張曉剛

(大石橋市水利事務中心，遼寧 大石橋 115100)

某河流由于多處河段未進行防洪工程建設，導致其防洪能力低下，汛期洪澇災害頻發(fā)，嚴重地阻礙了當?shù)氐慕洕l(fā)展與城鎮(zhèn)建設，建設有效的防洪工程迫在眉睫。但防洪工程建設對生態(tài)環(huán)境的影響較大[1]，如：干擾原有地貌、破壞土地和植被[2]，從而造成水土流失和局部生態(tài)環(huán)境惡化[3]，嚴重影響附近居民的生產生活[4]；且河堤施工時具有土方量大、棄渣量多、施工線長以及分布分散等特點[5]，若在施工過程中忽視水土保護工作，不重視處理開挖以及填埋坡面，一方面裸露地面在降雨作用下易產生大量水土流失[6]；另一方面松散的泥沙和碎石容易順坡滑入河道造成淤積河床，嚴重危害水工建筑物的安全服役[7]。因此，擬建工程設計方案、施工布置及施工組織等均需考慮水土流失狀況和水土保持對策，減少防洪工程建設對生態(tài)環(huán)境的負面影響[8]。基于上述背景，開展防洪工程的水土流失及其防治對策具有重要的理論和實際工程價值。

1 設計方案與比選

1.1 防洪工程建設設計方案

某防洪工程主要保護西岸輸水總干渠以及西岸總分水閘，設計時參照規(guī)范[9]確定其工程級別。由于西岸輸水總干渠設計流量為170 m3/s，灌溉面積約為11.33億m2，則該工程為Ⅱ等大(2)型工程，2級引水渠道。考慮遠期新建水庫調蓄洪水，將防洪標準先暫定為10 a一遇標準[1]，待新水庫建成后將防洪標準提高至50 a一遇。

防洪工程防洪治導線間距為1000 m，即在現(xiàn)有臨時防洪堤位置處新建永久性防洪工程。防洪工程起點為45+427，終點為48+027段。根據(jù)該工程的具體情況，融合生態(tài)堤防工程的概念提出了三個方案，第一方案為一坡到底漿砌石順壩方案，襯砌方式為全斷面采用漿砌石；第二方案為一坡到底漿砌石結合混凝土板順壩方案，襯砌方式為全斷面采用漿砌石結合混凝土板；第三方案為漿砌石結合混凝土順壩+水平鋪設8.0 m鋼筋石籠防沖刷方案。

第一方案設計中考慮到河道現(xiàn)狀的寬度，以及河道左岸的天然河岸河勢情況，采用順應河勢，結合天然河岸及現(xiàn)狀的防洪堤壩情況，布置平順式順壩防護，確定順壩的基礎下深為9.5 m。漿砌石襯砌護面厚0.5 m，堤頂寬5.0 m，迎背水面邊坡坡度分別為1∶1.75、1∶1.5，背水面采用0.2 m 干砌石護坡，順壩每隔500 m設上壩道路以及交通平臺一道。方案護砌長度為2600 m。順壩與現(xiàn)有防洪壩平順連接，上下游設置裹頭。

第二方案將第一方案的防沖形式改用垂直防沖形式，在設計洪水位以下1.3 m處為分界線，上部為混凝土板護面，混凝土板板厚0.2 m，下部為漿砌石襯砌護面。

第三方案設計中將第一方案的防沖形式改為基礎垂直埋置深度為4 m，水平向設置水平鋼筋石籠。水平防護長度8 m，共兩層，單層厚度 0.6 m，鋼筋籠采用φ12，網(wǎng)格尺寸10 cm×15 cm。對于頂沖河段，垂直埋置深度為4 m，水平向設置水平防護長度加長。邊坡防護水面以下采用厚度0.5 m 漿砌石結構，設計洪水位以上采用厚0.2 m現(xiàn)澆混凝土板。

1.2 方案比選

為得到該防洪護岸工程最佳方案，分別從施工方法、投資以及建成后的利弊等方面開展了方案的綜合比選工作，方案比選見表1。

方案一適用于河床卵石或漂石較多的河段或就近石料豐富地區(qū)。方案二抗沖和耐久性等性能較好，漿砌石結構工程施工難度較小，但耗費人力多，工期相對較長。根據(jù)已建工程經驗，該形式防沖效果尚可，但由于基礎開挖深度較大，一旦破壞，維修難度較方案三大。防沖刷結構采用垂直防沖形式，取消水平防護結構，對河床變形適應性較差。該方案在河道中垂直開挖較深，水下工程量較大，施工難度較大。

方案三坡面采用漿砌石防護，適用于河床卵石或漂石較多的河段或就近石料豐富地區(qū)。該方案具有良好的抗沖擊性和耐久性，施工難度較小，但耗費大量人力，工期較長。運行效果良好，但維護難度較大。護腳防沖結構采用縱橫結合的防沖結構，水平布設鋼筋籠為一種柔性結構，對河床變形的適應能力強。該方案垂直開挖深度較淺，水下工程量較小，施工難度較小。

經預測計算，該防洪工程方案一總投資為3102.45萬元，單位投資1178.56萬元/km。方案二總投資為3064.25萬元，單位投資1193.25萬元/km，方案三總投資為2997.85萬元，單位投資1153.02萬元/km。

表1 方案比較

綜上所述，根據(jù)綜合性方案比選分析，最終確定將方案三作為推薦方案。

2 擬建項目區(qū)水土流失防治研究

擬建方案確定后，進一步開展了擬建項目區(qū)水土流失防治研究工作。擬建項目區(qū)常年多風，地表物質在大風天氣下易隨風揚起、移動而造成風蝕；擬建項目區(qū)地形自然坡降較陡，河道斷面寬闊，蜿蜒曲折，較強的游蕩性在大洪水來臨之后易造成水蝕。因此，擬建項區(qū)內水土流失主要考慮了風蝕和水蝕兩種類型。

2.1 水土流失防治責任范圍

責任范圍主要為堤岸兩側及周邊地區(qū)的工程建設區(qū)和直接影響區(qū)，主要有以下方面：臨時生活區(qū)、輔助生產系統(tǒng)及臨時設備房區(qū)、材料堆放場地、臨時料堆放場、施工活動區(qū)、料場等地，直接影響區(qū)按河道兩側防治帶寬120 m計，范圍為32.400 hm2，天然砂石料場擾動土面積為4.166 hm2。

2.2 水土流失預測

工程建設過程中新增水土流失因素包括兩方面：(1)擾動原地貌、占壓土地面積；(2)棄土、棄石、棄渣量。其可能造成的水土流失量采用類比法[10]進行預測。

(1)擾動原地貌、占壓土地面積。根據(jù)工程設計資料，主體工程由于在原河岸基礎上進行，不存在工程新增占地問題，但對河岸原地貌、土地及植被的損壞較大。施工占地均為臨時占地，主要包括：臨時生活區(qū)、輔助生產系統(tǒng)及設備房、材料堆放場地、料場、臨時料堆放場、施工活動占地。經預測計算，工程擾動原地貌總面積為41.74 hm2，其中永久與臨時占地面積分別為12.15 hm2、29.59 hm2。工程擾動原生地貌、破壞地表植被面積預測見表2。

表2 工程擾動原生地貌、破壞地表植被面積預測表

(2)棄土、棄石、棄渣量。由于該工程填方量大于挖方量，亦有部分挖方量能被利用，工程的開挖和填筑需清除表層0.5 m的土層均為棄土料，需在河道的周邊進行場地平整，平整土方量1.52萬m3，砂礫石墊層料開采過程中由于篩分會產生部分棄料，經計算為0.16萬m3，工程建設期總的棄土、棄渣量為28.01萬m3，均為壩堤基礎清廢。這部分料可就近填入洼地或進行就地整平。項目區(qū)工程土方平衡表見表3。

表3 項目區(qū)工程土方平衡表 萬m3

2.3 水土流失防治措施

該防洪工程施工期間取土、開挖、棄土，若裸露的地面、棄料、棄碴不及時處理，則為風蝕提供了條件，若處理的不好，則將為水土流失創(chuàng)造條件。在河道改建和修建河道建筑物時，取土盡量采用棄土方，以減少水土流失。

2.3.1 水土流失防治分區(qū)與水土保持方案特點

防洪工程建設區(qū)的工程項目主要為線形工程，但各區(qū)域水土流失類型、特點各有差異，防治的重點和所應采取的防護措施也不盡相同，因此需進行分區(qū)防治。根據(jù)擬建項目區(qū)現(xiàn)狀及預測，結合主體工程布設，將項目區(qū)水土流失防治區(qū)分為：防洪堤建設區(qū)、導流圍堰修建區(qū)、排水渠修建區(qū)、土料場區(qū)、棄料場區(qū)、施工道路區(qū)、臨時生產以及生活區(qū)。

水土保持方案主要集中在兩個方面：一方面為有效控制擬建項目區(qū)新增水土流失，另一方面為控制擬建項目區(qū)存在的影響工程運行安全的水土流失，確保防洪主體工程安全運行。根據(jù)現(xiàn)場調查，工程區(qū)域內影響工程安全運行的水土流失，原有渠道內存在的水蝕問題，因工程采取防滲襯砌和防沖處理將不存在，因此擬采取的水土保持措施主要是針對工程擾動和棄渣產生的新增水土流失，其表現(xiàn)形式主要為風蝕。風蝕主要采取植物措施進行治理，此外對工程堆棄渣料也提出具體的防護要求。

2.3.2 水土保持防治對策

根據(jù)可能產生的水土流失分析，提出了一種水土流失防治對策體系，見圖1。其中管理與植物措施是該水土流失防治對策體系的主要措施。主體工程防治區(qū)植物措施理想效果見圖2。施工結束后需及時清理施工跡地并平整施工場地。此外，根據(jù)施工組織設計要求，防洪主體工程防治區(qū)應無棄渣，但在實際施工過程中難免存在少量棄料、棄渣現(xiàn)象，因此施工結束后，要及時清理施工現(xiàn)場，就近利用棄料、棄渣平整場地，而后可利用施工用水，適當進行潑灑，以減少降塵，并利于土壤固結，適度抵御風蝕。施工時運輸土料、砂料都必須采取帆布或塑料布將土料和砂料蓋好，防止土料、砂料隨車輛運輸散落到空中，污染環(huán)境。臨時設施防治區(qū)亦要開展棄渣清運、綠化覆土措施。此外，還提出了一些臨時工程防治區(qū)對策，如：對施工工區(qū)設置臨時排水等措施，對臨時堆料場(棄渣場)等后期清理平整及覆綠等。

圖1 水土流失防治對策體系

圖2 主體工程防治區(qū)植物措施理想效果

2.4 水土保持工程投資概算

水土保持工程總投資為35.83萬元，其中工程措施、植物措施以及臨時措施投資分別為5.81萬元、2.02萬元、5.02萬元，獨立費用與基本預備費分別為19.73萬元、1.53萬元；水土保持設施補償費1.73萬元。

3 結 論

(1)融合生態(tài)堤防工程的概念提出了三個擬建方案，經過經濟技術綜合比較，將漿砌石結合混凝土順壩+水平鋪設8.0 m鋼筋石籠防沖刷方案作為推薦方案。

(2)根據(jù)擬建項目地形地貌侵蝕特點以及水土流失預測，劃分了水土流失防治區(qū)，提出了一種具有良好水土保持作用的防治對策體系。