农村中小型河道生态治理方法研究

李新浩

（河南金鹊建筑工程有限公司，河南 平顶山 467000）

农村中小型河道大多贯通各乡镇地区，是农田灌溉的重要水利工程，对农业生产发挥着辅助农业排水和防洪排涝的重要功能[1]。近年来，国家不断加大农村中小型河道投资力度，目的在于从根本上解决农村中小型河道防洪标准不足、生态环境差的问题[2]。农村中小型河道生态治理立足于恢复河道水生态系统，充分尊重人与自然环境的和谐共处[3]。现基于生态治理理念，以舞钢市三里河治理为例，从工程设计的角度分析农村中小河流生态治理方法。

1 中小河流的现状

目前，农村中小型河道普遍存在防洪标准不达标、生态环境质量差的现象[4]，这与周边居民长期倾倒垃圾、未及时清浚导致河道淤堵、丧失行洪排涝能力有关。在夏季暴雨时节，河道行洪能力不足，最易导致洪涝灾害频繁发生[5]。由于中小型河道未得到有效管理，给地方政府带来的经济效益非常有限，所以地方政府通常会把资金投入经济效益更为显著的项目，这进一步加剧了大部分农村中小型河道处于无明确管理范围、无人管理的状态。即便部分河道进行了治理，但由于缺乏专业技术人员指导，河道生态系统反遭破坏，严重影响了两岸居民的健康生活。

2 生态治河工程措施

2.1 河道堤线规划

农村中小型河道的治理常以防洪排涝为目的，或对自然形态的河道进行人工裁弯取直，或将零散的河道、沟渠以人工开挖的方式汇聚成一条主流，致使原始河道中的主流、险滩和急流发生改变，生态环境遭到破坏。随着生态治理理念的应用，当前河道治理工程在规划设计时，会在满足行洪条件的基础上最大限度保持原河道岸线和周边生态环境。自然曲折蜿蜒的河道若需调整河道行洪路径，则需采取护坡、护岸工程，应充分论证其生态恢复措施的可行性。

2.2 堤岸结构设计

根据治理工程的需要，农村中小型河道堤岸防护工程在河水冲刷较轻、河流较宽敞的河段常选用砂砾料修筑堤防，并在堤顶种植易生长的灌木，在河道岸坡种植草皮并混栽柳树、杨树等树种形成护堤林带，从而提升河道岸坡稳定性和抗冲刷能力。在河道险工发育地段，一般呈现河水流速大、岸坡冲刷大、河势走向弯曲的特点，仅靠生物护坡方式难以抵抗洪水冲刷，需要修筑丁坝护岸、宾格网石笼护岸、干砌石护坡等护岸工程。

2.3 河道清淤疏浚

大部分农村中小型河道都出现了自然和人为因素的河道淤积，这不仅是河道防洪中的最大隐患，也是大多数中小型河道治理的重中之重。常年的自然淤积和周边居民人为倾倒垃圾导致河道淤堵严重，清淤工程量巨大，通常采用机械清理。此外，河道清障也存在很大难度，由于缺乏管理，很多农村河道管理范围不明确，河道管理范围内存在的非法建筑物严重影响到了河道行洪安全，势必要无条件的拆除。在规划设计时，应根据河道防洪标准及设计流量构造出满足条件的行洪断面，只有这样河道才能真正实现防洪排涝的功能。

3 舞钢市三里河生态治理工程设计与治理效果评价

3.1 工程概况

三里河发源于舞钢市杨庄乡东南部的龙王撞，境内主河道长45 km，一般宽100 m，流域面积329 km2。三里河河床窄浅，河床两岸滩地和一、二级阶地开阔，阶地地面平坦，地表切割不深，呈平原河流相的堆积型地貌。田岗水库下游河道下切严重，河道平均宽度100～300 m，河道蜿蜒曲折，局部河段岸坡高而陡，达15 m，河岸冲刷、坍塌严重，弯道险工发育，对岸边村庄和耕地安全造成巨大影响。河道内树木较多，密而杂，村庄的生活垃圾沿河倾倒导致河道主槽淤堵严重，严重影响河道泄洪。

本次治理范围位于武功乡境内，自田岗水库溢洪道起至孙北桥处，长6.672 km，流域面积64.9 km2，5 a一遇设计洪峰流量240 m3/s，20 a一遇设计洪峰流量630 m3/s。

根据设计横断面数据、洪峰流量等要素，设计除涝、防洪水位采用河道能量方程进行计算：

式中：Z1，Z2为上下游断面水位高度（m）；Q为流量（m³/s）；g为重力加速度（m/s2），取9.8 m/s2；W1，W2为上下游过水断面面积（m2）；L为上下游断面河道长度（m）；K1，K2为上下游断面流量模数。

根据治理段河槽土质、滩地附着物和河道运行情况，参照有关规范及其他河道治理情况，类比河道原治理资料，选定治理段河道主槽糙率为0.025，漫滩部分由于河滩不平整、杂草树木较多故糙率值采用0.06。

经推算，本次治理段5 a一遇除涝洪水位为73.90～77.39 m，20 a一遇设计防洪水位为76.80～80.94 m。

3.2 岸坡生态防护工程设计

本次岸坡生态防护工程以消除险情、满足河道防洪要求为目标，坚持可持续发展原则，尽可能减少滩地的削减，以保持河道岸坡原貌、维持河道原有生态和水流条件为基准，采用行之有效的生态治理技术手段，在实现对治理河道护滩固岸、稳定河槽河势、保护河道周边村镇与耕地安全的基础上，最大限度地做到生态治理。因此，岸坡生态防护工程建设尽可能地顺应水流方向和河道现状堤岸走向，同时要考虑左右岸形式，以免出现大的挑流或者漩涡，以此来保证洪水下泄顺畅；此外，要结合上、下游现有的防护工程现状与其合理衔接，尽量减少防护工程占用河道行洪断面，使整个河道治理防护工程浑然一体。

本次三里河治理段采用梯形断面设计，大部分为复式断面河道，主槽较浅，主槽两侧滩地较宽阔，现状河道主槽过流不满足5 a一遇设计洪水，故沿河道主槽现状中心线在向两侧稍加开挖基础上进行清淤疏浚，局部需调整主流切滩。险工护岸设计采用格宾网箱和网垫护岸2种结构型式。护坡式险工护岸采用网垫护岸，网垫规格主要为6.0 m×2.0 m×0.3 m。岸坡较陡处险工护岸采用格宾网箱护岸，网箱规格主要为2.0 m×2.0 m×1.0 m。护坡脚采用格宾网箱，网箱规格主要为2.0 m×2.0 m×1.5 m。格宾网箱和网垫下部铺设土工布进行反滤，土工布规格为300 g/m2。格宾网格尺寸为80 mm×100 mm，钢丝为镀5%铝锌合金加稀土元素，线径2.2 mm。格宾护岸型式按现状岸坡进行确定，大部分采用格宾网箱和网垫相结合的形式，网垫护坡坡比不陡于1∶1.5，主要采用1∶1.5～4.5，对现状坡比较陡位置采用格宾网箱进行防护。三里河格宾网箱和网垫护岸结构示意，如图1所示。

图1 三里河格宾网箱和网垫护岸结构示意

根据险工护岸型式的不同，选取典型断面进行险工护坡稳定分析计算。典型断面各地层的土物理力学特性指标，详见表1。

表1 典型断面岸坡土体物理力学特性指标

计算方法采用瑞典圆弧滑动法，其中施工和水位降落工况采用总应力法、设计洪水位工况按有效应力法计算，计算结果详见表2。

表2 岸坡防护抗滑稳定计算成果

根据抗滑稳定计算成果，各种工况下岸坡抗滑稳定安全系数满足相关规范要求，岸坡设计基本合理、安全。

根据《河道整治设计规范》（GB 50707-2011）附录B，水流斜冲防护岸坡的冲刷深度计算公式如下：

式中：Δhp为从河底算起的局部冲深（m）；α为水流流向与岸坡的交角（°）；m为防护建筑物迎水面边坡系数，取2；g为重力加速度（m/s2），取9.8 m/s2；d为坡脚处土壤计算粒径（cm）；vj为水流的局部冲刷流速（m/s），按下式计算：

式中：Q1为通过河滩部分的设计流量（m3/s）；B1为河滩宽度（m），即从河槽边缘至坡脚距离；H1为河滩水深（m）；η为流速分配不均匀系数，根据《河道整治设计规范》（GB 50707-2011）附录B表B2.3，取1.5。

经计算，得水流斜冲防护岸坡的冲刷深度为0.9～1.2 m，护岸基础深度1.5 m 大于冲刷深度满足相关规范要求。

3.3 岸坡生态防护工程治理效果评价

三里河本次治理段护坡式险工护岸采用网垫护岸，岸坡较陡处险工护岸采用格宾网箱护岸，这种护岸方式不仅能够很好地与现状地形有效结合，还具有很强的透水性，在很大程度上降低了流体静力造成的损耗；网箱砌体石缝很快会被土充填，花草可在此基础上生长，进而实现防护功能和生态功能的结合，既提升了河道景观效果，还在无形当中塑造出一个柔性防护工程体。网垫和网箱结构的缝隙具有土体与水体进行自然交换的功能，为动植物提供了天然的生长空间，实现了水土保持和自然生态环境的统一，符合河道生态治理理念。

该段河道实施生态治理后，护岸工程可有效保护两岸农田和房屋，既提升了防洪标准，又改善了生态环境，工程效益、生态效益显著，主要表现在：①减轻山洪灾害影响。河道生态治理可起到加固河岸的作用，达到减轻洪水、泥石流等自然灾害影响，保护沿河村屯、道路及群众安全的目的。②减少三里河泥沙含量。河道两岸修筑防护工程可减少泥沙入河量，减轻泥沙淤积对河流造成的危害。③改善生态环境，涵养水土。护岸工程的实施可有效控制土壤侵蚀，减少水、肥、土的流失并增加土地的使用价值，提高当地农业效益。

4 结论

近年来，随着国家不断加大农村中小型河道生态治理的力度，许多农村中小型河道已经恢复河道原有防洪能力和生态环境。通过对舞钢市三里河生态治理方法的研究，可以得出以下2点结论：①农村中小型河道生态治理在满足河道防洪标准的同时应兼顾生态环境，避免出现因河道治理造成的水环境破坏；②生态护岸是农村河道治理的重要工程内容，河道生态护岸不仅可以保护两岸农田、房屋，还能有效提升周边居民的人居环境，工程效益和生态效益显著。