生態保護紅線下的水利工程設計

摘 要：以長江銅陵河段綜合治理工程為例，分析了不可避讓生態保護紅線的因素，對工程裁彎、現狀守護兩種方案進行了比選，并優選護岸工程具體型式。結果表明：在不可避讓生態保護紅線的情況下，可通過設計方案的優選達到既發揮工程功能又保護生態紅線的目的。推薦采用防洪效果直接且明顯、生態環境影響程度小的現狀守護方案，護岸型式為平順護岸，其中位于自然保護區水上護坡、水下護腳型式宜分別為雷諾護墊、PP網兜拋石。研究成果可為涉及生態保護紅線的其他水利工程提供借鑒。

關鍵詞：水利工程；設計方案；生態保護紅線；長江銅陵河段；護岸

中圖分類號：TV85；X32 " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A

0 引 言

生態保護紅線是國土空間規劃中的重要管控邊界。2022年，自然資源部、生態環境部、國家林業和草原局聯合印發了《關于加強生態保護紅線管理的通知（試行）》，明確生態保護紅線范圍內允許10種有限人為活動。依據相關政策，符合要求的水利工程允許占用生態保護紅線。如何協調工程效益和保護生態紅線，學者們展開了一系列生態保護紅線的劃定方法和制度政策等的研究[1-2]，但基于生態保護紅線下水利工程設計方案的研究較少。申彥科等[3]以天津市某水庫綜合治理工程為例，研究在生態保護紅線的剛性約束下，工程實施所帶來的生態影響。張震[4]基于安徽省生態保護紅線審批政策，探討了對水利工程如何編制好不可避讓生態保護紅線論證報告。本文分析了長江銅陵河段綜合治理工程中不可避讓生態保護紅線的因素，對工程裁彎、現狀守護兩種方案進行了比選，并優選護岸工程具體型式。研究成果可為涉及生態保護紅線的其他水利工程提供借鑒。

1 研究區域生態保護紅線概況和工程分析

1.1 工程概況

長江銅陵河段綜合治理工程是國家重點推進的150項重大水利工程之一。工程建設任務為在已建護岸工程的基礎上，對銅陵河段的險工險段進行防護治理，維持河勢和岸線穩定，保障防洪安全。工程擬布置橫港、北埂頭等16段護岸工程，總長度39.05 km，其中新建水上護坡工程36.89 km，新建水下護腳工程35.84 km，加固水下護腳工程1.59 km（涉及江濱十一隊段0.35 km、全保圩～金牛渡段1.24 km）[5]。工程總體布置如圖1所示。

1.2 工程建設必要性

長江銅陵河段位于長江下游安徽省境內，上起羊山磯，下迄荻港鎮，河道全長59.9 km。該河段左岸為無為大堤和樅陽江堤，右岸為銅陵江堤，三大江堤保護耕地約509萬畝，保護人口約750萬人。銅陵河段河道形態復雜，兩岸地勢低平，防洪問題突出，是長江流域綜合規劃確定的長江中下游14個重點治理河段之一。

多年以來，銅陵河段崩岸嚴重，多次造成重大險情。1998年長江大洪水后，銅陵河段先后實施了樅陽江堤防滲護岸工程、無為大堤防滲護岸工程、銅陵市江堤防滲護岸工程、銅陵河段崩岸治理工程等河道治理工程，使銅陵河段的河勢得到一定程度的控制。但由于銅陵河段河勢條件復雜，沙洲和汊道多，加之跨江建筑物的興建和三峽工程清水下泄引起河床沖刷等因素的影響，銅陵河段新的崩岸險情時有發生，若進一步發展，將對該河段的河勢穩定、防洪安全、岸線保護利用及沿岸國民經濟建設布局產生不利影響[6-8]。長江銅陵河段綜合治理工程實施后可有效穩定河勢和長江岸線，保障兩岸防洪安全，對促進沿江經濟帶可持續發展具有重要作用。

1.3 占用生態保護紅線情況

項目線性穿越2018年6月安徽省政府發布的銅陵市生態保護紅線長度29.76 km、面積172.03 hm2（見圖2），生態保護紅線類型為水土保持和生物多樣性維護。涉及銅陵淡水豚國家級自然保護區緩沖區2處（信福段、梅洲頭段）、實驗區4處（橫港段、北埂頭段、觀音閣段、全保圩～金牛渡段），共計長度10.3 km、面積64.45 hm2。其中緩沖區長度6.1 km、面積40.01 hm2，實驗區長度4.2 km、面積24.44 hm2。

2 不可避讓生態保護紅線分析

2.1 設計方案的優化比選

項目附近生態保護紅線及自然保護地分布連續廣泛，受防洪工程、生態保護紅線、自然保護地等因素控制，設計難度大。前期銅陵河段整治工程按照“守”“堵”“疏”“控”的治理思路擬定了現狀守護、堵汊、裁彎、建閘四類代表性方案[9]，其中堵汊和建閘兩方案對區域整體防洪和生態環境影響較突出，不予采納。為最大限度減小對生態保護紅線的影響，根據南夾江現狀河勢及存在的主要問題，結合工程防洪效益，現階段主要對裁彎與現狀守護方案進行優化比選。

（1）裁彎方案。南夾江屬于銅陵河段支汊，全長25 km，河道曲折，比降平緩，平面形態呈“幾”字型。受水流沖刷影響，彎頂處最深達-21 m，其左岸不斷沖刷后退。裁彎方案以“疏”作為整治方向，在南夾江彎頂實施人工裁彎，將阻水最嚴重的夾江“幾”字形彎曲段裁掉，縮短河道長度，增加河道泄流能力，減輕防洪壓力。該方案開挖新河占用一定的土地資源，造成新河兩側地表的擾動，生境連續性下降。另外，由于裁彎新河導致分流，大部分江水從新河流通，老河道水位流速有一定程度的降低，原水文、泥沙情勢發生變化，且裁彎后對老河道生物阻隔影響大，對該江段江豚棲息生境產生顯著不利影響。

（2）現狀守護方案。通過對南夾江彎頂段進行崩岸治理，消除堤防安全隱患，提高圩堤的防洪能力，防洪效果比較直接且明顯，圩堤的防洪能力顯著提高，防洪能力增強；原材料就地取材，易于施工；不改變河道形態，對河道擾動較小。現狀守護方案僅對南夾江兩岸堤防進行防護，不改變銅陵江段整體河道結構，對南夾江河勢、水生生態、水環境以及區域生態功能影響較小。

經比選，本項目采用現狀守護方案。該方案較裁彎方案取消了河段裁彎工程，僅保留崩岸治理工程，盡可能減少了對該江段江豚棲息生境產生的不利影響；工程施工選線減少了土地占用，不再涉及移民安置等環境影響；取消了成德洲洲頭拋石護腳工程和位于保護區核心區的鳳凰頸段水下加固工程，避免了對洲頭江豚生境和保護區功能的破壞；在優先保障防洪安全、河勢穩定，同時兼顧環保要求的原則下，盡可能地保留部分自然岸線，核減了位于保護區緩沖區的梅洲頭段約500 m守護工程。

2.2 不可避讓生態保護紅線下設計方案分析

銅陵淡水豚國家級自然保護區基本整體位于長江銅陵河段內，是銅陵河段生態保護紅線的主體保護對象。本工程布置的16段護岸工程為近期迫切需要開展治理的區段。由于工程所在江段基本與自然保護區范圍重疊，從防洪工程建設角度，護岸、護腳工程必然會與河道臨水側灘地、水域交叉。因此，本工程無法避讓該河段生態保護區紅線。

本次選取位于自然保護區緩沖區梅洲頭、實驗區觀音閣段2處典型護岸工程，從工程迫切性、必要性方面論證分析不可避讓生態保護紅線。

（1）梅洲頭段。該崩岸段位于汀家洲洲頭及左右緣段，穿越生態保護紅線長度4 867 m。在彎道水流的淘刷作用下，汀家洲頭右緣邊灘不斷崩退，靠近南夾江進口處以條崩為主，在頂沖范圍內則呈窩崩狀的沖刷變化，水流頂沖點已下移約1.1 km。而隨著成德洲右汊的沖刷發展，汀家洲頭左緣由淤轉沖，成德洲中汊和南夾江進口段將繼續沖刷發展。為了穩定該段河勢和南夾江汊道分流比，應及早對梅洲頭河勢控制節點實施守護。在優先保障防洪安全、河勢穩定，同時兼顧環保要求的原則下，盡可能保留部分自然岸線，核減了本段治理長度約500 m守護工程。

（2）觀音閣段。該崩岸段位于汀家洲尾部，穿越生態保護紅線長度1 800 m。受鵝頭彎道出流的直接頂沖作用，隨著鵝頭彎頂的下移，河道主流頂沖點下移至汀家洲尾，致使洲體邊坡單向沖刷崩退。汀家洲尾左右汊匯流點1998～2016年崩退幅度約450 m，年均崩退25 m左右，河床深槽也隨之右移，近岸河床沖深、岸坡崩退，-10 m、-20 m高程岸坡分別后退71 m、60 m，年均崩退分別達3.6、3.0 m。因此，應盡快對本段實施守護，遏制該段洲體的進一步淘刷崩塌，并防止彎道頂沖下移對右岸堤防防洪安全產生不良影響。

2.3 對生態保護紅線的影響

工程所涉及的生態保護紅線內主要環境敏感區為銅陵淡水豚國家級自然保護區。長江江豚對涉水工程較敏感，涉水工程產生的水下噪聲、水質污染、自然岸灘侵占、棲息地破碎化、沙洲和流態改變等均會對江豚造成明顯影響。本項目中的橫港段、信福段、梅洲頭、皇公廟段等施工區域都有長江江豚的發現記錄。總體而言，工程施工會給豚類的覓食、撫育以及遷徙分布帶來一定影響，但由于崩岸治理工程施工強度不大，豚類依靠靈敏的聲納回聲定位，對低強度局部近岸、近灘水下拋石施工、慢速施工船舶的可能危險具有一定探測和躲避能力。此外，按照施工計劃，在11月至次年4月底前完成主體工程，一定程度上避開了江豚的繁殖撫幼時間段，減小了對幼豚的傷害。

3 護岸工程型式綜合比選

在保證護岸工程抗沖性能和防護效果的前提下，對涉及銅陵淡水豚自然保護區護岸工程型式進行綜合比選。

3.1 護岸工程型式比選

常見的護岸工程型式主要有平順護岸和壩式護岸[10]。平順護岸在增強河岸抗沖能力的同時，不改變沿岸水流流態；壩式護岸則是通過工程導流，改變近岸水流流場，降低近岸水流沖刷強度的挑流式守護工程。

平順護岸是長江中下游運用最廣泛的護岸型式。該型式不改變工程區域流態，對水流干擾小，護岸效果較好。考慮本工程主要以防洪保安為主，加之工程區或位于長江主航道，或處于港口、碼頭密集區域，推薦采用平順護岸型式。平順護岸工程包括水上護坡與水下護腳兩部分，二者以設計枯水位為界，設計枯水位以上為水上護坡工程，以下為水下護腳工程。

3.2 水上護坡型式比選

長江中下游常用的水上護坡工程型式有散拋塊石、干砌塊石、漿砌塊石、砼預制塊、雷諾石墊、砼植生塊等[11-12]。考慮工程涉及自然保護區，生態要求較高，因此主要對散拋塊石、雷諾石墊、砼植生塊3種護坡型式進行比較（見表1）。

本次護坡型式選用原則為：既滿足抗沖和生態要求，又保證工程施工期間石料供給，同時盡量節省工程總體造價。由表1可知，散拋塊石工程造價較高，砼植生塊次之，雷諾石墊相對較低。散拋塊石施工簡單，適應邊坡變形能力強、維修方便，具有一定生態功能，可用于港口、碼頭密集區域或邊坡平緩岸段。雷諾石墊與砼植生塊具有較強的生態功能，均適用于對生態或景觀要求較高的工程段，前者抗沖能力更強，適用于生態景觀要求較高且抗沖要求也較高的工程段，后者適用于對生態景觀要求較高而沖刷強度相對較低的工程段。考慮本工程涉及自然保護區護岸段崩岸嚴重，具有沖刷強度大、水流流速快等因素，綜合比較認為，位于自然保護區工程水上護坡型式宜采用雷諾護墊。

3.3 水下護腳型式比選

長江中下游常用的水下護腳型式有拋石、PP網兜拋石、鋼絲石籠拋石、砼板鉸鏈排等[13]。考慮工程涉及自然保護區，生態要求較高，因此主要對拋石、PP網兜拋石、鋼絲石籠拋石3種護腳型式進行比較（見表2）。

本次護腳型式選用原則為：既滿足抗沖和生態要求，又盡量節省工程總體造價。由表2可知，PP網兜拋石透水性好，能在河道內營造出新的局部繁雜的河床地貌及生態護岸，具有類似人工魚礁的效應，是最具生態友好性的護腳型式。其次是拋石，而鋼絲石籠由于鋒利的邊緣可能對水生生物造成傷害，對江豚等具有一定不利影響。雖然拋石工程造價比PP網兜拋石低，但考慮到本工程涉及自然保護區，對生態要求較高，綜合比較認為，位于自然保護區工程水下護腳型式宜采用PP網兜拋石。

4 結論與建議

生態保護紅線的要求和水利工程設計建設在現實中既存在沖突也存在融合，通過設計方案的優選可以使二者很好地協調，從而使工程對生態保護紅線不利影響得到減緩和控制。項目的實施，對遏制長江銅陵段崩岸的發展、改善河段河勢條件、提高河段防洪能力、保障防洪安全具有重要意義。但工程區域生態保護紅線及自然保護地分布連續廣泛，國家級自然保護區基本整體位于河段內，在不可避免占用生態保護紅線的情形下，結合工程防洪效益和減緩生態不利影響，推薦采用現狀守護方案。在保證護岸工程抗沖性能和防護效果的前提下，充分考慮各種工程型式的生態功能和環境友好性，推薦采用平順護岸型式，位于自然保護區內的護坡型式采用雷諾護墊，護腳型式采用PP網兜拋石。近年來水利工程不可避讓紅線是制約工程實施的重要因素之一，研究成果可為其他水利工程提供借鑒與參考。

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Design of Water Conservancy Projects under the Red Line of Ecological Protection：A Case Study on the Comprehensive Management Project of Tongling River Section of Yangtze River

SONG Jian1，LIN Hong1，HAO Haoxin2

（1.Tongling Water Resources Bureau，Tongling 244000，China；2.Yangtze River Water Resources Protection Research Institute，Wuhan 430000，China）

Abstract：This study focuses on the comprehensive treatment project of Tongling section of Yangtze River to analyze the factors that cannot avoid ecological protection red line （the bottom line for eco-environmental safety）. We compared two schemes for the project，namely，cutoff scheme and current situation conservation scheme，and selected the optimum bank protection pattern. Results reveal that：when faced with unavoidable ecological red line，the design scheme can be optimized to achieve the project function and also meet the red line requirements. We recommend the scheme of conserving the current situation which has not only direct and obvious flood control effect but also minimal eco-environmental impact. Bank protection is smooth，and for areas in nature reserves，we recommend the Reynolds mat for the shore protection above water and PP-net ripraping for under water. The findings provide reference for other water conservancy projects involving ecological protection red lines.

Key words：hydraulic engineering；design scheme；Ecological Protection Red Line；Tongling reach of Yangtze River；revetment