浅谈水坝的生态设计

郑颖

重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司 重庆 401121

随着人类对大坝建设认识的加深，人类不再满足于单一的、务实的、传统的思维方式，人们正在从新的角度重新思考大坝建设带来的许多问题。国家逐渐注意到大坝对生态系统的负面影响，呼吁大坝工程可持续发展的声音越来越多。人们的注意力逐渐集中在水坝对环境的影响上，随着人类文明的发展，水利水坝工程也取得了巨大发展。人类文明的过程基本上依附于水资源，水资源促进了人类文明，人类文明反过来在现代工程的道路上促进了水利工程的发展[1]。大坝是在原始河流的生态环境变化的基础上建造的，其建设会影响到河流及其周围的环境，做好水坝的生态设计至关重要。

1 水坝工程存在的风险

1.1 地基风险

预防风险的关键是适当的安全监控，对监控数据进行及时、定期的分析和比较，如果在某些指标中发现任何异常，则需要对其进行维护并及时进行处理，否则会有风险。大坝安全监控基于数据整理分析和风险分析研究，需要检查和审查大坝的实际渗压场，以了解建筑物和地基的稳定性、应力、渗漏、渗压和沉降等，用于监控设施和测量的管网。如果坝体和坝基中出现裂缝、渗水或异常浸润线等情况，则坝基的估计泄漏量将增加，测得的泄漏量将超过标准，水将流到坝的下游。如果事先做了正确准备，请根据预警计划对危险进行科学的处理。

1.2 洪水风险

当大坝泄洪时，有多股水流或对河床产生冲击，在空中产生冲击，或发生漩涡状的冲刷和冲刷回流，威胁到了大坝区域和下游，可以对下游冲刷形成各种深度，在这方面，各方都需要高度重视。工程实践要求使用坚硬的河床垫层或其他有效的耗能设施，通过分析和计算各种洪水的发展，获取淹没区域内主要部分和区域的淹没图、水位、流向和深度风险图，包括释放各种量级的泄洪时喷流造成的淹没，这样可以修改和优化枢纽布置的原始设计[2]。洪水使该地区的水流方向和流态难以识别，从而使进一步调查变得困难。通过模拟洪水演变进度计算，可以获得区域大坝水位和水流势态的相关剖面图、平面图和风险图，以供将来的城市规划参考。

2 水坝工程生态设计

滤坝设计追求沿轴线的平滑，变化的断面连接平滑。坝体方向与原河道流向一致，折线和急弯是不合适的。滤坝将原库区分为水道和生态湖区两部分，控制坝址选择，使河道达到五十年一遇洪水标准，河道宽度在140米以上。树立亲水理念，营造人与自然和谐相处的水环境。经过反复优化和布局，滤坝被选定在水库中心以东，大坝轴线与水库右岸基本平行，并在滤坝两端安装排水管。

2.1 坝基处理

某水坝项目的基础主要是淤泥层，其主要物理性质是大量的细颗粒和大量的深灰色有机腐殖质，其自然水分含量为40%至70%，另外一些超过70%并且孔隙率为1.0，机械性能是低强度、高可压缩性和低渗透性。由于粉砂土的承载力低，可压缩性高，渗透性低，因此难以满足地基的设计要求，因此需要进行处理。由于开挖的淤泥量大，施工不便，因此采用两层双向土工格栅和填料处理坝基。双向土工格栅具有较高的抗拉强度，较高的摩擦系数，优异的抗蠕变性，较低的变形率和牢固的网络结构[3]。通过在土坝底部铺设土工格栅和砂卵石以形成加固垫层，可以保持基础的完整性和连续性，抑制浅层基础的软土地基的侧向变形，并消除位移和应力场。软基础的浅层部分已得到改善，可以改善应力分布，提高基础的承载能力和稳定性，并针对不均匀沉降进行调整。具体方法是首先在底部放置一层双向土工格栅，并用0.5米厚的沙子和卵石填充，然后再铺一层双向土工格栅。某生态水坝设计图如图1所示。

图1 某生态水坝设计图

2.2 大坝设计

考虑到当前地形和水库区域的水流方向，水坝轴线被设计为沿水流方向弯曲，水坝主体考虑行人和景观将水库区域分开。坝体和格栅填料均由沙子制成，卵石的相对密度为0.65或更高，密实度为0.90或更高[4]。当河水通过水坝进入湖泊区域时，由水坝的沙子和卵石填充物形成的过滤介质会阻塞水中的悬浮物，分解并减少水中的有机物，其他污染物的含量降低了大坝后面水的浊度和水的颜色。

2.3 坝顶路面设计

生态大坝的外壳充满了大石头，这是一种完全渗透或高度渗透的填料。对于相对不透水的坝基，可采用心墙坝来防止坝体渗透。心墙可以是粘土心墙、复合土工膜心墙和沥青混凝土心墙。斜墙也可用于防止渗透，对于斜墙，可采用粘土斜墙和复合隔音斜墙坝[5]。对于透水坝基，宜采用复合隔音斜墙和水平垫层，以防止渗透。如果坝址上下游有粘性土材料，出于经济考虑，可优先使用粘土芯土防渗体。但是，由于土壤防渗材料的粒径远小于堆石的孔隙，因此在接触区容易发生防渗材料的渗透变形，需要设置有效反过滤的垫层。

大坝表面的宽度为3.6米，泥岩路面的厚度为30厘米，泥岩路面的材料为粘土、砾石和碎石块，道路两侧固定有矩形水池，种植了两排灌木。泥石路面和大坝顶部需要在大坝上部的沉降基本完成后进行绿化[6]。某水坝一侧生态设计如图2所示。

图2 某水坝一侧生态设计

路面施工过程应在坝体沉降后进行，当过滤坝的上游部分实际运行时，会受到水流的冲刷，这会导致坝脚被水冲刷，从而导致冲刷坑问题和地基不均匀沉降。为了确保过滤坝的安全可靠运行，两排圆形石笼护坡脚对于上游坝头端桩号在0+000和0+140之间以及上坝脚的位置有效，应设置在河边。石笼的直径应为502毫米。石笼中应填充满适当的碎屑，石笼必须用铁丝完全连接，内部的石笼和土工格栅必须用铁丝连接。当河水穿过滤水坝并进入湖泊区域时，滤水坝本身中的沙子和砾石填充物可以形成更多的过滤介质，并有效地过滤悬浮物质。在运行过程中，坝体形成一个微生物膜，该膜吸附有机物并分解水中有机物和其他污染物，从而降低了坝体过滤后水的浊度，并保证了正常的水质指标，可以有效改善水景观以满足需求。

2.4 大坝边坡设计

大坝的建筑材料是沙子和卵石，沙子和鹅卵石之间的摩擦角为42度。在自然堆积物中，沙子和卵石的陡度小于1:1.5。根据工程特点，坡比为1:2.5，采用联锁混凝土砌块边坡防护，每平方米300g土工布过滤，土工布和联锁砖之间有10c米砾石层，联锁砖和泥土路面在顶部通过混凝土压力连接，土工格栅在大坝上，从基础层向外延伸。用沙子和小卵石包裹起来，形成大坝的坡脚，然后用砂浆和石料打底。将联锁的混凝土砌块连接到土工格栅包裹的沙子和砾石斜坡的坡脚，防止大坝斜坡上的混凝土砌块由于重力而滑落。

联锁混凝土砌块的厚度和质量应设置为100毫米和13.62千克，开孔率应设置为25%，抗压强度应超过27.5米Pa。联锁混凝土砌块的边坡防护和泥石路的位置均由C20混凝土浇筑料连接，大坝底部应采用土工格栅，并应延伸沙子和卵石以形成坝脚，包裹的长度在主河道一侧应为1米，高度应在0.5米之内。米7.5砂浆砌筑基础在促进联锁混凝土砌块的边坡防护中的应用可以有效地与包裹在土工格栅中的砂砾和碎石坡脚相连接。另外，需要防止大坝斜坡上的混凝土块在重力作用下不会滑落。在填充坝脚土工格栅并包裹沙子和卵石坡脚的过程中，坡脚的外边缘应稍高一些，并从外到内形成恒定角度，以避免出现基座沿着网格滑动等现象。此外，应在坡脚外缘沿坝脚打一排松树桩，以确保水坝脚的整体稳定性。用铁丝和一根木棍将土工格栅绑在斜坡脚的位置，主要目的是确保它构成一个完全连接的整体。桩的距离为0.5米，深度为1.5米，使网格顶部与坡脚平行，桩的直径设置为10厘米，桩的长度设置为2米。

2.5 大坝的上游和下游连接

为了减少冲刷对大坝与坝两侧的码头之间的接触面所造成的损害，将核心墙插入大坝上游和下游水头处的码头中，并且将两侧的墙牢固地连接至码头。具体方法是沿轴心用砂浆砌块砌筑心墙，同时开挖齿槽，将心墙插入岸壁的齿槽中，并在两侧打成两排木桩。

3 结语

综上所述，生态虑水坝可以对河道水体进行净化，并且具有较好的截污能力，可以缓减上游污染物对下游河道水体的污染，可以更好地用于有效改善河流的水环境。在实施项目之前，需要测试部分水过滤项目。主要目的是充分理解河水被沙子和小卵石过滤后的基本水质状况。同时，需要加强滤水区的总体规划，以利于项目的正常建设。具有生态渗透性的水坝对农业面源的阻断能力极强，在雨季可作为调节池塘的水库，并为随后的人工湿地提供出色的抗冲击性。