赣县区河道生态护岸的选型与设计

肖天礼

（江西省赣州市赣县区水利局,江西 赣州 341100）

赣县城区饮用水水源地供水能力能满足工业发展和城镇居民生活用水的要求，但日益严重的环境问题和极端气候频繁发生的威胁增加了城市供水的脆弱性，城市单一的水源供给形式使城市供水安全性和保证率降低，遇到突发事故，城市居民生活和生产用水可能中断。为完善水源地的保护工程，兼顾生活、生产和生态用水要求，新建项目护岸长1.064km，本项目通过采取隔离防护、生态护岸、在线监控等多项措施，加强水源地涵养功能及抗风险能力，提升生态环境、水利、水务等部门的应急处置能力。防止污染物对饮用水源造成威胁，从而使饮用水源地得到保护。既能保障赣县城区居民饮水安全，又能实现环境改善。因此，本项目的建设十分必要。

1 工程区存在的主要问题

经过调查发现，赣县城区饮用水水源地距离公路较近，赣州绕城高速桥从一级保护区上方穿插而过。目前已经实施隔离防护网、界碑、界标、交通警示牌等隔离防护工程以及对一级保护区安装了在线视频监控系统，但是还存在水源地的保护设施不到位与管理能力薄弱问题。

1.1 缺乏生态防护

由于流域水利资源开发过度，导致诸多生态问题。一方面，流域生态整体性遭到干扰和切割，河流生境和水文遭到改变，水生生物多样性受到影响，另一方面，可能存在由于拦河坝蓄水过深，导致局部滨水缓冲带退化，面积减少，水土流失严重，缓冲带拦截能力与净化污染物入河能力逐步丧失的情况。因此需加强生态护岸建设，使河滨缓冲带的湿地功能的恢复，提高区域水质保持能力，降低生态环境进一步退化的风险[1]。

1.2 隔离防护网老旧损坏

水源地周边人类活动较为频繁（存在垂钓现象），甚至有人为了下河对隔离防护网造成破坏。且由于隔离网年久失修以及隔离范围不足，已经难以起到区域隔离的作用。因此需增设（修缮）隔离防护网防止人为及动物进入水源地活动。

1.3 标识牌损坏严重

目前，界标、交通警示牌、宣传牌等损坏严重，已经难以起到提示、警示、宣传等作用。

1.4 存在监控盲区

目前，在线监控系统主要针对一级保护区进行监控，高速桥及二级保护区范围还属于监控盲区，不能起到监控作用，难以掌握高速桥及二级保护区内的实时动态情况。

1.5 岸坡稳定问题

工程区岸坡主要由第四系全新统冲积层组成，土质为粉质壤土、砂壤土、中粗砂以及圆砾层。土层结构较松散～稍密状，或呈可塑状。岸坡土层抗冲刷能力较差～差，当粗粒土（砂壤土、中粗砂层）顶面高程接近或者高于外河水位时，粗粒土层处于最大流速带附近，极易被冲刷，易导致坡脚临空失稳崩塌，汛期来临时影响更大，冲刷更严重。迎流顶冲河段受到河水冲刷侵蚀作用更强烈，崩岸的可能性更大，建议对不稳定岸坡采取防护措施。

2 防护措施

2.1 护岸范围和型式

2.1.1 护固岸范围

护固岸设计按照不影响上、下游、左右岸地区和有利于行洪原则，结合类似工程护岸处理经验，主要采取平顺护岸（坡式护岸）形式进行处理，以稳定岸坡[3]。平顺护固岸采用护岸+固脚型式。

本次护固岸设计范围主要根据可研阶段设计范围及本阶段我司实测河岸地形图等进行选择，布置具体护岸范围为：贡江右岸K0+000.000～K1+238.28段，护岸总长1.064km。

2.1.2 护岸型式

护岸型式选择，工程新建护岸根据治理河段现状情况及各段河岸所处地形地质，按照不影响上、下游、左右岸地区和有利于行洪原则，结合类似工程护岸处理经验，采取平顺护岸形式进行处理以稳定岸坡。针对不同护岸型式的比较：

1）方案一：格宾石笼护岸。

由格宾网构成的薄箱体内装块石组成（见图1），常用于岸坡防护和河床护底等防冲刷工程，集柔韧性、透水性、环境亲和性、耐久性、施工便捷性、经济性、抗冲性等诸多优点于一身，厚度为0.23m 的格宾护垫可承受4.5m/s 的临界水流流速，承受的极限流速可达6.1m/s，广泛应用于城市河道整治工程中。

图1 格宾石笼护岸

2）方案二：干砌石护岸。

干砌石护坡的消浪作用好，可用于抵御一般较大风浪的3 级以上或岸高超过6m 的堤防，也可用于暴雨强度大岸段的背水坡护坡。干砌石护岸的优点在于施工简单、块石适应性强，水流及河床的后期变形自我调整能力强，易于加固，一次性投资较少，护岸效果较好[4]。干砌石护坡有利于植被的生长及河道鱼类的栖息，见图2。

图2 干砌石固脚+干砌石护岸

3）方案三：C20混凝土矮挡墙。

混凝土矮挡墙应用广泛，材料强度高，抗冲刷能力强，但景观效果差，可通过用砂浆在墙顶砌筑块石及在墙角种植挺水植物来增加景观效果。施工需在围堰保护下施工，见图3。

图3 C20混凝土矮挡墙结合雷诺护垫护岸

4）方案四：自嵌式植生挡土墙护岸。

自嵌式植生挡土墙护坡抗冲能力强，施工简易，河道水面以上不见挡墙，其独特的内控造型为水生植物提供了良好的生长空间，提高绿化率和植被覆盖率，同时墙面和墙角同时排水，水压力减少，轻体的整体稳定性得到了保证，借助于拉筋与填土间的摩擦力来提高填土的抗剪强度，结构稳定，见图4。

图4 自嵌式挡土墙护岸

2.2 工程护岸形式的选择

工程岸坡主要为粉质壤土层、圆砾层、卵石层，岸坡受水流冲刷作用明显，局部出现塌岸，部分河段形成陡岸，河道抗冲问题较突出。护岸型式在上述选择原则的前提下，主要从抗冲刷以及生态建设等角度考虑，为节省工程投资，采用造价较低，护岸效果较好的干砌石进行护岸[5]。

2.3 护岸计算

护岸工程冲刷深度计算和护坡护脚计算，按照规范《堤防工程设计规范》进行计算。

2.3.1 护岸工程冲刷深度计算

护岸工程冲刷深度计算按平顺护岸冲刷深度公式计算：

式中：hS为局部冲刷深度（m）；H0为冲刷处的水深（m）；Ucp为近岸垂直平均平均流速（m/s）；U为行进流速（m/s）；n为与防护岸坡在平面上的形状有关；η为水流流速不均匀系数；Uc为泥沙起动行进流速（m/s）；d50为床沙的中值粒径（m）；γs、γ为泥沙与水的容重(kN /m3)。

本工程在水流流向与岸坡交角30°、45°和60°时的水流冲防护岸坡产生的冲刷深度进行计算，计算结果见表3。

表3 水流斜冲冲刷深度计算值

本工程水流斜冲岸坡交角＜45°，水流斜冲冲刷深度＜1.5m。

2.3.2 护坡护脚计算

1）护坡厚度计算：

式中：t为斜坡干砌块石护坡厚度，m；K1为系数，按一般干砌石取0.266；γb为块石的容重，kN /m3；γ为水的容重，kN /m3；H为计算波高，m；L为波长，m；m为斜坡坡率；

经计算t=0.6m，结合上下游已实施护岸情况，本次斜坡干砌块石护坡厚度取0.4m。

2）在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）可按下式计算：

式中：d为折算直径（m），按球形折算；W为块石重量（kN）；V为水流速度（m/s）；g为重力加速度（m/s2）；C为石块运动的稳定系数，水平底坡C=1.2,倾斜底坡C=0.9；γs为石块的容重 (KN /m3)；γ为水的(kN /m3) kN /m3)。

经计算d=0.217m，本设计阶段对堤脚进行抛石处理，最大折算粒径采用0.5m，最小折算粒径采用0.15m，且粒径级配要良好。

2.4 护固岸设计

本次设计对K0+000.000～K0+875.02坡脚地势较高河段，护固岸采用岸+固脚型式，护岸总长0.840km。固脚采用抛石固脚，抛石底宽1.5m，厚度≥1.5m，开挖坡比为1:1。护岸采用干砌块石，厚度为0.4m,下设0.15m砂砾石垫层，干砌块石顶部设C15混凝土压顶厚0.1m；护岸高度为常水位以上0.5m,设计坡比为1:2.0。

本次设计对K0+875.02～K1+238.28段坡脚地势较低河段，护固岸采用护岸+固脚型式，护岸总长0.224km。水下固脚采用抛石固脚方案，抛石体顶高程为设计枯水位+0.5m，顶宽3.0m；护岸采用干砌块石，厚度为0.4m,下设0.15m砂砾石垫层，干砌块石顶部设C20混凝土压顶厚0.1m；护岸高度为常水位以上0.5m,设计坡比为1:2.0。

2.5 生态防护工程

工程建设绕城高速大桥上游400m至赣县第二水厂取水口下游100m处的贡江右岸河岸。

K0+000.000～K0+875.02坡脚地势较高河段，护固岸采用岸+固脚型式，护岸总长0.840km。固脚采用抛石固脚，抛石底宽1.5m，厚度不小于1.5m，开挖坡比为1:1。护岸采用干砌块石，厚度为0.4m,下设0.15m砂砾石垫层，干砌块石顶部设C15混凝土压顶厚0.1m；护岸高度为常水位以上0.5m,设计坡比为1:2.0。

K0+875.02～K1+238.28段坡脚地势较低河段，护固岸采用护岸+固脚型式，护岸总长0.224km。水下固脚采用抛石固脚方案，抛石体顶高程为设计枯水位+0.5m，顶宽3.0m；护岸采用干砌块石，厚度为0.4m,下设0.15m砂砾石垫层，干砌块石顶部设C20混凝土压顶厚0.1m；护岸高度为常水位以上0.5m,设计坡比为1:2.0。

2.6 隔离防护工程

工程范围：起点为桃江入贡江交汇口，终点为汶潭大桥，左右两岸合计4600m。

为有效阻隔人为活动对水源地的影响，降低饮用水源地污染隐患，一般在一级保护区周边人类活动频繁的区域设置隔离防护设施。参照上述设立要求，结合水源地实际情况，在赣县城区饮用水水源地范围内共架设隔离防护网4600m。其中，沿着贡江左岸一级保护区范围内架设隔离防护网1250m，沿着贡江右岸一级、二级保护区范围内架设隔离防护网3350m。采用定制加粗型隔离防护网，防止人为破坏。

2.7 在线监控系统

结合水源地保护区周边情况，针对高速桥及二级保护区的监控盲区新增在线视频监控设备1套。配备5个高速球型摄像头（高清红外线、可夜视）、监控立杆2根（其中，高速桥上利用1根监控立杆设置2个摄像头，对高速桥上进行监控，二级保护区中段利用1根监控立杆设置2个摄像头，对二级保护区进行监控，高速桥下悬挂安装1个摄像头，对高速桥下等监控死角进行监控）、视频服务器1台、网线2500m、电线2500m、无线视频监控系统1套。以便及时掌握高速桥及二级保护区内的实时动态情况。

3 结 语

综上所述，本项目通过隔离防护工程、生态防护工程、在线监控系统的建设，可以有效保护地表植被，减少水土流失，改善水源地保护区生态环境，保护城区饮用水水源地的水质安全，使饮用水源安全得到保障。项目的建设、运行，既能有效降低污染负荷，使水源地水质得到明显改善。