摘要：在过去的堤防建设中，虽然取得了良好的效益，但是也带来了一些生态环境的问题。随着人们对于生态环境的重视，生态堤防进入了人们的视野中。文章结合堤防实际情况，主要就生态堤防在生态防洪工程中的应用进行了探讨。
关键词：生态堤防；防洪工程；生态环境
1概述
按照提出的黄河流域生态保护和高质量发展的坚持生态优先、绿色发展，坚持量水而行、节水为重，坚持因地制宜、分类施策，坚持统筹谋划、协同推进的四项重大原则及《天水市2020年渭河流域生态保护和高质量发展重点工作和任务分工》的要求，对牛头河河谷区域内进行整体布局，对原牛头河河道进行治理，以满足总体规划要求。过去堤防建设，仅是加固堤岸、裁弯取直、修筑丁坝等工程，满足了人们对于防洪的要求，但没有从发挥河流自然生态、休息娱乐、景观、提升城市形象等综合功能的角度来考虑。这些堤防工程给人们带来了巨大效益，但同时也极大地改变了河流的结构和功能，造成一些生态环境问题。生态堤防设计已引起了全国水利工程界的普遍关注，堤防设计要考虑河道生态，接近自然景观，不破坏自然景观。考虑生物的多样性与城市景观多样性之间的关系，为不同生态习性的动植物创造不同的生态环境，以实现动植物的多样性。最大限度地发挥生态环境综合效益，促进人与自然共同可持续发展。
2工程区概况
工程区位于天水市清水县东部低中山区，属祁吕弧形褶皱带，牛头河是渭河一级支流。山脊高程1550～1750m，河谷区高程1330～1360m；局部表层有风积黄土层覆盖，基岩裸露。局部出露以侵入岩为主的花岗岩。工程区属大陆季风性气候，系陇中南中温带半湿润气候区，雨量适中，气候温凉。牛头河清水县以上的陇山山地有天然林分布，草类茂密，植被较好。牛头河上游段有森林分布，植被较好，泉水出露，径流主要来源于上游，中游河道开阔，两岸阶地大部分开垦为耕地，清水县城位于牛头河左岸的阶地上；下游段河道基本穿行于峡谷间，河道弯曲，凸岸有耕地，两岸为石山，表层有黄土覆盖，山坡长有低矮杂草，植被一般。
3工程设计
从发挥河流自然生态、休息娱乐、景观、提升城市形象等综合功能的角度来考虑，本次设计生态堤防护坡结构采用植生型宾格石笼护坡，可提高工程区景观效果。通过对河道整治、岸坡绿化，给清水县城居民提供一处环境优良的休闲娱乐场所。
3.1工程总体布置。工程计划在保持原有堤防防洪标准的前提下，拆除改造现有堤防为生态堤防，在河床面开挖一条泄洪槽，可泄洪流量为21.7m3/s，泄洪槽位于河道正中，设计为塔式宾格石笼结构，泄洪槽至现有两岸堤防之间为生态湿地公园，湿地内以种植花卉、配置园林小品、人行景观道路、小广场为主线，辅助绿化。
3.2泄洪槽设计。泄洪槽按明渠均匀流公式进行水力计算，公式如下：V=CL姨Ri流量：Q=AV=AC姨Ri=A1nR2/3i1/2谢才系数：C=1nR1/6水力半径：R=AX公式中：i-纵比降；A-过水面积（m2）；n-糙率系数；X-湿周长（m）；设计流量：Q=21.7m3/s；河床糙率：n=0.020。泄洪槽计算见表1，经计算，确定泄洪槽宽10m；深度为2.0m。泄洪槽设计为塔式宾格石笼结构，底部为C20砼栽卵石结构，深2m，宽10m。泄洪槽设计如图1所示。
3.3生态护坡的设计。（1）堤距宽度确定。此段堤防原设计根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中规定，本次生态治理段落设计防洪标准与原堤防防洪标准一致。根据钱宁在《河床演变》一书中提出，造床流量约相当于1.5年一遇的洪水流量，本次计算采用2年一遇的洪水流量作为造床流量。本设计中堤距指两岸堤线中心距离即洪水治导线宽度。堤距确定主要考虑以下因素：一是满足安全、通畅泄洪的要求；二是适当考虑河相关系，尽可能不改变河型；三是少占耕地或不占耕地，权衡工程量与防洪效益，达到经济上的合理性，统筹考虑各河段及上下游的行洪要求。防洪治导线宽度，下限应大于造床流量下的稳定河宽，上限一般以河床外包线或自然岸宽确定。冲积河流在水流与河床的长期相互作用下，能得以自由发展，经过水流下河床的自动调整，河床形态将与流域来水、来砂及河床边界条件相适应。河道形态与水力泥砂因素及河床地质条件之间也存在着某种物理量关系。稳定河宽计算：根据阿尔图宁公式：B=AQ0.5J0.2A=ξ0.15式中：B-河槽稳定宽度（m）；Q-造床流量（m3/s），Q50%=86.1m3/s；J-河床比降，J=0.005；ξ-断面河相系数，ξ值为7.84。根据计算结果，B=36.46m，再结合河床现状，原堤防设计堤距为120~130m，现有堤距均大于计算稳定河宽，故本次堤线沿着旧堤线布置满足防洪要求。（2）护坡结构选择。结合施工区域规划，选用宾格石笼护坡，由于网箱和石块的结合具有挠性，植生型宾格石笼的高柔韧性使其具有适应河床变形的能力；并且透水性好，有利于保持边坡的长期稳定；其良好的淤泥性使自然植被能够迅速在表面生长，使得结构能与周边环境完美结合，具有良好的生态效果，并且宾格石笼具有施工周期短，施工效率高等特点。相比混凝土来说，对环境的影响也较小。（3）堤防横断面设计。根据工程区现有规划设计和近几年来已建堤防工程经验，从生态环境、经济实用的角度考虑，经方案比较确定该堤防堤身采用梯形结构，筑堤材料采用就地开挖河床砂砾石填筑。夯填砂砾梯形堤身，筑堤砂砾石填筑相对密度不小于0.60~0.65。护坡设计为植生型宾格石笼，边坡为1：1.5，护坡均厚0.3m，在河床面铺设2.5m宽的宾格石笼水平铺盖，厚度为0.3m。植生型宾格石笼是采用六边形双绞合钢丝网制作而成，底座结合加筋聚合物的盖板形成的一种生态网垫结构，可结合高性能生态基材喷播达到快速绿化目的。生态护坡设计如图2所示，植生型宾格石笼结构图如图3所示。
3.4生态景观设计。主要以种植花卉、配置园林小品、人行景观道路、小广场为主线，辅助绿化。绿化主要以灌木及矮化的乔木、草皮为主，花卉为辅。灌木以冬青、黄杨、小叶女贞、紫薇、迎春、月季、牡丹等列植为主，乔木以棕榈、玉兰、桂花孤植、对植、列植为主。花卉以萱草、芍药、郁金香、一串红、波斯菊等以花坛、片植、丛植或拼图栽植为主。草皮以三叶草、紫花地丁、紫花苜蓿、野牛草、二月兰等片植为主。园林小品沿景观道路、汀步、踏石等布置，主要包括休闲长椅、石桌石凳、景观石堆、垃圾桶、宣传橱窗等。
4施工技术要求
宾格石笼的安装应在专业厂家技术人员的指导下完成。加筋植生型宾格石笼采用U型钉固定于坡面，坡顶设锚固沟，底部与植生型宾格石笼绞合连接为整体，U型钉采用φ8钢筋制作，梅花形布置，间距1m，网面抗拉强度为24KN/m，聚合物剥离强度0.3KN/m。宾格石笼是采用六边形双绞合钢丝网制作而成的一种网垫结构，网面由镀锌覆高耐磨有机涂层低碳钢丝通过机器编织而成，应符合YB/T4190-2018的要求，宾格石笼填石要求质地坚硬，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3，石粒径以70-150mm为宜。遇水不易崩解和水解、抗风化；薄片、条状等形状的石料不宜采用，风化岩石、泥岩等亦不得用作充填石料，填充空隙率不大于30%。聚酯长纤无纺布：标称断裂强度为10KN/m，详细指标参照国标GB/T17639－2008《长丝纺粘针刺非织造土工布》。C型钉由镀锌铝合金镀层钢丝制成，钢丝直径为3.0mm，最小镀层重量为255g/m2。钢丝的最小抗拉强度为1720MPa。C型钉最小拉开拉力值不低于2.0kN。
5结束语
本工程的实施符合提出的《黄河流域生态保护和高质量发展》的国家战略要求，设计的生态堤防建设在改善了水环境的同时，也改善了区域内水生态、水资源和居住条件，并强化了文化、体育、休闲设施，使区域内环境、防洪等再上新的台阶。生态堤防的绿化带可发挥涵水保土的作用，绿地的建设将改善大气、水体和土壤的质量，将大大改善生态环境和人们的生活质量。对优化区域内环境，提升建设项目形象，改善投资环境，都将产生直接影响。可达到美化城市景观，提高城市品位和档次的效果，实现良好的社会效益和生态效益。宾格石笼生态护坡的形式具有较强推广价值，在块石料相对丰富的地区，该形式对原河床扰动较小，柔性材料适应变形的能力强，更适宜生态要求。
作者:陈超博 单位:天水市水利水电勘测设计院
