水利工程水土保持生態(tài)修復實踐研究

王華 WANG Hua

（河南省豫北水利工程管理局，新鄉(xiāng) 453002）

0 引言

傳統(tǒng)水利工程建設的過程，往往是以經(jīng)濟效益為先，而對生態(tài)效益不夠關注，因此生態(tài)環(huán)境所面臨的問題十分嚴峻。伴隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展，水利工程建設中對于生態(tài)環(huán)境的重視程度在不斷加深，水土流失問題所造成的后果非常嚴重，所以相關建設單位，必須要在結合工程發(fā)展實際的同時利用生態(tài)修復技術，開展有效的水土保持工作，以降低水土流失所帶來的危害，促進水利工程的可持續(xù)化和良性發(fā)展，使其成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力量。

1 水利工程水土流失的特點

1.1 以點或線狀分布

由于水利工程建設中涉及土石方工程，在具體的施工中，水土流失問題會非常嚴重，而只有采取行之有效的對策，才能降低對生態(tài)環(huán)境的破壞程度。雖然地面上的植被能從很大程度上緩解水土流失的問題，但水利工程建設往往是在偏遠山區(qū)或河流地區(qū)，而施工所涉及的范圍廣，施工的難度也會增大。在水利工程建設的過程中，原有的生態(tài)環(huán)境遭受破壞，生態(tài)系統(tǒng)也逐漸趨向不穩(wěn)定，地面環(huán)境受到嚴重影響，而土地也暴露出來，水土流失問題嚴重，并呈現(xiàn)點或線狀的分布狀態(tài)。

1.2 被破壞的植被難以修復

水利工程建設的過程中，對植被的破壞程度較大，而在工程進展中植被修復的速度較慢，新移栽而來的植被固土固水作用難以發(fā)揮出來，由此可以看出水利工程建設中會直接影響建設區(qū)域的土壤含水量。在工程運行的過程中，截流加大上游土壤的含水量，而原有山地土壤的水系統(tǒng)會遭受到嚴重的破壞，而與此同時原有的植被生存環(huán)境已經(jīng)發(fā)生變化，無法適應流動的水土系統(tǒng)，這時病蟲害的發(fā)病率也會因此提升。

1.3 災害種類多

我國自然水域分布范圍廣泛，分布規(guī)律不明顯，水環(huán)境復雜多變，所以在進行水利工程建設的過程中，要能夠根據(jù)地域的特點，遵循因地制宜的原則，制定行之有效的工程方案。在水利工程建設中，存在著對生態(tài)不同程度的破壞現(xiàn)象，工程周邊環(huán)境也發(fā)生了一系列變化，因此災害發(fā)生的種類也較多。

1.4 影響范圍廣

一般情況下水利工程建設的過程中，絕大多數(shù)都要就地取材，而建設中的土方活動范圍也相對較大，大量土方的開挖對工程的穩(wěn)定性造成一定的影響。而當工程完工后，對土壤和生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，并沒有及時的進行修復，自然條件也會因此惡化。如果是對土壤進行大面積的開挖，土壤的松散程度會進一步加深，其保水性也會相對下降，水土流失問題也會因此加重。

2 生態(tài)修復技術在水利工程水土保持中發(fā)揮的作用

在水利工程工作的過程中，對于水土保持工作而言，生態(tài)修復是最有效的辦法，水土的穩(wěn)固性有了保障，則施工過程會更加安全，生態(tài)修復和聚合資源可以同時進行，這能夠無形中提高效益，同時提高工程質量，人力成本和經(jīng)濟成本也得到了有效的控制。

2.1 減少災害的發(fā)生

在水利工程中開展生態(tài)修復作業(yè)，能夠有效的避免對自然生態(tài)的影響，在應用生態(tài)修復技術后，被破壞地塊的土壤固定能力能快速恢復到原有的狀態(tài)，而土壤的蓄水能力也能得到保障，有效避免了水土流失問題。地塊土壤中具有充足的水分，水循環(huán)能夠有序的進行，而治理成效也會因此提高，自然災害的發(fā)生率也相應減少。

2.2 促進相關行業(yè)利益和效益的綜合性提高

水利水電工程，即是對自然界中原有的水循環(huán)系統(tǒng)進行加工和改造，但就我國的實際發(fā)展狀況而言，水利水電工程在施工過程中，由于技術和方法的不完善，則存在著水土流失的一些問題，而這些問題從一定程度上影響著正常的生活、生產和工作。

另外，水土流失問題的存在也會伴隨著一定的安全隱患，給當?shù)鼐用竦娜松砗拓敭a安全會帶來不利影響。因此，在水利水電工程開展的過程中，生態(tài)修復作業(yè)是一項必備的工作，不僅能夠保障居民的生產和生活安全，同時也促進行業(yè)利益的提升，是有效貫徹落實我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的途徑。

2.3 提高蓄洪能力，降低洪澇災害

蓄洪防澇是水利工程的重要功能，其發(fā)揮著增綠功能作用，以滿足周圍地塊的春秋灌溉所需。一旦水庫周圍的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，則雨水將大量泥沙沖入水庫中，會導致水庫水位升高，無形中增加了水庫的壓力以及運行能力。而開展生態(tài)修復作業(yè)，通過利用周圍樹木提高固沙效果，由此來提升水庫蓄洪能力，減少洪澇災害的發(fā)生。

2.4 改善環(huán)境，提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性

水利工程自身可以看作是小型的生態(tài)系統(tǒng)，其在穩(wěn)定持續(xù)的循環(huán)下能夠完成自我的修復。在水利工程建設工作中，由于管理工作不夠完善，生態(tài)系統(tǒng)遭到了破壞，自我修復和凈化能力下降，而加之水土流失和植被減少問題，自身的生態(tài)價值也隨之降低。而利用生態(tài)修復技術，能夠使生態(tài)系統(tǒng)趨向平穩(wěn)化，如將一些植物種植到堤壩上，不僅能夠改善環(huán)境，提高空間的利用率，同時能夠確保生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使水庫生態(tài)系統(tǒng)趨于良性的循環(huán)狀態(tài)。

3 工程案例

3.1 工程概況

某水利工程主要功能為排澇、排污，就是將雨、污水和洪水經(jīng)過水道排入河道。但在現(xiàn)代化社會發(fā)展的過程中，加上人們對于環(huán)境的高要求，水道除了要有防洪排澇的功能以外，同時更加注重生態(tài)功能，以及和諧、優(yōu)美的生活環(huán)境。所以在進行水利工程建設時，僅僅注重對水利工程自身的建設遠遠不夠，要在傳統(tǒng)設計方法的基礎上，加以優(yōu)化，將生態(tài)修復加入其中，最終建設環(huán)境優(yōu)美、景色宜人、綠色化的生態(tài)河道。所以在水利工程設計前期，除了水利人員的參與外，更需要園林、景觀、環(huán)保等的參與，以不斷強化對生態(tài)環(huán)境的保護，在實現(xiàn)河道工程防洪排澇功能的同時，更能促進生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，打造綠色生態(tài)工程，創(chuàng)造生態(tài)宜居之地。

3.2 生態(tài)設計內容

①以滿足水工要求為前提基礎，不斷優(yōu)化堤防景觀，主要設計內容包含堤頂、堤坡景觀以及步行道路；

②灘地、河涌景觀改造；

③對園林進行設計改造，其中包含岸坡和堤防的美化綠化、以及景觀的設計等。

3.3 河道設計中兩種特殊河岸斷面的設計形式

3.3.1 石籠墊護岸式

在新河道建設中，新河道一些地段中具有水流流速較高、岸坡嚴重滲水、河岸坡度緩、侵蝕嚴重的問題。而在河道設計中采用石籠墊護岸，能夠有效解決侵蝕的問題。

具體形式見圖1。

圖1 石籠墊護岸

3.3.2 石籠墊護岸+親水平臺形式

由于新建河道存在著水流流速較高、岸坡嚴重滲水、河岸坡度緩、侵蝕嚴重等一系列的問題，而針對于較為寬闊的河流岸坡，在河道設計中可以采取石籠墊護岸+親水平臺的形式，將寬闊地設為親水平臺，為居民的日常休息提供場所。居民可以在此休息，放松，為居民創(chuàng)造宜居的優(yōu)美環(huán)境，能夠與大自然更加親近。石籠墊護岸+親水平臺的具體形式見圖2。

圖2 石籠墊護坡+親水平臺

3.4 穩(wěn)定算例

砌石段穩(wěn)定計算：

在對河段生態(tài)坡度穩(wěn)定性進行分析的過程中，要從兩方面著手分析，即：侵蝕穩(wěn)定分析和抗滑穩(wěn)定分析。

3.4.1 侵蝕穩(wěn)定分析

3.4.1.1 臨界剪應力

在本工程案例中，由于該河道的斷面是復式斷面，一般情況下，水流流動是在河底的梯形斷面內。其樁號河段S0+721～1+300（石籠墊護岸段），河底寬16.4米，底高程-1.69米，河床坡降1%，十年一遇汛期最高水位0.81米，最大流量7.4m3/s。如圖3。

由圖3可知，水力半徑R為

圖3 石籠墊護岸河道斷面形式

A——過水斷面面積，即53.5平方米；

S——濕周，即27.58米；

所以，R=1.9398米。

所以，由公式

樁號S0+721～1+300河段的平均剪應力為19.01（N/m2），對于順直河道，最大剪應力τmax可由下式計算，

在計算分析的過程中，由于受到諸如湍流的瞬時值等因素的影響，剪應力最大值應為乘以1.15系數(shù)以后的值，所以，最大剪應力為32.798（N/m2）。

3.4.1.2 臨界流速

結合水力學知識，我們可得到斷面的平均流速V為

在樁號S0+721～1+300河段，土質為淤泥質粘土，經(jīng)查可知，粘土允許剪應力為12.44N/m2，允許流速為0.914～1.37m/s。而該河段的實際平均剪應力為32.798N/m2，斷面平均流速為0.14m/s。從上述數(shù)據(jù)中可以看出，允許流速大于平均值，而允許剪應力小于平均值，因此只有對河岸進行有效的防護，河岸才能不被水流所侵蝕。在這里要以河岸的自身實際進行考慮，河岸的附近有魚塘，還有一些居民，因此選擇大面積開挖顯然不可行，所以石籠護岸以其自身施工簡單、具有良好的穩(wěn)固河岸效果的特點，是對河岸進行防護的最佳選擇。

采取石籠護岸措施確定之后，要根據(jù)襯砌材料的允許剪應力和允許流速可知，石籠護岸的允許剪應力為478.49N/m2，允許流速為4.26～5.79m/s，兩個數(shù)據(jù)要遠高于平均數(shù)據(jù)，這與河岸不發(fā)生侵蝕的要求完全一致。另外從侵蝕分析層面而言，石頭的獲取較為容易，價格不高，在工程上使用不但經(jīng)濟實惠，還相對安全，所以最終分析可以采用石籠護岸。

3.4.2 抗滑穩(wěn)定分析

在對抗滑穩(wěn)定進行分析的過程中，將石籠作為岸坡上的外加載荷，其度岸坡的影響可以忽略不計。通過計算分析，得出抗滑安全系數(shù)為1.971，因此岸坡趨于穩(wěn)定。另外，從抗滑穩(wěn)定分析的層面而言，由于石籠是在鋼絲籠內裝石頭的結構，有利于岸坡的抗滑穩(wěn)定，所以石籠護岸完全符合要求。從上述抗腐蝕以及抗滑穩(wěn)定分析可以得出，石籠護岸完全符合要求，且由于在樁號S0+721～1+300河段，居民以及魚塘位于河岸的附近，大面積開挖不切合實際，而石籠護岸不需要大面積開挖，且施工較為簡單，對于河岸也具有良好的穩(wěn)固效果，因此可以采用石籠護岸。

4 結語

總而言之，水利工程建設利國惠民，繁榮市場經(jīng)濟，推動社會不斷發(fā)展進步。在具體工程開展過程中，要注重工程社會效益和環(huán)境經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。水利工程水土保持生態(tài)修復的實踐中，對水土保持進行嚴格的監(jiān)管，以提高對水土保持的重視度，實現(xiàn)工程建設與生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)同發(fā)展，不斷發(fā)揮水利工程的重要作用以及綜合效益，推動水利工程的高質量發(fā)展。