祁连山国家公园体制试点项目河道生态治理措施研究

孙丽娜

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

祁连山自然保护区天祝段位于大通河流域，发源于祁连山南麓大通山，流经青海省刚察、祁连、乐都等县和甘肃省的天祝、永登两县，在青海省民和县境内汇入湟水，是湟水最大的一级支流，黄河的二级支流，流域面积15130km2，河长560.7km，主河道平均坡降4.56‰。大通河是湟水最大的一级支流，流域面积15130km2，河长560.7km，主河道平均坡降4.56‰。大通河左岸支流小科什旦沟、雪龙沟、业土沟、那威沟四条沟道，河道淤塞严重，河床淤抬较高，河道两侧河岸无护砌，部分河段边坡较高，存在滑坡危险，河道穿越少数民族地区，人口众多，若遇特大暴雨将引起山洪灾害暴发。因此，通过在天祝县祁连山进行国家公园体制试点项目建设，加强祁连山天祝段河道生态治理，可以有效改良现状破损河道的过水条件，减弱水土流失，降低洪水、塌方、泥石流等地质灾害的发生率，有利于河道行洪安全，提升和美化沿河环境，对祁连山自然保护区的自然修复起到良好的促进作用[1]。本次需对小科什旦沟、雪龙沟、业土沟等大通河支流进行生态河道治理，新建生态防洪堤31km，其中，生态护坡防洪堤22.5km、坡式防洪堤4km、墙式防洪堤4.5km。

1 生态河道治理方案

1.1 河道治理护岸形式

河道治理护岸型式根据流域内河道地质、地形情况、风浪、水流作用和施工条件等因素综合考虑，护岸工程可选择的形式有：（1）坡式护岸；（2）坝式护岸；（3）墙式护岸。根据不同河段水流作用、地质、地形情况、施工条件、运用要求等因素，适宜本工程的护岸形式有坡式护岸和坝式护岸。通过护岸功能、工程造价、生态防护、环境美化等方面综合分析比较后，本次治理的沟道护岸主要形式采用平顺式坡式护岸，局部采用坝式护岸。本次护岸材料选择现浇砼护坡、浆砌石和格宾护坡三种护砌型式进经济技术比较。

1)现浇砼护坡结构方案。当河道护岸采用现浇混凝土结构时，满足护面稳定的混凝土护面厚度t计算公式如下[3]：

式中：t为护岸面板厚度，m；η为系数，对开缝板取0.075；对上部为开缝板，下部为闭缝板可取0.10；H为计算坡高，m，取H1%；γb为混凝土板的重度，kN/m3；γ 为水的重度，kNm/3；L 为波长，m；B 为沿斜坡方向(垂直于水边线)的护面板长度，m；m为斜坡坡率，m=ctga，a为斜坡的坡角。

经计算，混凝土护面厚度为0.12m。

根据计算结果，结合已建工程的经验，护面现浇砼厚度取20cm(堤顶到堤脚)，强度指标为C25。混凝土护坡坡比1：1.5，基础埋置深度2.0m，排水采用DN50PVC-U管，间排距2.0m，梅花型布置，每5m设置一道变形缝，缝内填闭孔泡沫板，迎水面聚氯乙烯胶泥封填。结构如图1所示。

图1 C20混凝土护坡典型图

2)浆砌石护坡结构方案。浆砌石护坡也是国内常用的护坡结构，它能抵御更大的风浪冲刷，但需设排水孔，以排除垫层渗水。根据省内防洪工程浆砌石护坡统计，浆砌块石护坡厚度一般为0.3～0.4m。浆砌石护坡坡比1：1.5，结构厚度0.4m，基础埋置深度2.0m，排水采用DN50PVC-U管，间排距2.0m，梅花型布置，每5m设置一道变形缝，缝内填闭孔泡沫板，迎水面聚氯乙烯胶泥封填。结构如图2所示。

图2 浆砌石护坡典型图

3)格宾护坡结构方案。

格宾护坡防护厚度采用下面公式计算：

式中：Dm为填石的中值粒径，50%的填石粒径超过该值；S0为粒径安全系数；CS为填石稳定系数，取0.1；Cv为流速分布系数，d为流速V处的局部水深；rs为填石重度，kN/m3；rW 为水的重度，kN/m3；V为断面平均流速，m/s3；g为重力加速度；K1为边坡修正因子；R为水力半径，m；b为水面宽度，m；

经计算t=0.25m。

考虑格宾护面施工因素及天祝县已建工程的经验，格宾护坡厚度为0.4m、固脚护坡厚度分别为1.0m和0.4m。结构如图3所示。

图3 格滨生态格网护坡典型图

4)经济比较。混凝土护坡、浆砌石护坡及生态格网护坡经济比较按10m长主体工程量投资比较。见表1。

表1 不同护砌材料主体工程投资比较表

通过主体工程投资比较，浆砌石护坡最贵，混凝土和生态格网投资基本相当，因此护岸型式优先考虑后两种材料，当不得不采用浆砌石护岸型式时再考虑浆砌。

石护岸结构

5)综合比较。三种治理方案护坡技术上均能满足工程要求,混凝土和浆砌石护坡属刚性结构，对地基承载力较高，但二者的抗震性能较格宾生态网差，而且使用材料不可以重复利用，混凝土护岸和浆砌石护岸对水泥用量较大，施工过程中会产生大量的热、污染大，使生态环境恶化。生态格网结构是一种整体性、透水性较好的柔韧结构，对地基变形适应能力强，可使土体、水体和水生物相互涵养，在目前可持续发展节能减排的大环境下，使用生态格网取代原有混凝土和浆砌石是大势所趋。经济性浆砌石护坡最贵，混凝土和生态格网投资相当[4]。因此，本工程沟道治理护岸材料推荐生态格网结构即格宾护坡结构。

1.2 护岸治理

根据国家及祁连山自然保护区相关保护管理条例，结合现状河道地形条件以及河道内各种建筑物位置等综合因素进行生态防护治理布局，分别在祁连山国家生态公园内的小科什旦沟、雪龙沟、业土沟、保干沟及朱岔沟沟道进行生态防治，沟道治理的范围均在祁连山自然保护区以外，河道治理总长18.47km，新建护岸31km(其中格宾生态护岸24.064km，自然覆土植草护岸6.696km，浆砌石墙式护岸0.24km)。河道生态治理统计表见表2。

表2 河道生态治理统计表

2 护岸结构设计

2.1 生态格网护岸

生态格网护岸分为上部护坡和下部护脚两个部分。根据河岸地形地质条件、施工方便，护岸坡度根据实际地形开挖或夯填成统一坡度，施工前护坡堤基必须清除坡面表层植物根系、腐殖土，清基厚度不少于30cm，地基采用砂砾石回填，护岸下部采用格宾网石笼护脚，上部护坡采用格宾网石笼护坡，格宾网石笼护坡迎水坡坡比1：1.5，护岸工程斜坡高度为1m，护坡厚0.4m，护岸顶设格宾网石笼封顶，宽度0.5m，在地基土与格宾网石笼之间设一层200g/m2的土工布作为反滤层。当临河高坎高于护岸工程设计顶高程时，应确保开挖护岸顶高程以上边坡稳定，本次砂砾石开挖边坡 0.75～1：1.25。

格宾网钢丝采用10%铝锌+混合稀土合金钢丝覆塑防腐处理，经机械铰合编织成的六铰状、六边形网孔的网片结构[5]。护岸部位对应格宾网尺寸规格见表3。

表3 护岸部位对应格宾网尺寸规格表

填石要求[6]：格宾笼填充材料一般按就近原则选取块石和碎石，填充比例为8：2，块石饱和抗压强度40Mpa以上，粒径在8～25cm，强度等级MU30，遇水不易崩解和水解，抗风化，碎石应级配良好，石料质地坚硬。格宾笼填石粒径120～250mm，中值粒径190mm，按设计级配填装。单侧防护段生态格网护岸典型图如图4所示。

图4 单侧防护段生态格网护岸典型图

2.2 浆砌石墙式护岸

墙式护岸采用浆砌石重力式护坡，护坡墙体采用浆砌石砌筑，墙顶宽度为0.5m，墙高为2m，底宽2.1m，为俯斜式结构，背水面坡比为1：0.3，迎水面坡比为1：0.1。墙前后各设置1个扩展墙趾台阶，高0.5m，宽0.5m。挡墙每隔10m设伸缩缝一道，缝宽3cm，缝内采用高密度聚乙烯闭孔泡沫板填缝处理，采用聚氯乙烯胶泥封口，填深为2cm。挡墙依据实际地形开挖(夯填)成统一坡度，夯填相对密度不小于0.65。挡墙布置φ=50mmPVC管做排水管，排水管按2m×2m的间距梅花形布置，坡度为4%。浆砌石墙式护岸典型图如图5所示。

图5 浆砌石墙式护岸典型图

2.3 自然护岸

自然护岸在沟道地形较宽阔的岸坡，依据实际地形对迎水面岸坡进行开挖 (夯填)平整成统一坡度，迎水坡坡比1：1.5，坡面覆腐殖土后植草，覆土厚度20cm，覆盖度达到70%以上。

3 结论及建议

通过对所需河段护坡进行整修治理，疏浚河道、护砌河岸，一方面将有利于河道行洪安全，降低附近居民和农田受洪灾的风险，也能提升和美化沿河环境；另一方面对保护村民出行安全，防止村庄和农田免遭洪水冲淹，以保障农民正常的生产生活，是推动国家公园体制试点与经济社会发展相协调的需要。