基于海綿城市理念的生態(tài)河道治理研究

鐘桂清

(廣州市方騰水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 廣州 510000)

1 工程概況

從化區(qū)鰲頭鎮(zhèn)橫坑水河道治理工程位于從化區(qū)鰲頭鎮(zhèn)境內(nèi)東部，治理全長(zhǎng)共5.0 km，治理位置為橫坑水河口至新三社陂上游，對(duì)長(zhǎng)河道進(jìn)行清疏清障及護(hù)岸。河道兩岸基本為天然狀態(tài)，由于堤岸單薄坡陡、土層薄且松散，受土壤特質(zhì)影響易產(chǎn)生水土流失。這也導(dǎo)致洪水匯流速度加快，洪峰流量加大。此外水土流失產(chǎn)生的泥沙進(jìn)入河道造成一定的行洪障礙，進(jìn)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(zāi)范圍及更大的洪災(zāi)損失。水土流失會(huì)影響區(qū)域水生態(tài)，暴雨來(lái)臨時(shí)兩岸無(wú)法存蓄雨水，雨水?dāng)y帶泥沙匯入河道，導(dǎo)致河道斷流，因此亟待加強(qiáng)水生態(tài)建設(shè)[1-4]。

2 基于海綿城市理論的水生態(tài)工程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中貫徹尊重自然、海綿化、經(jīng)濟(jì)適宜的原則，合理利用地形特點(diǎn)、水質(zhì)現(xiàn)狀以及現(xiàn)有的植被資源,因地制宜地進(jìn)行利用和修復(fù)重建,建設(shè)布局合理、功能優(yōu)化、生態(tài)和諧、物種多樣的生態(tài)城市河道,打造“貫通、流動(dòng)、凈化、美化、海綿化”的河道環(huán)境功能。

2.1 生態(tài)河道治理水面線計(jì)算

2.1.1 基本資料

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

(2)縱橫斷面設(shè)計(jì)。 ①縱斷面設(shè)計(jì)。根據(jù)橫坑水的現(xiàn)狀河床情況來(lái)確定各河段的縱坡降，河流岸線布置基本按原河流勢(shì)，局部彎曲河段進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，由于現(xiàn)狀河寬較窄，過流能力不足，導(dǎo)致洪水不能及時(shí)排出，經(jīng)常引起沿岸內(nèi)澇，所以本次對(duì)大部分河段進(jìn)行清疏、擴(kuò)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(shè)計(jì)河底高程需結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)測(cè)上下游河底高程和設(shè)計(jì)流量確定，設(shè)計(jì)縱坡約為1‰～3‰。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，終點(diǎn)位于橫坑水河口處(樁號(hào)K5+000)設(shè)計(jì)河底高程取29.60 m，推至上游治理起點(diǎn)位于新三社陂上游250.00 m(樁號(hào)K0+000)，河底高程為37.00 m。設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)狀河底高程，對(duì)高于設(shè)計(jì)河底高程的河段挖至設(shè)計(jì)高程，低于設(shè)計(jì)河底高程的河段保持現(xiàn)有狀況。 ②橫斷面設(shè)計(jì)。河道清疏設(shè)計(jì)底寬盡量保持原有河底寬度，并根據(jù)過流能力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡可能減少切灘和對(duì)河岸植被的破壞。對(duì)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(jù)現(xiàn)狀河道沖刷比較嚴(yán)重的部分?jǐn)M采用格賓石籠和漿砌石護(hù)岸型式，保證河道行洪安全。

(3)河道糙率。由于缺乏實(shí)測(cè)水文資料，無(wú)法通過水力學(xué)公式計(jì)算河道糙率，本次根據(jù)河道特征，結(jié)合《水力學(xué)手冊(cè)》糙率附表進(jìn)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(shè)計(jì)洪水水面線推算

有關(guān)水利專題規(guī)劃提出橫坑水河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。由于用地指標(biāo)限制等原因，本次工程設(shè)計(jì)尚不能滿足達(dá)規(guī)劃的10 a一遇標(biāo)準(zhǔn);麥田生態(tài)園段(K0+000～K1+253)按5 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，其余河段不設(shè)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(wú)實(shí)測(cè)水位資料，也無(wú)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(shè)計(jì)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(diǎn)的水位流量關(guān)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(tài)河道治理斷面設(shè)計(jì)

2.2.1 河道斷面設(shè)計(jì)

本工程根據(jù)總體布置的原則和方案，河道整治斷面根據(jù)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(xiàn)當(dāng)?shù)氐乃l(xiāng)風(fēng)貌和水鄉(xiāng)文化。

(1)樁號(hào)K0+000～K0+235段。該段全長(zhǎng)235 m，現(xiàn)狀河底寬10～20 m，設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底寬度10～20 m，由于右岸已做防護(hù)，本工程僅對(duì)左岸進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)方式采用生態(tài)框擋墻+草皮護(hù)坡的型式，本次護(hù)岸設(shè)計(jì)擋墻高以露出河床底1～2 m為宜，生態(tài)框擋墻高2.0 m。

(2)樁號(hào)K0+259～K0+482段。該段全長(zhǎng)223.0 m，現(xiàn)狀河底寬4.0～10.0 m，設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)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(xiàn)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(tài)框擋墻+草皮護(hù)坡的型式，階梯式生態(tài)框擋墻高2.0 m。

(3)樁號(hào)K0+482～K1+276段。該段全長(zhǎng)794.0 m，現(xiàn)狀河底寬4.0～6.0 m，設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底寬度6.0 m，本段兩岸采用階梯式生態(tài)框擋墻+草皮護(hù)坡的型式，階梯式生態(tài)框擋墻高2.0 m。

(4)樁號(hào)K1+288～K2+989段。該段全長(zhǎng)1701.0 m，現(xiàn)狀河底寬約8.0 m，設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底寬度8.0 m，由于左岸已做加固，本工程僅對(duì)右岸進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)方式采用格賓石籠擋墻+草皮護(hù)坡的型式,格賓石籠擋墻高1.6 m。

(5)樁號(hào)K2+976～K4+034段。該段全長(zhǎng)1058.0 m，現(xiàn)狀河底寬約8.0～16.0 m，此段本工程設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底寬度8.0～16.0 m，本工程對(duì)右岸進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)方式采用格賓石籠擋墻+草皮護(hù)坡的型式，格賓石籠擋墻高1.6 m。

(6)樁號(hào)K4+034～K5+000段。該段全長(zhǎng)約1.0 km，現(xiàn)狀河底寬約9.0～16.0 m，設(shè)計(jì)河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底寬度9.0～16.0 m，本段現(xiàn)狀兩岸現(xiàn)狀較好，本次僅對(duì)進(jìn)行清疏清障設(shè)計(jì)。

2.2.2 護(hù)岸擋墻型式及穩(wěn)定計(jì)算

(1)擋墻型式選擇。 本工程按綜合功能(排澇、生態(tài)、景觀、休閑等)進(jìn)行設(shè)計(jì)，突出生態(tài)河道、生態(tài)水利的理念，經(jīng)過比選，選定了格賓擋墻護(hù)岸和階梯式生態(tài)框擋墻方案。本次護(hù)岸擋墻以矮墻設(shè)計(jì)為原則，墻頂不宜超兩側(cè)農(nóng)田耕地地面高程，以利排水，并組合當(dāng)?shù)卮迕袷褂靡蠛蛯徟螅敬巫o(hù)岸設(shè)計(jì)擋墻高以露出河床底1.0～2.0 m為宜。

(2)擋墻穩(wěn)定計(jì)算。 ①計(jì)算斷面： 分別選用K0+060、K0+300、K2+300的擋墻斷面計(jì)算。 ②計(jì)算工況： 工況1為完建未放水期，此時(shí)填土已完成，墻外地下水位平底板面，墻內(nèi)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(jì)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(yáng)壓力(包括浮托力、滲透壓力)、土壓力等。 ③計(jì)算成果： 經(jīng)計(jì)算擋墻穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果見表1。由表1計(jì)算可知，擋土墻滿足規(guī)范要求。

表1 擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果

3 基于海綿城市理念的河道生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

河道生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)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(guī)劃到建設(shè)范圍內(nèi)，并歸入整個(gè)凈化系統(tǒng)以及雨洪調(diào)蓄中，打造分級(jí)雨洪凈化濕地，既可以有效緩解城市內(nèi)澇，還可以提高河道景觀性。采用透水型生態(tài)護(hù)岸，讓地表徑流及雨水可以進(jìn)入植被緩沖帶凈化后排放。落實(shí)海綿城市的“自然積存、自然滲透、自然凈化”的生態(tài)優(yōu)先原則，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施高效地運(yùn)用雨水。

3.1 生態(tài)河道清疏設(shè)計(jì)

3.1.1 清疏原則

按照中小河流清障清違先行、清疏護(hù)岸并重，重點(diǎn)解決河道行洪不暢，提高流域綜合防災(zāi)減災(zāi)能力的治理原則，對(duì)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)、重要村莊等進(jìn)行防護(hù)，其他河段以穩(wěn)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(yán)重的淤積問題，淤積物主要由粉質(zhì)黏土、細(xì)砂等組成，局部河道內(nèi)淤存有少量生活垃圾。由于沿線村民不斷擴(kuò)占，搶種棵樹、毛竹等，使得河道變窄，嚴(yán)重影響了河道的過水面積。為保障行洪安全,對(duì)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(jìn)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(duì)河道流域范圍內(nèi)防洪安全的不利影響。清疏原則主要是結(jié)合河道現(xiàn)狀，根據(jù)河道比降及水面線，確定清疏底高程，且以不危及堤岸基礎(chǔ)為原則合理進(jìn)行清疏。起點(diǎn)K0+000～K0+215(新三社水陂)段，主要在現(xiàn)有河寬的基礎(chǔ)上對(duì)河床進(jìn)行清疏，對(duì)河岸的枯枝和雜草進(jìn)行清理，保留灌木和毛竹;樁號(hào)K0+240～K1+255段，對(duì)部分狹窄的河段進(jìn)行擴(kuò)寬，擴(kuò)寬后河床寬不少于6.0 m，并且對(duì)兩岸阻礙行洪的毛竹進(jìn)行清除，對(duì)不阻河道的毛竹可選擇性保留。樁號(hào)K1+255+240～K2+960段由于已對(duì)該段進(jìn)行清疏及左岸防護(hù)，故本次設(shè)計(jì)僅對(duì)右岸進(jìn)行清障及防護(hù)處理;樁號(hào)K2+960～K4+000段，該段主要對(duì)河床及河岸進(jìn)行清疏清障，并對(duì)部分沖刷段進(jìn)行防護(hù)。

3.1.2 清疏底高程及底寬設(shè)計(jì)

河道清疏根據(jù)各段具體情況，按照河道自上而下方式分段進(jìn)行，河道清疏底高程均按設(shè)計(jì)河底高程進(jìn)行控制，河床疏浚底寬基本同現(xiàn)有河寬，對(duì)樁號(hào)K0+240～K1+255段，由于該段現(xiàn)狀部分河寬約為4.0 m左右，且兩岸種滿了毛竹，因此對(duì)該段斷面狹窄的地方進(jìn)行擴(kuò)寬，擴(kuò)寬后河床寬度不少于6.0 m，并且對(duì)兩岸阻礙行洪的毛竹進(jìn)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(hào)K0+000～K1+276、K2+976～K5+000，清疏總長(zhǎng)3.3 km，清疏厚度根據(jù)各河段現(xiàn)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(tài)環(huán)境水景觀工程

3.2.1 雨水生態(tài)化處理區(qū)岸段

本次工程設(shè)計(jì)結(jié)合麥田生態(tài)園區(qū)的建設(shè)，在橫坑水河樁號(hào)K0+000～K1+253段布置水景觀工程，工程設(shè)計(jì)及布置結(jié)合河道生態(tài)防護(hù)的要求，以不影響行洪、多元化生態(tài)、功能優(yōu)先、可持續(xù)發(fā)展為基本原則；以生態(tài)性以人為本的設(shè)計(jì)理念；以改善河岸周邊生態(tài)環(huán)境與人居環(huán)境、保護(hù)河段生態(tài)工程、發(fā)揮河道環(huán)境效益、打造生態(tài)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(chǎng)所為目的。

生態(tài)護(hù)岸可以使河水與土壤相互滲透，增強(qiáng)河道自凈能力，使水陸之間的物質(zhì)流及能量流得到了加強(qiáng)，提高了河道生境多樣性，為多樣化生物的恢復(fù)提供良好的生境條件，并且具有一定自然景觀效果。本次設(shè)計(jì)在生態(tài)框擋墻河段上，利用生態(tài)框擋墻的特點(diǎn)，在生態(tài)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(gòu)建

要建設(shè)健康的水生生態(tài)系統(tǒng)，首先要建設(shè)一個(gè)相對(duì)完整的水生植物系統(tǒng)和沿湖的濕、陸生喬木灌木系統(tǒng)，形成一個(gè)完整、有序、自然的過渡河流植被系統(tǒng)，溝通陸地和水域的物質(zhì)流和能量流。

水生植物的形態(tài)，根據(jù)植物的種類和特點(diǎn)進(jìn)行配置，形成從河岸到河內(nèi)的階梯，形成良好的景觀效果?？梢赃x擇水生美人蕉、梭魚草和菖蒲來(lái)改善河流生物多樣性。種植沉水植物，凈化水質(zhì)，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(jù)護(hù)坡設(shè)計(jì)，邊坡地段植物的選擇應(yīng)考慮邊坡的穩(wěn)定性和抗侵蝕性，以滿足泄洪要求?？梢钥紤]草坪，灌木可以種植在草坪的中部。草坪護(hù)坡以百慕大草坪為主，喜光，根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)迅速，具有水土保持作用。選擇景觀效果好的灌木進(jìn)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(qū)域內(nèi)，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(qū)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本工程為河道治理工程，對(duì)本區(qū)域的防洪排澇起到重要的作用，且本工程避免對(duì)自然堤岸進(jìn)行硬化、裁彎取直等人為改造，通過加固河岸進(jìn)行整治，采用的工程措施有強(qiáng)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(fā)前的自然水文特征，本工程的建設(shè)符合《廣州市海綿城市規(guī)劃建設(shè)管理暫行辦法》，采取的工程措施是適宜的。本工程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)較好，社會(huì)效益顯著，工程在經(jīng)濟(jì)上是合理的。對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)敏感性進(jìn)行分析，本工程的抗風(fēng)險(xiǎn)能力較強(qiáng)。