防洪工程建设及其水土流失防治研究

张晓刚

(大石桥市水利事务中心，辽宁 大石桥 115100)

某河流由于多处河段未进行防洪工程建设，导致其防洪能力低下，汛期洪涝灾害频发，严重地阻碍了当地的经济发展与城镇建设，建设有效的防洪工程迫在眉睫。但防洪工程建设对生态环境的影响较大[1]，如：干扰原有地貌、破坏土地和植被[2]，从而造成水土流失和局部生态环境恶化[3]，严重影响附近居民的生产生活[4]；且河堤施工时具有土方量大、弃渣量多、施工线长以及分布分散等特点[5]，若在施工过程中忽视水土保护工作，不重视处理开挖以及填埋坡面，一方面裸露地面在降雨作用下易产生大量水土流失[6]；另一方面松散的泥沙和碎石容易顺坡滑入河道造成淤积河床，严重危害水工建筑物的安全服役[7]。因此，拟建工程设计方案、施工布置及施工组织等均需考虑水土流失状况和水土保持对策，减少防洪工程建设对生态环境的负面影响[8]。基于上述背景，开展防洪工程的水土流失及其防治对策具有重要的理论和实际工程价值。

1 设计方案与比选

1.1 防洪工程建设设计方案

某防洪工程主要保护西岸输水总干渠以及西岸总分水闸，设计时参照规范[9]确定其工程级别。由于西岸输水总干渠设计流量为170 m3/s，灌溉面积约为11.33亿m2，则该工程为Ⅱ等大(2)型工程，2级引水渠道。考虑远期新建水库调蓄洪水，将防洪标准先暂定为10 a一遇标准[1]，待新水库建成后将防洪标准提高至50 a一遇。

防洪工程防洪治导线间距为1000 m，即在现有临时防洪堤位置处新建永久性防洪工程。防洪工程起点为45+427，终点为48+027段。根据该工程的具体情况，融合生态堤防工程的概念提出了三个方案，第一方案为一坡到底浆砌石顺坝方案，衬砌方式为全断面采用浆砌石；第二方案为一坡到底浆砌石结合混凝土板顺坝方案，衬砌方式为全断面采用浆砌石结合混凝土板；第三方案为浆砌石结合混凝土顺坝+水平铺设8.0 m钢筋石笼防冲刷方案。

第一方案设计中考虑到河道现状的宽度，以及河道左岸的天然河岸河势情况，采用顺应河势，结合天然河岸及现状的防洪堤坝情况，布置平顺式顺坝防护，确定顺坝的基础下深为9.5 m。浆砌石衬砌护面厚0.5 m，堤顶宽5.0 m，迎背水面边坡坡度分别为1∶1.75、1∶1.5，背水面采用0.2 m 干砌石护坡，顺坝每隔500 m设上坝道路以及交通平台一道。方案护砌长度为2600 m。顺坝与现有防洪坝平顺连接，上下游设置裹头。

第二方案将第一方案的防冲形式改用垂直防冲形式，在设计洪水位以下1.3 m处为分界线，上部为混凝土板护面，混凝土板板厚0.2 m，下部为浆砌石衬砌护面。

第三方案设计中将第一方案的防冲形式改为基础垂直埋置深度为4 m，水平向设置水平钢筋石笼。水平防护长度8 m，共两层，单层厚度 0.6 m，钢筋笼采用φ12，网格尺寸10 cm×15 cm。对于顶冲河段，垂直埋置深度为4 m，水平向设置水平防护长度加长。边坡防护水面以下采用厚度0.5 m 浆砌石结构，设计洪水位以上采用厚0.2 m现浇混凝土板。

1.2 方案比选

为得到该防洪护岸工程最佳方案，分别从施工方法、投资以及建成后的利弊等方面开展了方案的综合比选工作，方案比选见表1。

方案一适用于河床卵石或漂石较多的河段或就近石料丰富地区。方案二抗冲和耐久性等性能较好，浆砌石结构工程施工难度较小，但耗费人力多，工期相对较长。根据已建工程经验，该形式防冲效果尚可，但由于基础开挖深度较大，一旦破坏，维修难度较方案三大。防冲刷结构采用垂直防冲形式，取消水平防护结构，对河床变形适应性较差。该方案在河道中垂直开挖较深，水下工程量较大，施工难度较大。

方案三坡面采用浆砌石防护，适用于河床卵石或漂石较多的河段或就近石料丰富地区。该方案具有良好的抗冲击性和耐久性，施工难度较小，但耗费大量人力，工期较长。运行效果良好，但维护难度较大。护脚防冲结构采用纵横结合的防冲结构，水平布设钢筋笼为一种柔性结构，对河床变形的适应能力强。该方案垂直开挖深度较浅，水下工程量较小，施工难度较小。

经预测计算，该防洪工程方案一总投资为3102.45万元，单位投资1178.56万元/km。方案二总投资为3064.25万元，单位投资1193.25万元/km，方案三总投资为2997.85万元，单位投资1153.02万元/km。

表1 方案比较

综上所述，根据综合性方案比选分析，最终确定将方案三作为推荐方案。

2 拟建项目区水土流失防治研究

拟建方案确定后，进一步开展了拟建项目区水土流失防治研究工作。拟建项目区常年多风，地表物质在大风天气下易随风扬起、移动而造成风蚀；拟建项目区地形自然坡降较陡，河道断面宽阔，蜿蜒曲折，较强的游荡性在大洪水来临之后易造成水蚀。因此，拟建项区内水土流失主要考虑了风蚀和水蚀两种类型。

2.1 水土流失防治责任范围

责任范围主要为堤岸两侧及周边地区的工程建设区和直接影响区，主要有以下方面：临时生活区、辅助生产系统及临时设备房区、材料堆放场地、临时料堆放场、施工活动区、料场等地，直接影响区按河道两侧防治带宽120 m计，范围为32.400 hm2，天然砂石料场扰动土面积为4.166 hm2。

2.2 水土流失预测

工程建设过程中新增水土流失因素包括两方面：(1)扰动原地貌、占压土地面积；(2)弃土、弃石、弃渣量。其可能造成的水土流失量采用类比法[10]进行预测。

(1)扰动原地貌、占压土地面积。根据工程设计资料，主体工程由于在原河岸基础上进行，不存在工程新增占地问题，但对河岸原地貌、土地及植被的损坏较大。施工占地均为临时占地，主要包括：临时生活区、辅助生产系统及设备房、材料堆放场地、料场、临时料堆放场、施工活动占地。经预测计算，工程扰动原地貌总面积为41.74 hm2，其中永久与临时占地面积分别为12.15 hm2、29.59 hm2。工程扰动原生地貌、破坏地表植被面积预测见表2。

表2 工程扰动原生地貌、破坏地表植被面积预测表

(2)弃土、弃石、弃渣量。由于该工程填方量大于挖方量，亦有部分挖方量能被利用，工程的开挖和填筑需清除表层0.5 m的土层均为弃土料，需在河道的周边进行场地平整，平整土方量1.52万m3，砂砾石垫层料开采过程中由于筛分会产生部分弃料，经计算为0.16万m3，工程建设期总的弃土、弃渣量为28.01万m3，均为坝堤基础清废。这部分料可就近填入洼地或进行就地整平。项目区工程土方平衡表见表3。

表3 项目区工程土方平衡表 万m3

2.3 水土流失防治措施

该防洪工程施工期间取土、开挖、弃土，若裸露的地面、弃料、弃碴不及时处理，则为风蚀提供了条件，若处理的不好，则将为水土流失创造条件。在河道改建和修建河道建筑物时，取土尽量采用弃土方，以减少水土流失。

2.3.1 水土流失防治分区与水土保持方案特点

防洪工程建设区的工程项目主要为线形工程，但各区域水土流失类型、特点各有差异，防治的重点和所应采取的防护措施也不尽相同，因此需进行分区防治。根据拟建项目区现状及预测，结合主体工程布设，将项目区水土流失防治区分为：防洪堤建设区、导流围堰修建区、排水渠修建区、土料场区、弃料场区、施工道路区、临时生产以及生活区。

水土保持方案主要集中在两个方面：一方面为有效控制拟建项目区新增水土流失，另一方面为控制拟建项目区存在的影响工程运行安全的水土流失，确保防洪主体工程安全运行。根据现场调查，工程区域内影响工程安全运行的水土流失，原有渠道内存在的水蚀问题，因工程采取防渗衬砌和防冲处理将不存在，因此拟采取的水土保持措施主要是针对工程扰动和弃渣产生的新增水土流失，其表现形式主要为风蚀。风蚀主要采取植物措施进行治理，此外对工程堆弃渣料也提出具体的防护要求。

2.3.2 水土保持防治对策

根据可能产生的水土流失分析，提出了一种水土流失防治对策体系，见图1。其中管理与植物措施是该水土流失防治对策体系的主要措施。主体工程防治区植物措施理想效果见图2。施工结束后需及时清理施工迹地并平整施工场地。此外，根据施工组织设计要求，防洪主体工程防治区应无弃渣，但在实际施工过程中难免存在少量弃料、弃渣现象，因此施工结束后，要及时清理施工现场，就近利用弃料、弃渣平整场地，而后可利用施工用水，适当进行泼洒，以减少降尘，并利于土壤固结，适度抵御风蚀。施工时运输土料、砂料都必须采取帆布或塑料布将土料和砂料盖好，防止土料、砂料随车辆运输散落到空中，污染环境。临时设施防治区亦要开展弃渣清运、绿化覆土措施。此外，还提出了一些临时工程防治区对策，如：对施工工区设置临时排水等措施，对临时堆料场(弃渣场)等后期清理平整及覆绿等。

图1 水土流失防治对策体系

图2 主体工程防治区植物措施理想效果

2.4 水土保持工程投资概算

水土保持工程总投资为35.83万元，其中工程措施、植物措施以及临时措施投资分别为5.81万元、2.02万元、5.02万元，独立费用与基本预备费分别为19.73万元、1.53万元；水土保持设施补偿费1.73万元。

3 结 论

(1)融合生态堤防工程的概念提出了三个拟建方案，经过经济技术综合比较，将浆砌石结合混凝土顺坝+水平铺设8.0 m钢筋石笼防冲刷方案作为推荐方案。

(2)根据拟建项目地形地貌侵蚀特点以及水土流失预测，划分了水土流失防治区，提出了一种具有良好水土保持作用的防治对策体系。