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1 引言
潮河属海河流域北系,是潮白河的主要支流,发源于丰宁中部黄旗镇北的哈拉海湾村,贯穿丰宁县全境,经滦平县出境汇入密云水库,包括丰宁、滦平、兴隆、承德四县。潮河干流境内长157.4 km[1],宽一般为100～500 m,比降为3.7‰～5‰,流域内面积大于100 km2的支流有15条。目前潮河河道存在的问题是:一是防洪标准低,缺少控制性工程,二是河道侵蚀冲刷严重,三是潮河两岸面源污染严重等,这些情况导致密云水库淤积严重,入库水量锐减、水质下降,严重威胁着首都北京的饮用水安全。
2 潮河河流生态修复治理措施
为了减少密云水库淤积,保护潮河两岸农田,改善沿岸人民的基本生产、生存条件,促进北京及上游地区经济社会可持续发展,向下游输送干净水,采取工程措施和治污措施相结合的方法,对潮河实施生态修复治理,使潮河的河势达到一种相对稳定的状态[2],维持河流资源的可再生循环能力。
2.1 工程措施
工程措施主要包括修建潮河两岸的堤防、清淤等。工防洪标准县城为20年一遇,村镇为10年一遇,耕地为5年一遇。
2.1.1 规划河道宽度
结合潮河河道地形,本着因地制宜原则,使河道近于自然,河道宜宽则宽、宜窄则窄,随弯就势,顺其自然。规划潮河河宽100~200 m。
2.1.2 护岸型式
在考虑河道现状、洪水危害严重程度,防护对象的重要性,防护区域对水域的需求,不同河段采取不同的治理措施和护岸型式。主要有坡式护岸、墙式护岸。坡式护岸主要选取砂砾料做为筑堤材料,墙式护岸采用以石料为主的挡墙。
①坡式护岸。坡式护岸主要适用于较宽阔的河道,护坡及筑堤材料均可选取河床砂砾料,经济实用。
坡式护坡型式包括浆砌石护坡、干砌块石护坡、干砌混凝土预制生态砖护坡、格宾石笼护坡、灌砌毛石混凝土护坡。
浆砌石护坡:浆砌石护坡是一种最为常见的护坡型式,砌石护坡厚设计为50 cm,护坡后采用砂砾石填筑。设计边坡1∶1.0。外边坡1∶2.0,坡顶宽1.0 m、厚0.5 m浆砌石护肩,设计坡脚宽、高0.5 m。
浆砌石护坡型式抗冲刷能力较强,主要材料为当地石料,比较经济,施工简便,总体顺延,较为美观。但对砂浆及砌筑质量要求较高。
干砌块石护坡:选当地质地坚硬的大块石料,厚度为40 cm,下铺20 cm碎石垫层。堤坡设计坡比宜取为1∶2.5。干砌块石为柔性护坡,施工工艺简单,工程费用较低。缺点是抗冲刷效果差,在高速水流区不冲流速不能满足要求,耐久性差。
干砌预制混凝土生态砖护坡:预制砖可为多种型式,常见的有六棱形、菱形、空心六棱形,每块尺寸为25 cm×25 cm×10 cm,板下铺设20 cm碎石垫层。堤坡设计坡比宜取为1∶2.5。
干砌混凝土生态砖护坡,坡面光滑平整,施工工艺简单,是比较合理的护坡方案。缺点:工程费用较高,抗冲效果较差,高速水流区不能满足抗冲要求,维护较麻烦。
混凝土灌砌毛石护坡:为浆砌石护坡的改良后护坡型式,即以较高标号的混凝土为胶结材料,以石块取代钢筋,2.5 m宽为一浇筑单元,从而形成混凝土灌砌板。混凝土灌砌毛石护坡解决了块石小和浆砌石耐久性差的问题,由于分块施工,又具有适应土体变形的特点,造价相对较低。护坡设计厚度取30 cm,每2.5 m设一伸缩缝,下铺10 cm碎石垫层。堤坡设计坡比取为1∶2.0。
灌砌毛石防冲效果好,耐久性强,缺点是造价相对较高。
格宾石笼护坡:格宾网是由经表面防蚀处理的低碳钢丝用机械编织的双铰六角形柔性金属网制成。将金属网绑扎成不同结构和尺寸的相互连接的网笼、网垫,填入适当的石块,然后绑扎盖网形成的石笼、石垫整体护面。石笼为刚柔 “板块”。柔中带刚,透水性好,有利于补充堤外水源。“板块”可以抵抗坡面外水冲刷,也可排除内水。
堤坡设计坡比取为1∶2.5。石笼规格为坡长×1 m×0.4 m,格宾网采用热镀铝锌低碳钢丝,由机器编织成的双绞六角形钢丝网,网目为90 mm×90 mm(±5 mm),网身线径为2.6 mm,边丝径为3.2 mm。为了防止水流带走堤防土细小颗粒,石笼下铺设一层土工布,规格400 g/m2。
格宾网护坡,具有柔中带刚,导滤抗冲,护持水土,还原生态,适应变形与位移等优点。缺点是造价较高,对有防渗要求的地段不适合。
②墙式护岸。对于河道较窄,受地势影响,在工程区段需修筑占地较小的墙式护岸。
浆砌石仰斜式重力挡墙:仰斜式挡墙拟采用浆砌石砌筑,挡墙迎水面设计坡比1∶0.3,墙厚选取0.6~3.0 m,背水面设计坡比为1∶0.5;为满足抗冲要求,挡墙前设置宽3.0 m,宽0.5 m塑网石笼。www.tmgc8.com
仰斜式混凝土挡墙对防渗、防冲刷、防冰冻破坏均有很好的效果,外观美观,断面相对较小,占地少。
格宾石笼挡墙:对于河道较窄,保护对象为土地及林业,需要补充水源,营造湿地的工程区,宜选用透水性较好的格宾石笼挡墙。格宾网采用热镀铝锌低碳钢丝,由机器编织成的双绞六角形钢丝网,网目为90 mm×90 mm(±5 mm),网身线径为2.6 mm,边丝径
为3.2 mm。填充料须密致坚实,抗风化耐久性良好的石材,粒径规格为10～35 cm为主,铺助填塞坚实的狗头石、碎石(或小石),其规格在10～20 cm。为了防止水流带走堤防土细小颗粒,墙背铺设一层土工布,规格400 g/m2。
格宾网结构具高强度,能很好的适应地基的变形能力,柔韧结构,不易断裂;具耐久性、具经济性,能有效地抵抗地震的冲击力;具透水性,能有效减小对环境的影响的特点,缺点是成本较高,对有防渗要求的区段不适宜采用。
2.1.3 不同护岸型式造价分析
按堤防高度3.0 m,冲深要求1.5 m计算每延米不同护岸型式的工程费见表1。
经过技术经济比较分析,县城附近河段选用预制混凝土块护坡;在较为宽阔河道,选用浆砌石护坡、格宾石笼护坡护岸型式;局部河道较窄则选用重力式仰斜浆砌石挡墙。
2.1.4 坡式护岸横断面确定
河道整治在原河道基础上进行治理和生态恢复,河岸防护断面采用梯形断面。迎水面设计边坡1∶1和1∶1.5,堤身采用砂砾料填筑,顶宽3 m,外边坡1∶2和1∶1.5。浆砌石及格宾石笼护坡厚50 cm 、25 cm。浆砌石护坡顶设置宽100 cm、高50 cm混凝土封顶,塑网石笼堤顶水平为1 m。预制混凝土块护坡采用高1 000 cm,宽700 cm浆砌石护脚,在水流段护脚设置宽4 000 cm,高400 cm塑网石笼水平防护,浆砌石护坡坡脚采用宽、高均为50 cm的浆砌石护脚。地下水位较高河段采用宽、高均为1 000 cm钢网石笼护脚,塑网石笼护脚水平2 m,护脚埋设1.5 m。
2.2 植物措施
植物措施主要是修复河岸带植被和湿地群落,运用生物、生态工程的技术和方法,依据人为设定的目标,恢复河岸带植被,充分发挥河岸带植被的缓冲带功能和护坡效应,尽可能恢复和重建退化的河岸带生态系统[3]。主要有三维植被网生物防护护坡和植被过滤带。植物措施布设在较宽顺直且漫滩接近或高于设计洪水位地段。
2.2.1 三维植被网生物防护护坡
三维植被网是一种三维结构的似丝瓜网络样的网垫,质地疏松、柔韧,留有90%的空间可充填土壤、沙砾和细石,植物根系可以穿过其间,舒适、整齐、均衡的生长,长成后的草皮使网垫、草皮、泥土表面牢固地结合在一起,由于植物根系可深入地表以下30～40 cm,形成了一层坚固的绿色复合保护层,可经受高水位、大流速的冲刷。采用高分子材料PE及碳黑添加剂,其化学稳定性可靠,在地下寿命可长达50～100年。
该防护措施适合水深较浅、流速小的坡岸防护,具有美化环境、投资省、易实施。缺点是护坡防冲效果差,抗冻融差,维护较麻烦。
2.2.2 建立植被过滤带
多年研究结果表明,河道两岸的土地利用方式对河流水质有着比远离河道的地带更为明显的影响,人们常称河道两侧为面源污染的敏感带。在河道的两侧敏感带种植过滤带,使得雨水中的污染物在边坡上得到充分的降解和滞留,可有效的拦截和滞留泥沙和污染物,保证净化后的水才能进入河流。建设植被带的宽度10 m。
总之,按照上述确定的防护方案,在潮河干流及主要支流实施河流生态修复治理工程87.68 km,其中:预制混凝土块护坡6.25 km,格宾石笼护坡2.6 km,浆砌石护坡52.28 km,生物防护32.79 km。共栽植防护林木48.78万株,其中乔木10.78万株,灌木38万株,种草6.99 hm2。
3 潮河河流生态修复治理工程效果分析评价
3.1 工程措施实施效果分析
工程实施后,规整了潮河干流河道断面,稳定河床,提高下泄水量,减少无效蒸发,最大限度地使洪水资源化,有效防止洪水对两岸侵蚀冲刷,减少因此而造成大量泥沙下泄。按每年水毁耕地20 hm2,土层平均冲刷厚度0.8 m,按一、二级河道落淤26%计算,每年可减少入库泥沙11.8万m3。同时,工程建设可有效保护丰宁、滦平两县潮河干流沿岸重点城镇12个,乡村63个,10.5万人,0.52万hm2耕地不受洪水威胁,保障了沿岸群众的生命财产安全。初步形成了黄旗萝卜、南关豆角、黑山嘴西洋参、天桥葫芦等特色农业产业格局,经济效益得到极大提高,农民年人均增收200元。城市品位大幅度提升。www.tmgc8.com
3.2 植物措施实施效果分析
通过在潮河两岸建设植物护坡和植被过滤带,保护和恢复河流生态多样性[4],同时减少化肥14 550 kg、农药36 kg残留物进入河道,有效减轻密云水库面源污染程度。同时生态林带的建设,改善当地及下游大气环境质量,促进水域生态系统健康稳定发展。
总之,通过河流生态修复治理效果分析,产生的生态、社会、经济效益十分显著,不仅保护了沿岸人民群众生命财产安全,促进农村经济发展,而且河流自然生态逐渐恢复,对于减少密云水库入库泥沙,净化水质发挥了重要作用。
参考文献:
[1] 河北省水利水电勘测设计研究院天津工程咨询分院,承德市潮河河流生态修复治理工程可行性研究报告[R].2009.
[2] 罗 波.河流生态恢复的基本思路与对策[J].中国农村水利水电,2008,(7).
[3] 钟春欣,张 玮.基于河道治理的河流生态修复[J].水利水电科技进展,2004,24(3):12-14.
[4] 董哲仁,孙东亚,彭 静.河流生态修复理论技术及其应用[J].水利水电技术.2009,(
