水利工程論文-生態(tài)護(hù)坡技術(shù)試驗(yàn)與研究.doc

水利工程論文-生態(tài)護(hù)坡技術(shù)試驗(yàn)與研究摘要：為了體現(xiàn)環(huán)境水利的理念，美化泵站環(huán)境，引進(jìn)了國(guó)外生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。本文就太浦河泵站有關(guān)生態(tài)護(hù)坡試驗(yàn)研究作簡(jiǎn)要介紹。關(guān)鍵詞：太浦河泵站環(huán)境水利生態(tài)護(hù)坡試驗(yàn)研究1概述太浦河泵站位于江蘇省吳江市太浦閘南側(cè)，西距東太湖約2km，其修建目的主要是在枯水年份410月太湖水位較低時(shí)，通過(guò)太浦河泵站抽引太湖水，經(jīng)由太浦河補(bǔ)充黃浦江上游水量，滿足上海市的供水要求，改善水質(zhì)。工程規(guī)模為I等大（1）型，設(shè)計(jì)流量300m3/s。太浦河泵站的進(jìn)、出水渠為新開河道，由西向東布置于太浦河的南側(cè)，其直線段與太浦河中心線平行，兩者中心線相距200m。進(jìn)、出水渠全長(zhǎng)890.13m，為梯形明渠，渠道邊坡13，渠底高程分別為-2.50和-1.80m，渠頂高程分別為7.00和6.00m。進(jìn)水渠堤在高程3.5m處設(shè)置寬5m的馬道。出水渠馬道寬3m，高程為3.20m。為了體現(xiàn)環(huán)境水利的理念，美化泵站環(huán)境，由太浦河泵站建設(shè)指揮部牽頭，水利部上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（下簡(jiǎn)稱上海院）與日本沖谷實(shí)業(yè)（深圳）有限公司就有關(guān)生態(tài)護(hù)坡的方案進(jìn)行了討論和研究，并于2001年10月在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。2生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用現(xiàn)狀2.1生態(tài)護(hù)坡的發(fā)展趨勢(shì)從20世紀(jì)80年代后期開始，地球環(huán)境及保護(hù)問(wèn)題在各個(gè)方面為人們所重視，同時(shí)對(duì)關(guān)系到自然環(huán)境變化的生物多樣性下降問(wèn)題也開始引起人們的擔(dān)心。尤其是人口密集的城市，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注與己休戚相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，因此，人們開始建造公園、公共綠地等來(lái)改善環(huán)境，同時(shí)在充分發(fā)揮公園、公共綠地原有功能的基礎(chǔ)上，也開始把它們作為保護(hù)生物多樣性及直接與生物相連的場(chǎng)地，而這些場(chǎng)地作為地球生態(tài)系的重要構(gòu)成因素所發(fā)揮的作用也開始越來(lái)越受到人們的重視。多自然型河流建設(shè)方法是目前國(guó)際上比較流行的一種河道環(huán)境綜和整治的新方法，它把水邊作為多種生物生息空間的核心，并把河流建設(shè)成盡量接近于自然的狀態(tài)。在建設(shè)多自然型河流中，重點(diǎn)是努力創(chuàng)造出具有豐富自然的并具有魅力水邊環(huán)境。在河道整治的各種方法中，應(yīng)從生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先采用生物材料法，其次采用混合方法，即采用植物與木材或石料合用，最后才考慮剛性材料方法，即采用木材、石料和混凝土。日本是生態(tài)設(shè)計(jì)用于水利工程較好的國(guó)家，其對(duì)河道生態(tài)設(shè)計(jì)的原則主要有以下五個(gè)方面：（1）治水：主要通過(guò)修建護(hù)岸來(lái)實(shí)現(xiàn)；（2）自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)置：主要通過(guò)水邊綠化、設(shè)置生物的生長(zhǎng)區(qū)域和水質(zhì)保護(hù)等實(shí)現(xiàn)；（3）水邊景觀的設(shè)計(jì)：通過(guò)設(shè)置建筑物來(lái)保證與周圍環(huán)境的和諧以及保證水邊景觀的連續(xù)性、自然性；（4）親水空間的設(shè)計(jì)：通過(guò)水邊的臺(tái)階、纜繩、綠地等設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)；（5）循環(huán)型空間的設(shè)計(jì)，：用木材、石頭、砂子等天然材料的多孔性構(gòu)造，控制廢料的產(chǎn)生，盡量避免未來(lái)發(fā)生的處理問(wèn)題及二次性環(huán)境污染問(wèn)題。2.2國(guó)內(nèi)河道護(hù)坡現(xiàn)狀傳統(tǒng)的河道護(hù)坡結(jié)構(gòu)往往只片面強(qiáng)調(diào)河道的防洪、引水、排澇、蓄水和航運(yùn)等功能，較少地考慮河道的生態(tài)或環(huán)境功能，因此河道的護(hù)坡結(jié)構(gòu)多數(shù)采用漿砌塊石或混凝土等剛性硬質(zhì)材料，甚至有的地方追求所謂的“高標(biāo)準(zhǔn)”河道，對(duì)河道采用全斷面剛性材料襯砌，使河道的環(huán)境條件模式化，并使生物種類單一化，由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題是很嚴(yán)重的。隨著國(guó)家綜合國(guó)力的增強(qiáng)和人民生活水平的提高，我國(guó)也開始越來(lái)越重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃中提出，必須重視生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)和生態(tài)示范區(qū)建設(shè)，保護(hù)陸地和海洋生物的多樣性。人們?cè)谠絹?lái)越注重城市環(huán)境和保護(hù)生物多樣性的同時(shí)，也開始注重水利工程的環(huán)境問(wèn)題，在有些堤防和護(hù)岸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中開始注入環(huán)境水利的設(shè)計(jì)理念，如有些堤防護(hù)坡采用草皮，依靠草皮良好的根系而使護(hù)坡具有一定的固土和抗沖能力，另外在水土保持工程、防止坡地雨水沖蝕等方面也有一些應(yīng)用。但總體來(lái)說(shuō)，生態(tài)護(hù)坡在水利工程中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和研究階段。3生態(tài)護(hù)坡方案的可行性生態(tài)護(hù)坡能依靠植物良好的根系而使護(hù)坡具有一定的固土和抗沖能力，同時(shí)生態(tài)護(hù)坡具有造價(jià)低、能美化環(huán)境的獨(dú)特效果，在國(guó)外已得到了廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也有一些應(yīng)用。茂漁川工程位于日本北海道惠庭市，是由日本沖谷實(shí)業(yè)有限公司1990年設(shè)計(jì)的，該工程的護(hù)坡結(jié)構(gòu)同太浦河泵站進(jìn)、出水渠（水生植物種植區(qū)域），種植的植物為千屈菜、黃昌蒲、千歲梅花藻和豆牟菜。該工程河流的正常流速為0.4m/s1m/s，洪水時(shí)河流的流速達(dá)3m/s。工程運(yùn)行至今已有近12年，固土和抗沖能力效果良好，且美化了環(huán)境。由于利用石頭、砂子等天然材料的多孔性構(gòu)造，通過(guò)水邊綠化、設(shè)置生物的生長(zhǎng)區(qū)域，保護(hù)了生物多樣性，避免了材料的二次性環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)利用水生植物對(duì)水體自凈能力，使水質(zhì)得以改善。衛(wèi)運(yùn)河生態(tài)護(hù)坡試驗(yàn)段工程位于衛(wèi)運(yùn)河祝屯閘下險(xiǎn)工段內(nèi)，長(zhǎng)170m，是海河水利委員會(huì)利用土工織物與生物工程措施相結(jié)合的護(hù)岸工程試驗(yàn)研究段。試驗(yàn)段灘頂高程28.30m，河底高程18.63m，在高程24.00m處設(shè)寬1m的馬道。馬道以上的設(shè)計(jì)邊坡為1:2.5，采用深栽柳護(hù)坡，柳樹縱橫株距均為1.5m，柳間栽爬根草；馬道以下的設(shè)計(jì)邊坡為1:2，采用土工織物排體護(hù)坡、護(hù)基，排體上面用混凝土預(yù)制塊組成框格壓載，在框格內(nèi)填土、深栽柳，柳樹縱橫株距均為1.5m，柳間栽爬根草，其生態(tài)護(hù)坡剖面圖見圖1。該工程于1987年5月完工，經(jīng)過(guò)兩個(gè)汛期400m3/s流量的考驗(yàn)，目前框格內(nèi)的草皮茂盛，且生長(zhǎng)茂盛，柳樹的成活率95%以上，護(hù)坡效果良好。從以上國(guó)內(nèi)外兩個(gè)成功的工程實(shí)例可以看出，只要太浦河泵站的生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和植物選擇得當(dāng)，生態(tài)護(hù)坡方案在太浦河泵站工程中是可行的。圖1衛(wèi)運(yùn)河生態(tài)護(hù)坡剖面圖4生態(tài)護(hù)坡試驗(yàn)與研究4.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)太浦河泵站進(jìn)、出水渠道除具有一般河道所具有的防洪、引排水和航運(yùn)等功能外，它還具備與泵站有關(guān)的一些特點(diǎn)：太浦河泵站進(jìn)出水渠為新開河道，進(jìn)水渠為1級(jí)堤防，護(hù)坡應(yīng)具備固土、抗沖能力，穩(wěn)定要求較高；進(jìn)、出水渠的地質(zhì)條件不太理想，在堤底附近有一層較深厚的、呈流塑狀的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，而堤頂與堤底高差最大達(dá)9.5m（進(jìn)水渠）；泵房的施工期較長(zhǎng)（達(dá)18個(gè)月），地下水位又較高，給施工期的進(jìn)、出水渠的穩(wěn)定帶來(lái)威脅（渠道中無(wú)水）。根據(jù)國(guó)內(nèi)外生態(tài)護(hù)坡的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合泵站進(jìn)、出水渠的特點(diǎn)，生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)原則如下：（1）生態(tài)護(hù)坡應(yīng)滿足渠道功能和堤防的穩(wěn)定要求，并降低工程造價(jià)；（2）盡量減少剛性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)護(hù)坡在視覺中“軟效果”，美化工程環(huán)境；（3）進(jìn)行水文分析，確定水位變幅范圍，結(jié)合植物調(diào)查結(jié)果，選擇合適的植物；（4）應(yīng)設(shè)置多孔性構(gòu)造，為生物提供一個(gè)安全的生長(zhǎng)空間；（5）盡量采用自然的材料，避免二次環(huán)境污染；（6）布置時(shí)考慮人們的親水要求。4.2栽種植物的選擇在栽種植物以前，應(yīng)首先進(jìn)行工程區(qū)域的植被調(diào)查，然后根據(jù)植被調(diào)查結(jié)果，充分考慮到栽種植物與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)、景觀、安全性、地域適應(yīng)性及生態(tài)平衡的問(wèn)題，并按以下條件進(jìn)行嚴(yán)格的選擇：（1）適合氣候、氣象條件的樹種；（2）土壤要求低；（3）原有品種；（4）抗病蟲害能力強(qiáng)，對(duì)周圍環(huán)境的危害性?。唬?）壽命或者效果發(fā)揮時(shí)間長(zhǎng)；（6）具有能夠美化環(huán)景的效果；（7）容易維護(hù)管理；（8）具有市場(chǎng)性。在現(xiàn)場(chǎng)選擇完全滿足上述條件的植物是困難的，但可選擇適合于河畔生長(zhǎng)的和具有適合工程實(shí)際和生長(zhǎng)能力的植物。在充分調(diào)查太浦河兩岸及蘇州地區(qū)現(xiàn)有植被的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)認(rèn)真論證，在水位變化區(qū)采用水生植物護(hù)坡，水生植物初選太浦河兩岸常見的千屈菜、香蒲和黃昌蒲，馬道以上噴植草坪護(hù)坡。4.3生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)根據(jù)渠道水位的變化范圍，在渠道的不同坡段選用合適的植物，是生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。太浦河泵站工程的主要功能是在枯水年份向上海供水，其進(jìn)出水渠生態(tài)護(hù)坡的設(shè)置高程應(yīng)以不影響進(jìn)出水渠的過(guò)水能力為前提，同時(shí)盡量確保硬性護(hù)坡的淹沒時(shí)間最長(zhǎng)，以提高工程的環(huán)境效益。太浦河泵站進(jìn)水池的設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為1.90m，此時(shí)進(jìn)水渠入口水位為2.10m，考慮以高程1.90m作為分界，即進(jìn)水渠高程-2.50m（渠底）至1.90m仍維持原漿砌塊石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，高程1.90m以上至堤頂采用生態(tài)護(hù)坡。其中，高程1.90m至馬道高程（包括馬道）部分采用干砌塊石加水生植物護(hù)坡，馬道以上部分采用草皮護(hù)坡；泵站出水渠的最低運(yùn)行水位為2.66m，設(shè)計(jì)水位為3.29m，最高運(yùn)行水位為3.34m，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，國(guó)內(nèi)3級(jí)堤防的臨水側(cè)均可采用草皮護(hù)坡，為確保邊坡的抗沖穩(wěn)定，考慮進(jìn)、出水渠生態(tài)護(hù)坡景觀的連續(xù)性，以高程2.60m作為分界，出水渠高程-1.80m（渠底）至2.60m仍采用原漿砌塊石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，高程2.60m（包括馬道）以上至堤頂采用生態(tài)護(hù)坡。其中，高程2.60m至馬道高程（包括馬道）部分采用干砌塊石加水生植物護(hù)坡，馬道以上部分采用草皮護(hù)坡。生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)除滿足泵站正常運(yùn)行期的穩(wěn)定要求和固土抗沖要求外，還應(yīng)滿足進(jìn)、出水渠施工期的穩(wěn)定要求，尤其是護(hù)坡的施工期滲透穩(wěn)定。由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)護(hù)坡在工程中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)與研究階段，因此在生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，參考了前述的日本茂漁川工程的護(hù)坡結(jié)構(gòu)：在水生植物的種植區(qū)域護(hù)坡采用干砌塊石加水生植物，具體做法是面層采用厚35cm的干砌塊石，干砌塊石下鋪厚10cm的碎石墊層，在碎石與土坡的交接處鋪設(shè)麻布一層，以形成反濾，確保施工期護(hù)坡的滲透穩(wěn)定，；在面層干砌塊石之間的縫隙內(nèi)用土回灌后再種植水生植物（見圖3）。草坪噴植的方法與國(guó)內(nèi)常見的三維網(wǎng)墊法不同，它利用一種專用機(jī)械用一定的壓力將草籽、粘結(jié)劑、養(yǎng)料和水的混合物噴灑在的護(hù)坡土表面，這種方法與三維網(wǎng)墊法相比，草坪更容易生長(zhǎng)，且具有施工快、固土效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。4.4生態(tài)護(hù)坡的穩(wěn)定進(jìn)、出水渠護(hù)坡必須滿足穩(wěn)定的要求。穩(wěn)定一般包括邊坡的圓弧抗滑穩(wěn)定