水利工程論文-生態護坡技術試驗與研究摘要：為了體現環境水利的理念，美化泵站環境，引進了國外生態護坡技術。本文就太浦河泵站有關生態護坡試驗研究作簡要介紹。關鍵詞：太浦河泵站環境水利生態護坡試驗研究1概述太浦河泵站位于江蘇省吳江市太浦閘南側，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，通過太浦河泵站抽引太湖水，經由太浦河補充黃浦江上游水量，滿足上海市的供水要求，改善水質。工程規模為I等大（1）型，設計流量300m3/s。太浦河泵站的進、出水渠為新開河道，由西向東布置于太浦河的南側，其直線段與太浦河中心線平行，兩者中心線相距200m。進、出水渠全長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。進水渠堤在高程3.5m處設置寬5m的馬道。出水渠馬道寬3m，高程為3.20m。為了體現環境水利的理念，美化泵站環境，由太浦河泵站建設指揮部牽頭，水利部上海勘測設計研究院（下簡稱上海院）與日本沖谷實業（深圳）有限公司就有關生態護坡的方案進行了討論和研究，并于2001年10月在工地現場進行了現場試驗。2生態護坡應用現狀2.1生態護坡的發展趨勢從20世紀80年代后期開始，地球環境及保護問題在各個方面為人們所重視，同時對關系到自然環境變化的生物多樣性下降問題也開始引起人們的擔心。尤其是人口密集的城市，人們越來越關注與己休戚相關的環境問題，因此，人們開始建造公園、公共綠地等來改善環境，同時在充分發揮公園、公共綠地原有功能的基礎上，也開始把它們作為保護生物多樣性及直接與生物相連的場地，而這些場地作為地球生態系的重要構成因素所發揮的作用也開始越來越受到人們的重視。多自然型河流建設方法是目前國際上比較流行的一種河道環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，并把河流建設成盡量接近于自然的狀態。在建設多自然型河流中，重點是努力創造出具有豐富自然的并具有魅力水邊環境。在河道整治的各種方法中，應從生態學的觀點出發，應優先采用生物材料法，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。日本是生態設計用于水利工程較好的國家，其對河道生態設計的原則主要有以下五個方面：（1）治水：主要通過修建護岸來實現；（2）自然環境、生態系統的設置：主要通過水邊綠化、設置生物的生長區域和水質保護等實現；（3）水邊景觀的設計：通過設置建筑物來保證與周圍環境的和諧以及保證水邊景觀的連續性、自然性；（4）親水空間的設計：通過水邊的臺階、纜繩、綠地等設施來實現；（5）循環型空間的設計，：用木材、石頭、砂子等天然材料的多孔性構造，控制廢料的產生，盡量避免未來發生的處理問題及二次性環境污染問題。2.2國內河道護坡現狀傳統的河道護坡結構往往只片面強調河道的防洪、引水、排澇、蓄水和航運等功能，較少地考慮河道的生態或環境功能，因此河道的護坡結構多數采用漿砌塊石或混凝土等剛性硬質材料，甚至有的地方追求所謂的“高標準”河道，對河道采用全斷面剛性材料襯砌，使河道的環境條件模式化，并使生物種類單一化，由此帶來的環境問題是很嚴重的。隨著國家綜合國力的增強和人民生活水平的提高，我國也開始越來越重視環境保護問題。我國國民經濟和社會發展第十個五年計劃中提出，必須重視生態建設和環境保護，加強自然保護區和生態示范區建設，保護陸地和海洋生物的多樣性。人們在越來越注重城市環境和保護生物多樣性的同時，也開始注重水利工程的環境問題，在有些堤防和護岸的結構設計中開始注入環境水利的設計理念，如有些堤防護坡采用草皮，依靠草皮良好的根系而使護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用。但總體來說，生態護坡在水利工程中的應用尚處于試驗和研究階段。3生態護坡方案的可行性生態護坡能依靠植物良好的根系而使護坡具有一定的固土和抗沖能力，同時生態護坡具有造價低、能美化環境的獨特效果，在國外已得到了廣泛的應用，在國內也有一些應用。茂漁川工程位于日本北海道惠庭市，是由日本沖谷實業有限公司1990年設計的，該工程的護坡結構同太浦河泵站進、出水渠（水生植物種植區域），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，洪水時河流的流速達3m/s。工程運行至今已有近12年，固土和抗沖能力效果良好，且美化了環境。由于利用石頭、砂子等天然材料的多孔性構造，通過水邊綠化、設置生物的生長區域，保護了生物多樣性，避免了材料的二次性環境污染問題，同時利用水生植物對水體自凈能力，使水質得以改善。衛運河生態護坡試驗段工程位于衛運河祝屯閘下險工段內，長170m，是海河水利委員會利用土工織物與生物工程措施相結合的護岸工程試驗研究段。試驗段灘頂高程28.30m，河底高程18.63m，在高程24.00m處設寬1m的馬道。馬道以上的設計邊坡為1:2.5，采用深栽柳護坡，柳樹縱橫株距均為1.5m，柳間栽爬根草；馬道以下的設計邊坡為1:2，采用土工織物排體護坡、護基，排體上面用混凝土預制塊組成框格壓載，在框格內填土、深栽柳，柳樹縱橫株距均為1.5m，柳間栽爬根草，其生態護坡剖面圖見圖1。該工程于1987年5月完工，經過兩個汛期400m3/s流量的考驗，目前框格內的草皮茂盛，且生長茂盛，柳樹的成活率95%以上，護坡效果良好。從以上國內外兩個成功的工程實例可以看出，只要太浦河泵站的生態護坡結構設計和植物選擇得當，生態護坡方案在太浦河泵站工程中是可行的。圖1衛運河生態護坡剖面圖4生態護坡試驗與研究4.1設計要點太浦河泵站進、出水渠道除具有一般河道所具有的防洪、引排水和航運等功能外，它還具備與泵站有關的一些特點：太浦河泵站進出水渠為新開河道，進水渠為1級堤防，護坡應具備固土、抗沖能力，穩定要求較高；進、出水渠的地質條件不太理想，在堤底附近有一層較深厚的、呈流塑狀的淤泥質粉質粘土，而堤頂與堤底高差最大達9.5m（進水渠）；泵房的施工期較長（達18個月），地下水位又較高，給施工期的進、出水渠的穩定帶來威脅（渠道中無水）。根據國內外生態護坡的成功經驗，結合泵站進、出水渠的特點，生態護坡的設計原則如下：（1）生態護坡應滿足渠道功能和堤防的穩定要求，并降低工程造價；（2）盡量減少剛性結構，增強護坡在視覺中“軟效果”，美化工程環境；（3）進行水文分析，確定水位變幅范圍，結合植物調查結果，選擇合適的植物；（4）應設置多孔性構造，為生物提供一個安全的生長空間；（5）盡量采用自然的材料，避免二次環境污染；（6）布置時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，應首先進行工程區域的植被調查，然后根據植被調查結果，充分考慮到栽種植物與周邊環境的協調、景觀、安全性、地域適應性及生態平衡的問題，并按以下條件進行嚴格的選擇：（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，對周圍環境的危害性小；（5）壽命或者效果發揮時間長；（6）具有能夠美化環景的效果；（7）容易維護管理；（8）具有市場性。在現場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的和具有適合工程實際和生長能力的植物。在充分調查太浦河兩岸及蘇州地區現有植被的基礎上，經過認真論證，在水位變化區采用水生植物護坡，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坡。4.3生態護坡設計根據渠道水位的變化范圍，在渠道的不同坡段選用合適的植物，是生態護坡設計的一項重要內容。太浦河泵站工程的主要功能是在枯水年份向上海供水，其進出水渠生態護坡的設置高程應以不影響進出水渠的過水能力為前提，同時盡量確保硬性護坡的淹沒時間最長，以提高工程的環境效益。太浦河泵站進水池的設計運行水位為1.90m，此時進水渠入口水位為2.10m，考慮以高程1.90m作為分界，即進水渠高程-2.50m（渠底）至1.90m仍維持原漿砌塊石護坡結構，高程1.90m以上至堤頂采用生態護坡。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坡，馬道以上部分采用草皮護坡；泵站出水渠的最低運行水位為2.66m，設計水位為3.29m，最高運行水位為3.34m，根據有關文獻介紹，國內3級堤防的臨水側均可采用草皮護坡，為確保邊坡的抗沖穩定，考慮進、出水渠生態護坡景觀的連續性，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坡結構，高程2.60m（包括馬道）以上至堤頂采用生態護坡。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坡，馬道以上部分采用草皮護坡。生態護坡結構除滿足泵站正常運行期的穩定要求和固土抗沖要求外，還應滿足進、出水渠施工期的穩定要求，尤其是護坡的施工期滲透穩定。由于目前國內對生態護坡在工程中的應用尚處于試驗與研究階段，因此在生態護坡結構的設計中，參考了前述的日本茂漁川工程的護坡結構：在水生植物的種植區域護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麻布一層，以形成反濾，確保施工期護坡的滲透穩定，；在面層干砌塊石之間的縫隙內用土回灌后再種植水生植物（見圖3）。草坪噴植的方法與國內常見的三維網墊法不同，它利用一種專用機械用一定的壓力將草籽、粘結劑、養料和水的混合物噴灑在的護坡土表面，這種方法與三維網墊法相比，草坪更容易生長，且具有施工快、固土效果好、造價低等優點。4.4生態護坡的穩定進、出水渠護坡必須滿足穩定的要求。穩定一般包括邊坡的圓弧抗滑穩定