李 麗，白玉龍

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 流域水環(huán)境現(xiàn)狀

改革開放以來，隨著經濟建設的發(fā)展腳步，對臨夏縣重點流域水資源的開發(fā)強度逐年增加，導致當?shù)亓饔蛩h(huán)境污染嚴重。雖然通過治理，已經有部分流域開始轉好，但部分流域仍存在生態(tài)環(huán)境和水體的惡化現(xiàn)象，這不僅破壞了自然景觀，也存在污染區(qū)域地表水、地下水及土壤環(huán)境的風險。我們通過對該流域水環(huán)境污染的調查研究發(fā)現(xiàn)，目前掌子溝流域主要存在以下4方面問題。

(1)未形成完整的防洪體系。項目區(qū)未進行過系統(tǒng)的防洪工程建設，僅有少部分地段對河道進行了襯砌，形成一個缺口，未能形成一個系統(tǒng)的防洪體系。

(2)溝道淤積情況存在，水質存在惡化風險。掌子溝橫穿村莊至縣城，穿越村莊河段受傾倒生活垃圾及河床淤積等影響，溝道過水斷面大幅減少，行洪嚴重不暢。

(3)水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱。該區(qū)域水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱的問題一直存在。本次掌子溝溝道以水力侵蝕為主，面積廣、強度高，部分地段兩岸坡面水土流失嚴重，水源涵養(yǎng)林不連續(xù)，地表水環(huán)境的生態(tài)功能大幅萎縮。

(4)河道護岸破碎，生態(tài)景觀效果差。通過本次對治理河段進行的大斷面測量以及現(xiàn)場勘查情況可以看出，大部分流域周邊村莊河岸缺乏統(tǒng)一管理，致使河岸出現(xiàn)臟、亂、差現(xiàn)象，河道與陸地之間緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重，河道護岸破碎，生態(tài)景觀效果差。

2 河床穩(wěn)定性分析

臨夏縣地理位置及氣象特征，造成區(qū)域內河道的特點是河道縱坡較緩，洪水暴漲暴落，遇到洪水即造成較大洪澇災害。一旦降雨量過大，當?shù)爻霈F(xiàn)大洪水，河堤存在嚴重的決堤風險。經過對斷面進行分析計算，治理河段河相系數(shù)ζ為1.20～10.87，所以該河道屬蜿蜒型河道。治理河段橫向穩(wěn)定系數(shù)φb值在0.34～2.18之間，表明治理河段橫向穩(wěn)定性較差。治理河段縱向穩(wěn)定系數(shù)φh值在0.42～2.57，表明治理河段的縱向穩(wěn)定性較差。治理段ψ>1和ψ<1交互穿插，表明治理河段內淤積和沖刷并存。部分治理河段河道形態(tài)指標計算見表1。

表1 治理河段形態(tài)指標計算成果表

通過對開展流域水環(huán)境綜合治理工程，布設完善的防洪體系，可以在現(xiàn)有河道建設的基礎上清除河道垃圾與淤泥、擴大河道寬度，從根本上提高河道的過水能力，保障城鎮(zhèn)村莊安全，改善人居生態(tài)環(huán)境和生產條件。

3 工程建設內容

臨夏縣掌子溝流域水環(huán)境綜合治理工程治理流域總長25.858km(老掌子溝治理溝道10.808km)，主要包括護岸工程、底泥清理工程、生態(tài)隔離帶工工程3部分。見表2。

表2 掌子溝流域水環(huán)境綜合治理工程規(guī)模表

4 工程總體布置

4.1 治理河寬確定

4.1.1穩(wěn)定河寬計算

(1)整治河寬是由水流阻力公式、連續(xù)方程及河相關系式聯(lián)解求得穩(wěn)定河寬，關系式為：

(1)

式中，B—直河段整治寬度，m；Q—造床流量，取2年一遇設計洪水流量；ξ—斷面河相系數(shù)，本區(qū)主要為蜿蜒型河流，取2～4；J—河床比降；n—河床糙率，取0.035。

(2)阿爾圖寧公式計算：

(2)

式中，A—穩(wěn)定河寬系數(shù)，計算取1.2。

經計算，治理段穩(wěn)定河寬在4.01～14.12之間。

4.1.2治理河寬確定

根據(jù)現(xiàn)場踏勘與測量，治理段現(xiàn)狀河床寬度1～32m之間。設計治理寬度以上述兩種公式計算的穩(wěn)定河寬為基礎，考慮到治理段溝道較窄深，兩岸居民房屋較集中，且村莊的房屋與村道均緊鄰溝道邊緣的實際情況，按照盡量不影響房屋與村道基礎安全的原則下，確定本次護岸段治理在滿足穩(wěn)定河寬的基礎上，盡量沿溝道邊緣線布置。治理河寬計算成果見表3。

表3 掌子溝穩(wěn)定河寬及治理河寬成果表

4.2 護岸工程

掌子溝流域治理河段總長度10.81km，護岸形式包括格賓籠固腳+格賓護坡、自然岸坡+植物護坡和護岸加高加固等四種。護岸布置見表4。

表4 護岸布置表

按照規(guī)范要求，設計擬定了坡式斷面和墻式斷面兩種不同的工程防護形式進行了方案比較[1- 2]，具體見表5。

表5 護岸斷面形式必選

經過以上方案比較，兩個方案各有利弊，掌子溝流域上游關巴村段、達沙村段間，考慮到景觀需求，所以本段采用坡式斷面型式。根據(jù)現(xiàn)場勘察，掌子溝鄉(xiāng)政府段已成堤防都屬于墻式斷面，為了與上下游堤防保持一致美觀，所以采用墻式斷面形式。韓集鎮(zhèn)段部分地段緊靠房屋，因為河道比較窄，所以不允許修建坡式斷面，隔壁部位已成堤防都屬于墻式斷面，為了保持統(tǒng)一，所以韓集鎮(zhèn)段以墻式斷面形式為主。

4.2.1護岸設計

(1)護岸頂部高程確定

護岸頂部高程由設計洪水位和計算岸頂超高確定，岸頂超高按下式計算：

D=Rp+h+A

(3)

式中，D—岸頂部超高，m；RP—設計波浪爬高，m；h—設計風壅水面高度，m；A—安全超高，m，取0.5m。

經計算，設計波浪爬高為0.42m，設計風雍水面高度為0.0012m，安全超高0.5m，則岸頂超高為0.92m，岸頂超高最終確定為10年一遇最大設計水位以上1.0m。

(2)堤頂超高計算

計算堤防風浪要素計算參數(shù)選取及設計堤頂超高見表6。

表6 河道風浪要素計算參數(shù)選取及堤防超高計算成果表

(3)堤頂高程確定

統(tǒng)計分析該流域的堤頂高程計算結果，結果顯示該流域河道大部分已建堤頂高程不滿足設計要求的10年一遇的防洪要求，因此需加高改建。少部分堤段滿足防洪要求，在進行邊坡防護后保持現(xiàn)狀高程。

(4)沖刷深度計算

通過計算局部沖刷深度來確定具體的堤腳沖刷深度[3]，經計算防護工程沖刷深度在0.08～1.0m之間，為保證兩岸護坡的結構和整體穩(wěn)定性安全，將護坡基礎置于承載力相對較好的砂礫石層上，根據(jù)現(xiàn)場地質勘察成果，基礎埋深設計選定為1.0m。

4.2.2坡式護岸結構設計

本次設計護岸以現(xiàn)狀岸坡進行防護，只對現(xiàn)狀岸坡防護范圍浮土予以清除。格賓網石籠護坡[4- 9]，頂寬0.5m，迎水面邊坡為1∶1.5～1∶1.5，背水面緊貼岸坡。基礎以1m×1m格賓石籠護腳，夯填砂礫石。

4.2.3墻式護岸結構設計

根據(jù)規(guī)范要求，一旦過水河道狹窄且易受水流沖刷河岸、或者受河道地形條件限制、建筑物限制的河岸護岸設計形式采用墻式護岸[10- 11]。本工程護岸采用重力式擋墻斷面，擋墻迎水面邊坡設計為1∶0.3，背水面為直立式。迎水面堤腳設計為0.5m×0.5m(寬×高)的漿砌石基礎，基礎底部坡度為1∶15，埋深1.2m。護岸設計橫斷面如圖1。

圖1 護岸橫斷面設計圖

5 河道清淤工程

河道清淤設計對現(xiàn)狀河道內垃圾、淤積及岸坡整理等，清淤工程主要是對阻礙河道行洪堆積垃圾及河道淤泥及自然灘地進行開挖清除[12- 13]。疏浚長度10.07km，根據(jù)河勢沿河道中軸線進行河道疏浚，設計縱坡基本維持各段天然河道縱坡。

6 生態(tài)隔離帶工程設計

岸坡整理及開挖土方填筑于兩岸灘地，表層覆蓋種植土，建設生態(tài)隔離帶工程[14- 16]。河道兩側整體打造，從岸邊沿坡面設計，生態(tài)隔離帶依次分為水生植被帶、綠化植被帶、封育帶，讓自然做工，起伏的山丘與草階、花帶、疏林、灌叢與地形有機結合，營造喬灌花草混交復層林。

6.1 總體風格

在進行本工程區(qū)段的河流植物設計時，從全局角度考慮，種植總體風格遵循自然化、生態(tài)化、鄉(xiāng)土化的原則，配合河道風景“一條水，一片綠”的帶狀種植特征，塑造帶狀成片的大面積綠化種植，河道兩側整體打造，形成兩岸統(tǒng)一又富有變化的種植空間。從岸邊沿坡面設計，生態(tài)隔離帶依次分為水生植被帶、綠化植被帶、封育帶，讓自然做工，起伏的山丘與草階、花帶、疏林、灌叢與地形有機結合，營造喬灌花草混交復層林，如圖2所示。

圖2 生態(tài)隔離帶設計圖

6.2 布置方法

6.2.1生態(tài)隔離帶(I型)：水生植被帶+綠化植被帶+封育帶

主要布置于臥龍溝右岸以及掌子溝上游，該河道功能性河道，重在以水體保護和凈化為主，植物配置采用三條林帶依次形成隔離，為保護水質和生物多樣性發(fā)展提供自然群落。其中喬木選用油松、垂柳等，灌木選用紫穗槐、連翹等植物，株行距1.5m×1.5m種植；水生植物選用蘆葦和香蒲等，按36株/m2種植。

6.2.2生態(tài)隔離帶(Ⅱ型)：綠化植被帶+封育帶

主要布置于掌子溝中下游，位生態(tài)性景觀帶，重在促進生態(tài)保護，提升環(huán)境質量，以生態(tài)保護與修復為主要目標；植物配置結合此段凈水的功能要求結合此段特點，采用成排式、自然式種植手法、植物隨著場地的營造而變化，豐富可觀，體現(xiàn)不一樣的生態(tài)景觀帶風景。

臥龍溝右岸、麻尼寺溝段以及掌子溝上游現(xiàn)有植被良好，主要采取生態(tài)隔離帶(I型)，即水生植被帶+綠化植被帶+封育帶形式；其他溝道主要采取生態(tài)隔離帶(Ⅱ型)，即綠化植被帶+封育帶形式，盡量保留原有植被，護岸植草、綠化，遠處較好植被群進行封育，植物種植設計如圖3。生態(tài)隔離帶布置見表7。

表7 生態(tài)隔離帶布置表 單位：畝

圖3 植物種植典型設計圖

7 結語

針對掌子溝流域水體污染和水土流失風險以及河床生活和農業(yè)垃圾直接堆放導致的河道淤積嚴重、河道泄洪能力降低、河道護岸破碎等流域水環(huán)境污染現(xiàn)象。制訂了以生態(tài)隔離帶工程、河道清淤工程、護岸工程為主體的環(huán)境治理工程。這些治理工程措施的建設可以起到疏浚河道、增加河道泄洪能力、抑制河岸水土流失的作用。通過生態(tài)隔離帶的建設提高了岸邊綠化覆蓋度，這在一定程度上可以阻止雨水沖刷河岸和防止河道淤積。要想從根本上治理當?shù)睾拥懒饔?，水環(huán)境治理宣傳必須到位，增強社區(qū)農民的生態(tài)保護意識。希望該河道治理工程可以為其他類似治理工程提供借鑒。