生態(tài)水利規(guī)劃對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的積極影響

張連剛，謝 宇

(浙江清源工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020)

0 引言

生態(tài)水利科學(xué)規(guī)劃是生態(tài)水利工程活動(dòng)得以正常開(kāi)展的重要前提，也是生態(tài)水利工程各項(xiàng)功能得以有效發(fā)揮的基本保障。在生態(tài)水利規(guī)劃中，需考慮到現(xiàn)場(chǎng)水文資源條件，采取技術(shù)優(yōu)化措施，竭力減小水利工程建設(shè)對(duì)水文環(huán)境的破壞，展現(xiàn)出生態(tài)水利規(guī)劃的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 生態(tài)水利規(guī)劃的重要性

社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，居民收入提高，生活水平得以改善，與此同時(shí)對(duì)生活質(zhì)量有更高的要求。從自然環(huán)境的角度來(lái)看，水資源屬于自然環(huán)境的重要部分，與居民的日常生活息息相關(guān)，為居民提供高品質(zhì)的供水服務(wù)以及改善水環(huán)境均極為重要。即便我國(guó)水資源儲(chǔ)量豐富，但人均水資源有限，存在水資源供應(yīng)短缺的問(wèn)題，準(zhǔn)確認(rèn)清現(xiàn)狀并積極探索提高水資源利用水平、保障水資源品質(zhì)的措施勢(shì)在必行。在業(yè)內(nèi)人士的持續(xù)探索下，相繼在河流海域建成水利工程，能夠有效優(yōu)化水資源、提高開(kāi)發(fā)水平。在肯定現(xiàn)有水利工程應(yīng)用效果的同時(shí)，也需認(rèn)識(shí)到水利工程存在的各類(lèi)問(wèn)題，其中生態(tài)水利規(guī)劃缺乏科學(xué)性則頗為明顯，此狀況下水利工程的經(jīng)濟(jì)效益難以得到有效的提升，甚至破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，不利于生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。由此可見(jiàn)，在水利工程開(kāi)展過(guò)程中妥善做好生態(tài)水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作極具重要性，例如根據(jù)工程所在地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水文條件進(jìn)行針對(duì)性的規(guī)劃設(shè)計(jì)，發(fā)揮出水資源的利用價(jià)值以及實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的全面防護(hù)。

2 生態(tài)水利規(guī)劃的基本原則

2.1 生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)原則

生態(tài)系統(tǒng)具有自組織功能的特點(diǎn)，其機(jī)理在于自然選擇物種，以保證物種與所在區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)呈協(xié)調(diào)關(guān)系，其在面對(duì)自然選擇時(shí)能夠主動(dòng)找尋適應(yīng)于自身發(fā)展需求的環(huán)境，以保證健康地發(fā)展。優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境能夠?yàn)榉N群繁殖提供支持，為其提供能源條件和自然環(huán)境。自組織功能原理與達(dá)爾文進(jìn)化論有相似性，主要區(qū)別在于兩者的研究尺度不同。其中，地球生物圈的種群屬于進(jìn)化論研究的重點(diǎn)考慮對(duì)象，而生態(tài)系統(tǒng)種群間產(chǎn)生自組織功能，在自組織的作用下，自然界能夠以適應(yīng)性的要求進(jìn)行物種的挑選，選擇適宜在特定區(qū)域生態(tài)環(huán)境中生存的物種。

2.2 整體性和生態(tài)性原則

生態(tài)水利規(guī)劃需考慮到水利系統(tǒng)整體性的原則，其中水利系統(tǒng)要依托科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)手段有效實(shí)現(xiàn)工程蓄水、發(fā)電、灌溉等功能，生態(tài)性則考慮的是河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要足夠完善，同時(shí)具備在特殊生態(tài)環(huán)境中的自我修復(fù)能力。為進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)生態(tài)性，還需加強(qiáng)對(duì)水位、流量等多方面的觀察與調(diào)節(jié)。

2.3 景觀性原則

生態(tài)水利規(guī)劃在保證生態(tài)功能正常實(shí)現(xiàn)的同時(shí)還需考慮到景觀特色的打造，即遵循景觀性原則，以優(yōu)質(zhì)的生態(tài)水利系統(tǒng)為載體，開(kāi)發(fā)具有地方特色的旅游項(xiàng)目，拓寬生態(tài)水利工程的創(chuàng)收途徑[1]。

3 工程實(shí)例

某地護(hù)城河總長(zhǎng)13.07km，深度5.0～14.4m，河底寬度14.7～21.1m，上口寬度29.4～46.2m，橫斷面呈梯形，兼具排水泄洪、蓄積雨水的功能。由于城市的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)均在不同程度上對(duì)護(hù)城河生態(tài)環(huán)境造成污染。出于對(duì)環(huán)境品質(zhì)的考慮，該市自2021年開(kāi)始推進(jìn)護(hù)城河改造工程，經(jīng)不懈努力后在水質(zhì)改善、景觀塑造等方面均取得優(yōu)異的成果，但仍有諸多問(wèn)題有待解決，例如岸坡植被稀疏、河道硬化力度過(guò)大、親水平臺(tái)缺乏親水性。鑒于此，本文立足該護(hù)城河現(xiàn)狀，以生態(tài)環(huán)保的基本理念為引導(dǎo)，提出河道柵格結(jié)構(gòu)改造方案，具體做如下分析。

3.1 生態(tài)河道柵格結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1.1護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

河道護(hù)岸改進(jìn)為綠濱墊型護(hù)岸，垂直防護(hù)高度3.66m，護(hù)岸迎水面岸坡坡度1∶2，坡長(zhǎng)7.7m，坡腳用固濱籠護(hù)砌。護(hù)岸頂部壓頂寬度0.6m，栽種榆葉梅、垂柳等適應(yīng)于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境同時(shí)具有景觀價(jià)值的樹(shù)木，借助護(hù)岸頂部空間綠化的設(shè)計(jì)手法提升綜合設(shè)計(jì)效果。樹(shù)木間距按1.5m控制，樹(shù)高穩(wěn)定在2.0～2.5m，視樹(shù)木生長(zhǎng)狀態(tài)定期修剪至該高度控制區(qū)間內(nèi)。在綠濱墊塊石上平鋪30cm厚的生態(tài)袋，為予以固定，用石籠網(wǎng)兜住。生態(tài)袋中有草籽，在布設(shè)到位后的一段時(shí)間開(kāi)始生長(zhǎng)，起到固土和綠化的作用。綠濱墊下方依次規(guī)劃砂礫墊層、無(wú)紡?fù)凉げ?。護(hù)岸存在回填作業(yè)要求，采取逐層回填、夯實(shí)的方法，使回填部位穩(wěn)定可靠。格賓石籠的填充物采用抗壓強(qiáng)度、天然密度等指標(biāo)均合理的塊石，具體要求如見(jiàn)表1。基于前述思路，確定“綠濱墊+固濱籠”的綜合型河道護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，具有提升護(hù)岸防洪性能的作用。

表1 格賓石籠填充物的性能要求

3.1.2網(wǎng)箱擋土墻設(shè)計(jì)

河道的岸坡坡度>1∶1.5時(shí)宜設(shè)置擋土墻，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為多種類(lèi)型，常見(jiàn)的是網(wǎng)箱擋土墻、背墻擋土墻等。在本工程的河道柵格結(jié)構(gòu)中，采用的是網(wǎng)箱擋土墻。

在距護(hù)城河上游邊界3.0m處和距護(hù)城河下游5.5m處分別設(shè)置網(wǎng)箱擋土墻的上游扶壁、下游扶壁，伸入河岸部分至少達(dá)到4.0m。網(wǎng)箱擋土墻的基礎(chǔ)埋深視護(hù)城河的水位變化特點(diǎn)而定，需滿足基礎(chǔ)部分位于最大沖刷深度以下的要求。河水對(duì)護(hù)城河彎曲段的沖刷作用較強(qiáng)，出于安全防護(hù)考慮，在網(wǎng)箱擋土墻設(shè)計(jì)中增設(shè)網(wǎng)墊護(hù)坦。精心挑選網(wǎng)箱擋土墻的填料，以期利用優(yōu)質(zhì)的填料建設(shè)擋土性能和透水性能均良好的網(wǎng)箱擋土墻。經(jīng)分析，認(rèn)為粒徑為10～30cm的碎石和2～3cm的細(xì)砂是網(wǎng)箱擋土墻的可行填料[2]。

網(wǎng)箱擋土墻設(shè)計(jì)充分考慮到土壓力(K)，此指標(biāo)的計(jì)算方法如下：

(1)

式中，q—地表均勻荷載，KN/m2；γ—填土重量，kg；H—擋土墻高度，m；α—墻背與水平面的夾角(°)；β—填土表面與水平面的夾角(°)。網(wǎng)箱擋土墻在受力性能不足時(shí)有失穩(wěn)、受損的可能，為保證網(wǎng)箱擋土墻的穩(wěn)定性，要求其能夠承受的土壓力超過(guò)使用過(guò)程中的實(shí)際壓力。

3.1.3生態(tài)格網(wǎng)設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)2種規(guī)格的生態(tài)格網(wǎng)，即以直徑2.5～3.0mm的鋼絲為原材料組成網(wǎng)孔60mm×100mm的生態(tài)格網(wǎng)和以直徑3.5～4.0mm的鋼絲為原材料組成網(wǎng)孔100mm×150mm的生態(tài)格網(wǎng)。鋼絲繞芯軸纏繞5圈，用尖針刮擦鍍層，以免出現(xiàn)生態(tài)格網(wǎng)脫落、開(kāi)裂的問(wèn)題。

(2)填石選材方面，要求粒徑小于網(wǎng)目的石料不超過(guò)總量的10%，石料填筑到位后，向產(chǎn)生的縫隙間填入砂礫。所有填料均布置到位后，要求外露的石料保持平整。

(3)精心設(shè)計(jì)濾層的土工布，選材方面，考慮的是易滲透、耐沖磨的無(wú)紡?fù)凉た椢铩?/p>

(4)沿垂直方向以40cm的間距依次設(shè)水平拉筋，布設(shè)后從外部開(kāi)始張拉，逐步轉(zhuǎn)向內(nèi)部，使拉筋保持張緊的狀態(tài)，確保在河水沖刷作用下內(nèi)部的土石料仍維持穩(wěn)定[3]。

3.1.4清淤河段設(shè)計(jì)

護(hù)城河部分河段的河底淤泥堆積明顯，水流平緩，洪水排泄難度大，為此組織清淤拓寬設(shè)計(jì)。為保證清淤拓寬效果，將清淤寬度設(shè)計(jì)為100～280m。經(jīng)過(guò)清淤拓寬后，改善河水流速偏慢的現(xiàn)狀，借助相對(duì)較快流速的水流沖刷河底泥沙，減少河底淤積量。清淤河段設(shè)計(jì)遵循資源利用價(jià)值最大化的原則，將開(kāi)挖產(chǎn)生的土方用于護(hù)岸砌筑，多余部分轉(zhuǎn)至周邊的坑塘，發(fā)揮出此類(lèi)土方保護(hù)岸灘的作用。

4 生態(tài)河道柵格設(shè)計(jì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的積極影響

4.1 溢水堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響

改造前，護(hù)城河采用的是梯形型式的溢水堰，高、低水位的落差超過(guò)2m。旱季雨水偏少，水經(jīng)由溢水堰底部排水孔流出；遇降雨且尤其是連續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)，水流漫過(guò)溢水堰。既有梯形型式溢水堰的水位可控向差，不利于堰壩頂部植被的生長(zhǎng)。針對(duì)該狀況，不再采用梯形直立的溢水堰，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后改進(jìn)為斜面柵格形式，同時(shí)填充砂石和生態(tài)袋。雨季來(lái)臨前，河流水漫過(guò)溢水堰的斜面，對(duì)水生植物的生長(zhǎng)有益，同時(shí)還展現(xiàn)出良好的景觀綠化價(jià)值；得益于斜面柵格蓄水能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，即便在旱季也依然可滿足水生植物的生長(zhǎng)需要。因此，該溢水堰改造方式兼具生態(tài)效益和景觀效益。改造后的結(jié)構(gòu)斷面，如圖1所示。

圖1 河道堰壩縱向斷面示意圖

4.2 親水平臺(tái)和堤岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響

護(hù)城河的原親水平臺(tái)采用直接臨水設(shè)計(jì)，為直立式砌墻結(jié)構(gòu)，缺乏建筑美學(xué)價(jià)值，在視覺(jué)上給人以生硬感和突兀感。對(duì)原直立式砌墻結(jié)構(gòu)加以改造，采用的是斜面柵格結(jié)構(gòu)，在近水面以上、人行道以外的區(qū)域均勻分布斜面柵格，發(fā)揮出此結(jié)構(gòu)的空間聯(lián)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)河面、河道及沿河步行道在空間上的連接。柵格內(nèi)填充生態(tài)袋，種植草本植物或灌木，利用植物進(jìn)行蓄水保土、綠化河岸。親水平臺(tái)的柵格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兼顧周邊環(huán)境，例如與岸邊深層土質(zhì)相聯(lián)系，此設(shè)計(jì)方式有如下效果：旱季降雨量少，親水植物從深層土壤吸收水分，避免因水分供應(yīng)不足而出現(xiàn)異常生長(zhǎng)的情況；進(jìn)入雨季，降雨量增加，河流水經(jīng)由格柵進(jìn)入深層土層，作為地下水的水源補(bǔ)給。在采用斜面格柵式的親水平臺(tái)設(shè)計(jì)方式后，消除原結(jié)構(gòu)的生硬感，營(yíng)造良好的河岸景觀，同時(shí)也能夠保證親水植物的良好生長(zhǎng)。河道堤岸橫斷面，如圖2所示(親水平臺(tái)以下的部分)。

圖2 親水平臺(tái)以下河道堤岸橫斷面示意圖

護(hù)城河堤岸的磚砌結(jié)構(gòu)具有疏導(dǎo)水流的作用，但此類(lèi)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響堤岸的景觀。在對(duì)現(xiàn)有護(hù)城河堤岸進(jìn)行生態(tài)規(guī)劃時(shí)，充分考慮到功能適用性、生態(tài)效益、觀賞價(jià)值多方面的要求。在該思路下，采取的是小孔徑空隙柵格化的設(shè)計(jì)方法，思路是用鉆機(jī)在堤岸坡面鉆孔徑2cm、孔深1.0～1.2m、孔距30cm、排距50cm的孔，形成一系列均勻分布的孔；向孔內(nèi)填入草籽，使其生長(zhǎng)，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境種植合適類(lèi)型的花卉。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有護(hù)城河堤岸的改造后，堤岸對(duì)旱季低水位、雨季高水位的適應(yīng)性均較好，結(jié)構(gòu)形式更加合理，綠化水平得以提高，兼具生態(tài)效益和觀賞價(jià)值。

4.3 河道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響

護(hù)城河的原河道采用矩形隔水凹槽式結(jié)構(gòu)，施工材料以混凝土為主，由于此類(lèi)材料的防滲性能較好，產(chǎn)生分隔作用，從而獨(dú)立河道的內(nèi)、外部環(huán)境，在此空間分隔狀態(tài)下，河道屬于獨(dú)立的儲(chǔ)水系統(tǒng)。從可行性的角度來(lái)看，原設(shè)計(jì)方案的不足在于易引起河道底部淤積問(wèn)題，同時(shí)在一定程度上破壞河流水生態(tài)的穩(wěn)定性，最為直觀的表現(xiàn)則是河道的水質(zhì)變差。鑒于矩形隔水凹槽結(jié)構(gòu)的不適性，在生態(tài)水利規(guī)劃時(shí)針對(duì)既有的矩形隔水凹槽式結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，要點(diǎn)如下：

為河道設(shè)計(jì)柵格結(jié)構(gòu)的箱狀構(gòu)筑物，修筑位置規(guī)劃在河床的底部、臨近兩岸親水平臺(tái)的位置。以河道兩岸為中心，向外延伸布置，直至所處位置到達(dá)擋土墻為止。規(guī)劃的構(gòu)筑物在高度上存在差異，通過(guò)高差的設(shè)計(jì)手法形成錯(cuò)落分布的視覺(jué)觀感，同時(shí)也能夠清晰地對(duì)箱狀空間進(jìn)行分隔，形成多個(gè)深淺不一的細(xì)分箱狀空間。在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，于規(guī)劃出的箱狀空間內(nèi)填筑砂石，同時(shí)考慮各部位的水位高度，種植適宜的水生植物。例如，距堤岸較遠(yuǎn)的深水區(qū)，以金魚(yú)藻、黑藻等沉水植物為主；距離堤岸較近的淺水區(qū)，以菖蒲、荷花等挺水植物為主。通過(guò)多種水生植物的聯(lián)合種植，一方面美化河道，利用植物增強(qiáng)景觀價(jià)值；另一方面提供可滿足水生動(dòng)物棲息的場(chǎng)所，從而保證水生動(dòng)物的良好生存，對(duì)改善河道生態(tài)系統(tǒng)有一定的作用[4]。規(guī)劃設(shè)計(jì)后的生態(tài)河道，如圖3所示。

圖3 生態(tài)河道平面示意圖

對(duì)于硬質(zhì)河床，以生態(tài)理念為指導(dǎo)進(jìn)行改造，不再采用原硬質(zhì)河床的結(jié)構(gòu)形式，取而代之的是柵格結(jié)構(gòu)形式。為提高硬質(zhì)河床的改造效果，在設(shè)計(jì)柵格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)，例如河水的水質(zhì)、河水流速等因素，據(jù)此靈活優(yōu)化柵格的規(guī)格。之所以注重柵格規(guī)格的針對(duì)性設(shè)計(jì)，原因在于合適規(guī)格的柵格能夠起到阻水作用，但禁止出現(xiàn)盲目增加?xùn)鸥褚?guī)格的行為，否則將由于柵格的不合理設(shè)置而放慢護(hù)城河的水流速度，又因水流速度較慢而使水中泥沙無(wú)法被水流帶走，隨著時(shí)間的推移，引起愈發(fā)明顯的河道沉積現(xiàn)象，最終的改造效果偏離預(yù)期。經(jīng)過(guò)周全的考慮后，將河道兩側(cè)柵格的規(guī)格設(shè)計(jì)為2m，具體可根據(jù)實(shí)際條件適當(dāng)調(diào)整。按前述提及的思路設(shè)計(jì)河道柵格后，能夠取得良好的阻水效果

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著近年來(lái)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，生態(tài)化水利規(guī)劃已經(jīng)成為水利工程建設(shè)的重要因素。積極有效的生態(tài)水利規(guī)劃，對(duì)水文環(huán)境有著重要的影響作用。經(jīng)過(guò)本文的分析，提出生態(tài)水利規(guī)劃的具體策略，明確生態(tài)水利規(guī)劃對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的積極影響，認(rèn)為生態(tài)水利規(guī)劃是現(xiàn)代水利工程中必須妥善落實(shí)到位的一項(xiàng)工作。同時(shí)，建議相關(guān)人員高度重視生態(tài)水利規(guī)劃，結(jié)合現(xiàn)有水環(huán)境做針對(duì)性的規(guī)劃設(shè)計(jì)，以提高生態(tài)水利規(guī)劃水平，降低生態(tài)水利規(guī)劃對(duì)水文環(huán)境的破壞以及水域周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響，對(duì)生態(tài)水利工程的建設(shè)有著一定的積極意義。