水利工程水土保持中的生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)研究

彭 祿

（哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

近年來，我國水利事業(yè)繁榮發(fā)展，建設(shè)規(guī)模日漸加大，建設(shè)數(shù)量日益增多，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著很大的作用。水利工程建設(shè)通常規(guī)模較大，且施工工期較長、占地面積大，在施工中會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)，進(jìn)而破壞所在區(qū)域植被，引發(fā)水土流失。因此，在水利工程建設(shè)中，應(yīng)做好水土保持和生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)，科學(xué)指導(dǎo)施工中水土流失的防治，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。

1 水利工程建設(shè)中的水土流失特點(diǎn)

在水利工程施工中，需要進(jìn)行地表開挖、基礎(chǔ)開挖和廢渣堆放等項(xiàng)目，這些工序操作中難以避免會(huì)挖掘和破壞地表，進(jìn)而引發(fā)水土流失危害。其中，水利工程的布置方式會(huì)產(chǎn)生很大影響，在此根據(jù)工程布置形式來分析水土流失特點(diǎn)。

1.1 點(diǎn)狀工程的水土流失特點(diǎn)

點(diǎn)狀工程存在擾動(dòng)面積大的特點(diǎn)，在其施工階段會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的水土流失。點(diǎn)狀工程通常包括水庫樞紐、取水壩等，其中水庫樞紐建設(shè)中，一般會(huì)選擇庫容條件良好的山區(qū)、丘陵區(qū)等，不僅施工工期長，還會(huì)面臨惡劣的交通條件。施工前需進(jìn)行“三通一平”工作，即水、電、路和場地方面布置；同時(shí)，在施工中還需開挖導(dǎo)流洞、修建導(dǎo)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(huì)嚴(yán)重破壞地貌和植被。若缺乏有效的水土防治措施，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水力和重力侵蝕，進(jìn)而加重水土流失。

而且，點(diǎn)狀水利工程棄土棄渣集中，實(shí)際方量大，其棄渣場選址、容量會(huì)受地形限制，出現(xiàn)容量不足、運(yùn)距遠(yuǎn)等情況。一些建設(shè)單位和施工單位水土保持意識(shí)薄弱，難以落實(shí)好棄渣集中攔擋堆放工作。再加上施工擾動(dòng)嚴(yán)重、棄渣集中，在發(fā)生水土流失的情況下，泥沙會(huì)直接進(jìn)入河道導(dǎo)致其淤積、堵塞，嚴(yán)重阻礙行洪功能的發(fā)揮，不僅會(huì)影響水利工程的安全，還會(huì)威脅下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

點(diǎn)狀水利工程還存在水土流失潛在時(shí)間長的問題，水庫樞紐工程竣工蓄水后會(huì)形成淹沒區(qū)，且涉及范圍較廣，在水位削落、庫岸再造下，容易引發(fā)塌方和滑坡等災(zāi)害，且其實(shí)際危害周期較長，需要多年時(shí)間才可穩(wěn)定。

1.2 線狀工程的水土流失特點(diǎn)

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(huì)經(jīng)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(shè)置的臨時(shí)道路多，棄渣場數(shù)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(nóng)田、破壞土地，開挖渠道作業(yè)中易出現(xiàn)邊坡垮塌危害，容易引發(fā)嚴(yán)重水土流失，并且涉及多片自然區(qū)域和行政區(qū)域，具有范圍廣的特點(diǎn)。其次，水土流失災(zāi)害會(huì)對(duì)性能較好的土壤產(chǎn)生永久性損害，導(dǎo)致一些重要植被消失，因此其水土流失具有破壞強(qiáng)度大的特點(diǎn)。

2 水利工程建設(shè)引發(fā)水土流失的原因

2.1 擾動(dòng)地表，破壞植被

在建設(shè)水利工程過程中，開挖建筑物基礎(chǔ)、平整場地等，都需要進(jìn)行大量土石方挖填作業(yè)，會(huì)強(qiáng)烈擾動(dòng)原地面組成物質(zhì)、地形地貌，破壞地表覆蓋植被、結(jié)皮，導(dǎo)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(qiáng)降雨天氣下加快水體流速，最終發(fā)生水土流失危害。

2.2 棄土棄渣轉(zhuǎn)存

水利工程施工中，在開挖土石方作業(yè)時(shí)，雖然會(huì)采取措施平衡調(diào)配土石方，利用開挖土石方回填，但仍會(huì)產(chǎn)生不少棄渣。這些棄渣會(huì)被運(yùn)送到棄渣場堆存，在處置不及時(shí)或者不當(dāng)?shù)那闆r下會(huì)引發(fā)水土流失危害。同時(shí)，施工中大量砂石料、回填土需要在現(xiàn)場堆放，若未采取有效遮擋措施，降水沖刷會(huì)引發(fā)水土流失。

2.3 土石料場開采

在進(jìn)行水利工程壩體填筑、修建構(gòu)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(duì)原地貌和植被會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)、破壞而裸露地表，使其抗侵蝕性降低。同時(shí)，施工中需要沿山坡修建道路，開挖、填筑和護(hù)坡等施工環(huán)節(jié)容易引發(fā)水土流失，邊坡開采后變成臨空邊坡，嚴(yán)重破壞其自熱穩(wěn)定性，引發(fā)崩塌等災(zāi)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(chǎn)生的水土流失形式多樣、復(fù)雜，不同的問題需要采取相應(yīng)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(huì)影響水土保持。此外，在當(dāng)前水利工程建設(shè)中很多施工單位并未對(duì)員工加強(qiáng)培訓(xùn)，導(dǎo)致其采用傳統(tǒng)方法作業(yè)，對(duì)水土保持重要性認(rèn)識(shí)不足，會(huì)加重對(duì)地表和植物的破壞，進(jìn)而引發(fā)水土流失危害。

3 水利工程水土保持的生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

3.1 生態(tài)護(hù)坡的特點(diǎn)和優(yōu)勢

在河流生態(tài)治理中，生態(tài)護(hù)坡是重要措施，這種新型護(hù)坡技術(shù)結(jié)合了水利工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，突破了以往護(hù)岸水泥三面襯砌、整齊劃一格局，除了保障護(hù)岸抗沖刷能力，還可以全面保障期穩(wěn)定性、景觀性和生態(tài)性。

（1）特點(diǎn)。生態(tài)護(hù)坡中有兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)：一是依據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等，建立科學(xué)合理的防護(hù)體系標(biāo)準(zhǔn)；二是掌握河道自身生態(tài)體系，在完成施工后使生態(tài)平衡盡快恢復(fù)。生態(tài)護(hù)坡模式多樣，除傳統(tǒng)防護(hù)綠化型外，還包括人工濕地系統(tǒng)、種植養(yǎng)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(tài)防護(hù)的要求下還可采用混凝土防護(hù)。不同于傳統(tǒng)的綠化美學(xué)，生態(tài)護(hù)坡強(qiáng)調(diào)采用自然力量恢復(fù)生態(tài)平衡，四季景觀得以自然恢復(fù)。

（2）優(yōu)勢。在傳統(tǒng)護(hù)坡工程中，主要采取工程措施護(hù)坡，如預(yù)制混凝土塊體護(hù)坡和現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡等，

多采取梯形、矩形斷面護(hù)砌形式，以發(fā)揮穩(wěn)定坡岸結(jié)構(gòu)、防洪、防止水土流失等作用，但會(huì)對(duì)景觀生態(tài)產(chǎn)生不良影響。而生態(tài)護(hù)坡則結(jié)合了植物護(hù)坡、工程措施的優(yōu)點(diǎn)，可以使護(hù)坡產(chǎn)生生態(tài)功能。具體優(yōu)勢如下：①改善水質(zhì)。傳統(tǒng)護(hù)坡是硬質(zhì)的，岸坡并未設(shè)置植物屏障，地表徑流會(huì)將污染物帶入水體中，加劇水質(zhì)惡化。生態(tài)護(hù)坡中的植物可以滯納污染物，過濾地表徑流中的污染物，發(fā)揮對(duì)水體的保護(hù)作用。②恢復(fù)綠色景觀。傳統(tǒng)護(hù)坡失去原有的生機(jī)，生態(tài)護(hù)坡則可采取植物措施，恢復(fù)綠色景觀，改進(jìn)傳統(tǒng)護(hù)坡方法，既重視使用新型環(huán)保材料和技術(shù)，又挖掘傳統(tǒng)人工材料和技術(shù)優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)與施工中全面考慮環(huán)境需求、生物多樣性等方面內(nèi)容。

3.2 設(shè)計(jì)原則

水利工程水土設(shè)計(jì)中，應(yīng)堅(jiān)持“誰開發(fā)誰保護(hù)，誰危害誰治理”的原則，因地制宜開展綜合治理，以預(yù)防為主，加強(qiáng)保護(hù)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、景觀協(xié)調(diào)的成效。

3.3 生態(tài)護(hù)坡與水土保持設(shè)計(jì)

（1）植物護(hù)坡。在水土保持方面，發(fā)達(dá)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(dá)到了保護(hù)生態(tài)的效果，又創(chuàng)造了可欣賞的景觀。但也要注意城市河道用植物護(hù)坡會(huì)產(chǎn)生的問題，即在雨水沖刷作用下，植物護(hù)坡會(huì)形成深溝，難以有效保證護(hù)坡效果，且會(huì)對(duì)景觀產(chǎn)生不利影響。還有一些工程不適宜采用植草護(hù)坡，主要是處于防洪重點(diǎn)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(hù)坡。土工材料固土種植基可以分為多種形式，有土工網(wǎng)墊固土種植基和土工單元固土種植基等。土工網(wǎng)墊固土種植基中，使用由聚丙烯等高分子材料制成的網(wǎng)墊，通常與種植土等結(jié)合應(yīng)用，組成多層非拉伸網(wǎng)、雙向拉伸平面網(wǎng)。在熱熔處理多層網(wǎng)的交接點(diǎn)后將其黏接，會(huì)形成相當(dāng)穩(wěn)定的空間網(wǎng)墊，不僅質(zhì)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(wǎng)孔生長、發(fā)展，最后網(wǎng)墊、泥土表層與植物之間結(jié)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(fā)揮固土護(hù)坡作用。土工材料固土種植基護(hù)坡中，可以增設(shè)混凝土做外框穩(wěn)定坡面，發(fā)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(tài)混凝土護(hù)坡。該類型的生態(tài)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(hù)坡工程中的生態(tài)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(jī)質(zhì)保水劑，混合無機(jī)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(shè)一定厚度的表層土，使植被有空間發(fā)芽。同時(shí)，其中的水分蒸發(fā)減少，植被發(fā)芽初期可獲得需要的養(yǎng)分，且不會(huì)存在表面過熱問題。該類型的護(hù)坡抗水流沖刷能力較強(qiáng)，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(qū)應(yīng)用，還可以幫助排出被保護(hù)土中的水分，降低其含水量，避免出現(xiàn)凍害破壞等。

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

4 結(jié)束語

水利工程建設(shè)施工時(shí)間長、對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞大，因此在項(xiàng)目實(shí)施中需重視水土保持、生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)與實(shí)施，采取合理的技術(shù)措施完善防護(hù)體系，以有效防治水土流失，并促進(jìn)水利工程建設(shè)健康發(fā)展。為保障水土保持和生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施成效，相關(guān)部門必須起到帶頭作用，將水土保持工程當(dāng)作水利工程建設(shè)中的一個(gè)組成部分，嚴(yán)格監(jiān)管項(xiàng)目生態(tài)措施，在達(dá)不到防治要求的情況下，不可對(duì)項(xiàng)目辦理竣工驗(yàn)收、交付使用手續(xù)。