生态水利工程的河道“栅格”结构设计探析

李旭晖

(固原市水利勘测设计院有限公司,宁夏 固原 756000)

0 引 言

传统河道规划设计的目标在于避免洪涝灾害,且在河道维护管理过程中,需要每年进行加固处理[1]。虽然传统河道规划设计具有成本低、维护管理便利等特点,能够在短时间内达成河道使用目标,但在河道长期使用过程中,会出现河道淤泥、河道生态破坏、环境资源浪费等情况,不利于河道综合效益的发挥。对此,文章以某地河道项目为例,指出生态水利工程中河道护岸的类型,明确了生态水利工程中河道“栅格”结构设计思路与方案,并对案例的河道“栅格”结构设计进行详细的阐述分析,旨在为提升河道的生态规划设计实效提供借鉴与参考。

1 项目背景

以某地河道项目为例,河道长度为14.27km,横断面呈现梯形形状河底宽度为15.3～21.4m,河道的上口宽度为29.8～46.4,m,河道深度为5.4～14.7m。在实际使用过程中,该河道具有排水、蓄积雨水的功能。但在城镇化建设进程不断加快的背景下,该河道的污染问题愈加严重,河道生态系统遭到破坏,不利于生态与区域社会经济的协调、可持续发展。据此,相关部门投入大量资金、人力资源等,以生态水利工程理念为导向,对河道进行科学的规划设计,以提升河道的综合效益。

2 河道护岸类型

2.1 生态河道护岸类型

生态河道护岸的类型较多,主要有以下3种:

1)自然原型。该类型护岸主要是通过种植植物,巩固河堤,提升河岸的生态性。这种护岸的施工成本较低,能够满足生态环境建设的基本需求,且能够提升河道景观效果。

2)自然型。该类型护岸是综合采用植物、石材等巩固河堤的方式,通常应用于坡面较陡的河道设计与实践中。

3)复式阶级型。该类型护岸是基于自然型护岸,应用钢筋混凝土等材料巩固河堤的方式,能够有效提升河道的抗洪能力。

2.2 城市河道驳岸类型

城市河道驳岸的形式多样,不同形式有不同的适应性。整体而言,现阶段城市河道驳岸的类型主要有以下3种:

1)立式驳岸。该类型驳岸通常应用在水面与陆地的垂直距离较大的河道设计实践中,能够有效提升河道景观的层次性,美化河道空间。

2)斜式驳岸。该类型驳岸通常将驳岸改成斜面形式,能够提升河道与水面的接触面积,提升河道的使用安全性,但该类驳岸需要有足够的空间。

3)多阶式驳岸。该类型驳岸中通常设计有亲水平台,驳岸的亲水性更强,但未对人与水之间的互动关系进行深入分析,且在水文等因素影响下,难以采用统一、固定化的设计方案。

3 生态水利工程的河道“栅格”结构设计思路与方案

3.1 河道“栅格”结构设计思路

现阶段,生态水利工程理念已经深度应用于河道规划设计工作中。生态水利工程理念的运用,需要对工程项目的具体情况进行有针对性设计,并对设计内容进行优化和创新。整体视角而言,河道生态水利工程规划设计主要包括生态设计与结构设计两方面。在生态设计方面,设计者应综合水工学、生态学等相关学科的理论与实践经验,以实用性、协调性为基本原则和指导,以恢复河道生态为目标,开展规划设计工作[6]。在结构设计方面,设计者可以应用复式阶级护岸等结构类型,并在新的网格设计中应用栅格结构。

传统河道规划设计中,设计主体思路为“工程确认、勘察研究、工程设计”。在生态水利工程理念导向下,河道规划设计的主体思路为“工程确认、调查研究、工程设计、实验验证”[7]。在实地调查研究过程中,设计人员应对工程所在地的地貌、地质、水文、生物等内容进行调查分析,保证规划设计能够满足河道及其周围生物生存繁衍需求。需要特别指出的是,生态水利工程理念下,河道设计的任务众多,需要设计者根据实际规划设计需求、目标,以创新的思维,对已有河道进行因地制宜的改善,并保证设计方案具有可行性、合理性、科学性与安全性。在设计材料方面,更多采用新型材料,切实做到节能、环保,进一步发挥出河道的综合效益。

3.2 河道“栅格”结构设计方案

生态水利工程的河道治理过程中,通常应用网格结构护岸,包括笼石结构生态护岸、植被加筋技术护岸等。结合具体河道治理实践情况而言,网格结构护岸设计通常收到空间限制,难以有效实施,所以在具体设计实践中,应用栅格结构。该结构下,可以在网格内填充不同内容,提升了河道治理实效与景观效应。为进一步提升栅格结构设计实效,发挥其作用价值,需要对栅格结构的具体设计进行分析:

1)溢水堰结构设计。在设计过程中,可以将直立的封闭式隔水砌墙改为斜式栅格结构,角度范围为60-75度,同时在栅格内留有小孔,满足巩固河堤、优化景观的需求。

2)亲水台与堤岸结构设计。在设计过程中,应以保证河床稳定性为基本原则,结合河流的水文特征,确定栅格结构的尺寸。若在设计中,存在河道硬化的情况,则需要将栅格结构设计成为菱形栅格结构,提升景观立体感。

3)河道结构设计。在设计过程中,需要对河段被冲蚀情况进行分析,以采用具有针对性的堤岸结构,同时结合具体工程需求,充分利用亲水平台、亲水台阶等,建立河流生态系统居民之间的紧密联系。

4 生态水利工程的河道“栅格”结构设计分析

4.1 溢水堰结构设计

本项目中,河道的溢水堰呈梯形,高水位与低水位之间的差在1.87～2.14m。受季节性降水量的影响,在夏季,尤其是雨季,水流会漫出溢水堰;冬季雨水偏少时,水流会排出溢水堰[8]。这一结构,不利于溢水堰顶部的植物生长,且无法发挥出河道景观、生态调节等作用价值。因此,设计者在河道生态水利工程规划设计中,应注重河道的结构改造,将溢水堰结构更改为景观栅格结构;直立的溢水堰结构更改为斜面栅格结构,并应用生态袋等对栅格结构进行填充。由于景观栅格、斜面栅格结构本身具有一定的蓄水能力,所以该结构可以满足水生植物在不同季节环境下的生长需求,进而发挥出河道景观作用。

4.2 亲水平台与堤岸结构设计

在项目的实地调查中发现,河道有几处亲水平台,且亲水平台设计采用了直接临水式设计、直立式砌墙结构。在景观、视觉上存在不协调的问题,未发挥出河道景观的观赏价值。在河道溢水堰结构改造后,在河道的人行道以外、近水面处,应用斜面栅格结构,对河道、步道、河面进行有机连接,使其成为有机整体,具有连续性,为改善河道生态、景观奠定基础[9]。需要注意的是,亲水平台的结构并不是独立的系统,而应与河道岸边的深层土质形成良好的互动关系。同时,在亲水平台优化设计过程中,设计者应注重应用自然材料,确保河道规划设计具有稳定性,改善河道的河岸景观。

本项目原有堤岸应用了砖砌结构,这种结构可以在客观上增强水流的疏导作用,但降低了河道的景观效益。在生态水利工程理念的导向下,对本项目堤岸结构进行改造,需要设计人员兼顾河道景观的生态效益、河道的实际使用功能,在堤岸的坡面上进行小孔径的栅格化处理。在处理过程中,施工人员可以应用钻机,对其进行垂直于坡面的钻孔处理,孔径应控制在2cm左右,孔深范围为1.1～1.2m,孔的间距为30cm,小孔的排间距为50cm。需要注意的是,在钻孔时,施工人员应保证小孔排列的均匀性,使其兼具美观性与实用性。为进一步发挥其景观、生态效益,施工人员可以在小孔内种植花卉,在提升河道景观价值的基础上,推动河道生态的可持续发展。

4.3 河道结构设计

本项目原有的河道结构设计采用了矩形混凝土隔水凹槽结构。该结构的防渗性能良好,能够将河道的内外环境划分为两个独立的整体,对充分发挥河道的储水功能具有积极作用。但在长期使用过程中,这种河道结构设计会导致河底出现淤泥,对河道中水环境的稳定性产生影响,极易出现降低水质的情况。对此,有必要对河道结构进行改良设计:

1)在河道的底部、与亲水平台相近处,分别设置箱状构筑物。在结构布局方面,设计者应将河道两岸视为布局的中心,并以此为延伸点,对其进行延伸性设计处理。由于构筑物的高度不同,所以在实际布置时,会出现错落分布的情况,进而分隔出若干箱状空间。在结构布置完成后,施工人员可以在结构内填筑砂石,并结合河道的实际水位变化情况,在相应的水位位置种植水生植物等,起到优化河道景观与生态环境的作用[9]。为进一步发挥河道的生态效益,设计者可以在堤岸附近的浅水区种植荷花等挺水植物;在与堤岸较远的深水区域,种植金鱼藻等沉水植物。以此优化河道景观,并为水生动植物、河道周围生物提供栖息地,最终实现河道生态系统的稳定、可持续发展。

2)本项目原有河床设计采用了硬质河床。这种方式的建造成本较低、工序简单,但在长期使用过程中,会出现地下水补给受阻、水资源流失加重、失去天然植物过滤屏障等问题,不利于河道生态资源的保护。因此,本项目在河床改造优化过程中,应用栅格结构,并根据河道内水流速度、河水水质等,确定栅格规格,以科学、合理设置栅格结构。结合本项目的河床结构情况,确定将河道两侧栅格的规格设置为2m,以实现最大的河道改造效益。

5 结 语

综上所述,生态水利工程理念在河道“栅格”结构设计中的应用,对充分发挥河道综合效益具有积极作用。文章以某河道生态水利工程为例,在明确河道“栅格”结构设计思路与方案的基础上,在溢水堰结构、亲水平台与堤岸结构、河道结构三方面,对生态水利工程的河道“栅格”结构设计进行系统分析。通过改造设计,实现了河道的实际应用效果最优化目标。