823km（10+886—29+709），周圍的敷設建筑物抗洪能力以20 年一遇為標準，工程級別、建筑物渠堤、穿堤建筑物級別均為4級。而在治理的過程中河道的排澇能力也極其重要，本次工程項目所選擇的排澇標準為10 年一遇3 日暴雨5日排至作物耐淹度，而排澇涵閘則需要依照搶排工況來制定，最終選擇了10 年一遇一日暴雨3 日排完的標準。灌溉的標準依照我國現行的相關灌溉以及排水工程設計規范，結合項目的實際情況，將保證率定為85%。

2 制約中小河流治理與生態工程設計的主要因素

2.1 基礎設施條件較差

在治理的過程中為能夠進一步提升周圍生態環境抵抗洪水的能力，則需要建立相應的建筑物，因此其基礎設施的建設也是制約治理質量提升的重要因素。依照本案例的相關條件來看，因為基礎設施建造的年代久遠，因此存在年久失修的現象，在設計的過程中既要考慮部分基礎設施的重建問題，還要加大對既有在用基礎設施的維修以及改造，例如，各泵站內的機電設備以及金屬結構需要更新等，不僅要考慮其經濟性，還要重視選型的適配性問題[2]。

2.2 自然資源限制因素

治理區域內的自然環境因素是影響治理和設計標準的關鍵，部分自然資源如能夠得到妥善的運用則可提升項目治理的實效性，但如果運用不當則會導致工程質量的不佳。首先，從水文氣象的角度來看，該地區的降水量存在年內分配不均勻的情況，主要集中在7月，4—8 月的汛期降水量占到了全年的67.7%，因此可以斷定，造成洪澇災害的可能性極大，治理難度和風險高。其次，從工程地質的角度而言，由于地下水的性質問題極易對建筑物和基礎構件產生腐蝕。

2.3 其他方面制約因素

除上述影響因素以外，還會受到其他一些客觀因素的影響，例如，中小河流治理與生態工程所需要設計的范圍較大，基于河流分布問題，其長度也較長，因此無論是對于工程周期還是資金投入而言都較高，并且涉及重要的水利區域，在保證工程質量的同時也期望可以提高效率，使其快速投入運營，如此背景之下也就導致了該項工作有時會出現投資額度受限、人員流動性大、工期緊張等問題，因此在設計的過程中還要對組織人員及分工合理規劃，依照輕重緩急的思路突出重點。

3 中小河流治理質量控制分析

3.1 采用因地制宜的治理思路

我國自改革開放以后十分重視中小河流的治理以及生態設計工作，而為了能夠保證此項工作的規范性，也針對不同的治理項目設定了相應的規范，在制度和標準相對統一的前提之下，為能夠進一步提高治理工作的適應性，工作人員還應在工作中樹立因地制宜的思想，從而保證工程最終的質量。具體如下：①要將所有制約治理工作的因素全部納入規劃范圍之中，進行綜合統籌安排，并且由于涉及專業較多，有時會出現交叉作業的現象，因此一定要加大對于工藝流程和施工進度的把控力度。②提高基礎信息的收集能力，除水文地質和既有治理資料以外，還要加大對于治理地區周圍情況的調研，并要做好治理后長遠效益的生成評價，以此作為規劃的指導思想，提升工程治理決策的先進性、前瞻性、時代性[3]。

3.2 建立質量保障管理體系

為能給后期的工作打下良好的基礎，則要依照前期科學的治理規劃思路，建設相應的質量保障管理體系，在此過程中工作人員需要明確以下幾點：①人員管控方面。嚴格組織機構框架，做好分工，堅持上崗前培訓制度，提高對于特殊崗位工作人員的資質審查，建立相應的績效考核機制，從源頭上把控建設質量。②建設材料方面，依照工程標準，在進場關設置專員進行治理和建設材料設備的檢查，并要提高對于采購環節的監督，現場有統一的存儲地點，所有構件信息均要入庫。③治理工藝方面，加大對于治理與設計工程的重難點分析，并編制相應的作業指導說明書，保證所有參建人員應知盡知，設置“三檢”制度，即自檢、負責人檢、第三方檢，當工序質量合格以后才能進入下一環節。

3.3 加大對于技術的把控力度

設計圖紙是中小河流治理工程的重要技術參考和設置標準，因此工作人員首先要加大對于設計圖紙與施工現場的比對力度，在所有項目內容合格以后才可以開展治理工作，如果出現了不相符的地方，則應及時通知設計人員和參建方，針對問題進行修改，給出正確的參考建議，從而保證施工設計圖紙的規范性以及精準度。其次，要做好技術交底工作，由于工程量較大，涉及專業內容較多，因此應依照不同的作業節點、專業、施工標準對相應的工作人員進行培訓，其中包括項目的主要特點、作業主要內容、施工工藝與方案和安全生產要求等。最后，引進先進的信息化施工作業技術，其作用在于：①可以作為技術交底過程中的重要展示工具；②作為評價工作成效以及推廣良好工作方法的重要渠道；③對治理工程全生命周期進行動態化監測。

3.4 加大生態水利觀念宣傳力度

在實際作業的過程中生態治理工程基本是協同開展的，為能夠提高工程的實效性，應讓工作人員樹立生態水利觀念，不能將所有的重點都放在了經濟效益目標的達成上。首先，針對部分基層施工人員生態水利觀念較為薄弱的情況，可以適時展開生態保護知識的相關培訓工作，結合本地區實際情況和其未來的生態發展規劃目標，保證河流治理項目實效性能夠發揮到最大。其次，由于治理工程周圍的建設環境較為復雜，因此需要協調周圍的居民以及建設工程配合好該項工作，同樣要以生態水利為宣傳基點，提高周圍居民對于治理項目的重視程度，減少對于河流的污染，以保證工程效益能夠持續發展。

4 中小河流治理生態工程設計主要內容

4.1 明確工程建設標準

從宏觀的角度而言生態工程是一個長久持續的工作，而生態工程的最初設計也決定了地方生態環境治理完畢之后未來的發展形態，因此在進行設計的過程中，需要結合當地的實際情況和重點施工內容進行規劃，所有的實施主線都要圍繞我國現行的相關規范標準以及地區的適應性展開，而本文中前期所介紹的所有項目標準都是在此基礎之上設定的，從宏觀的角度來看能夠符合工程的總體布局。例如，針對實地勘察現狀，將兩岸的堤防高度培厚高度依照現有的提線基礎，按照設計高程向垸內加培，堤內的比例在1:1.25；外坡比例為1:3 進行填筑。并且為了減少對于周圍環境的破壞，加大了項目現有施工資源的分析，例如，水泥、砂、石料等可以就地取材[4]。

4.2 進行水土保持設計

由于相關工程的設計以及治理都是由人為進行改造的，因此可能會對地方的水土造成一定的影響，所以工作人員也要根據工程的特性，針對影響地方水土流失的主要項目、面積、危害進行預測，從而為后期的防護工作打下良好的基礎。依照既往工作經驗，將水土保持設計的要點總結如下：①測算工程建設加速侵蝕土地的面積，從而判斷出施工過程中可能會流失的水土量。②明確建設方水土流失防治責任范圍，依照工程特點，做好細則分化。③針對可能發生的水土流失情況進行防治原則、措施、進度、投資計劃的制定。④由于工程的規模和周期較長，需要根據總體目標，制定分項防治目標，并要根據實際的工程進度進行適時的調整[5]。

4.3 合理進行防洪設計

中小河流治理生態設計還要在原有的水土保持基礎之上，提升周圍環境的抗洪能力，而田關河又是四湖上區重要的防洪排澇系統工程之一，因此在進行防洪設計時要充分考慮到田關河的洪水位以及長湖防洪排澇調度原則。在設計的過程中首先明確了河流的主要功能：①排湖；②排田。而當東荊河流的水位較低時，可以通過開啟田關閘的方式，進行自流排水，如果東荊河流的水位較高，無法實現自動排水，則可通過開啟田關泵站的方式，提排上區澇水，其中依照實際的排水泄洪需求將田關泵站的流量設計為220m3/s。如果遇到特殊狀況，像大水年時，可以通過開啟高場南閘的方式進行泄洪。依照長湖的排澇調度原則，結合了相關流域的規劃報告，最終確定為采用最不利于典型年1996 年型排澇成果，在設計分期水位時借鑒了1967—2019 年實測水位資料，進行判定。

4.4 做好堤防工程設計

河流堤防是重要的工程布置環節，也是主要的基礎建筑物，確定好堤線的布置原則以及堤防的寬度、堤身及邊坡等設計標準以后，重難點便是河堤邊坡的穩定性設計問題，在設計時應依照我國現行的相關標準，對渠道堤防進行滲流穩定計算，然后確定河道斷面，分析基本的計算工況，結合滲透系數等資料，明確各土層滲透系數，在進行滲透計算時可以加大信息化技術的應用，從而提高其精準度，如使用滲流分析軟件等，最終依照實際的情況進行滲流場邊界條件的確定，并對土堤滲流安全性進行分析，計算出河岸穩定結果。其具體的滲流和邊坡穩定計算方法如圖1 和圖2所示。

圖1 斷面滲流

圖2 渠道邊坡穩定計算

5 結語

綜上所述，中小河流治理與生態設計工程具有較高的社會效益、經濟效益以及生態效益，在進行治理以及設計的過程中，工作人員要充分掌握當地的水文地質特點，采用因地制宜的思路，提高治理設計效果的適應性，將眼光盡量放長遠，減少維護以及返修的次數，不斷改善當地的經濟以及取水條件，利用合理的河道土地規劃方案，提高自然資源的利用率，實現可持續發展的目標。