農(nóng)村中小型河道生態(tài)治理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型與施工方法探討

牛 萍

(撫順縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113006)

農(nóng)村中小型河道大多貫通鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，這是農(nóng)田灌溉的重要水利樞紐，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮著輔助農(nóng)業(yè)排水和防洪排澇的重要功能。近年來，三農(nóng)問題越來越引起國家的重視，農(nóng)村河道整治逐漸成為地方政府關(guān)注的焦點(diǎn)，并提出施工方要聯(lián)合市政單位綜合實(shí)施河道治理建設(shè)的策略[1]。對(duì)此，國內(nèi)學(xué)者從不同角度提出了一系列河道整治對(duì)策，如劉雨佳[2]等綜合考量了多個(gè)維度并提出深圳市丁山河河道治理方案，在城市空間營建、河道生態(tài)廊道、水源補(bǔ)水、源頭治理、河岸防護(hù)、水文過程修復(fù)等方面進(jìn)行整治，區(qū)域生活和水生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。但現(xiàn)狀實(shí)際情況顯示，由于施工方法選擇不當(dāng)早期農(nóng)村河道治理成效較差，甚至出現(xiàn)加劇河道淤泥堆積的現(xiàn)象[3]。因此，為充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)村河道的重要作用，從根本上解決農(nóng)村河道問題，本文全面探討了農(nóng)村河道的類型及其生態(tài)治理方法，旨在為提高河道生態(tài)自修復(fù)能力、推進(jìn)區(qū)域綠化修復(fù)工作和落實(shí)生態(tài)建設(shè)等提供一定參考。

1 農(nóng)村中小型河道類型

1.1 集聚地河道生態(tài)治理

聚集地河道生態(tài)治理結(jié)構(gòu)類型主要是利用水生植物構(gòu)建的緩沖帶有效吸附污染物，以此實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化、水生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境保護(hù)的目的。此外，將植物緩沖帶布設(shè)于河道兩側(cè)可以凈化農(nóng)村溝渠，在延緩降雨產(chǎn)流時(shí)間和減少河道產(chǎn)流的同時(shí)，通過植物有效截留有機(jī)污染物，進(jìn)一步減少地表徑流、河道水體和居民生活用水中的污染物量。聚集地河道斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足防洪安全和生態(tài)要求的條件下，最大程度地維持河流自然蜿蜒性，防止渠系化問題的出現(xiàn)[4]。為降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響以及維持農(nóng)村河道的自然循環(huán)，實(shí)際工程中綜合考慮深灘與淺灘的設(shè)計(jì)方法。

1.2 山溪型河道生態(tài)治理

目前，部分山區(qū)農(nóng)村河道泥沙淤積問題已非常嚴(yán)重，加之河砂濫挖、水產(chǎn)養(yǎng)殖模式分段實(shí)施攔截等，致使農(nóng)村河道水質(zhì)惡化、水生態(tài)功能退化、河岸坍塌等問題突出。因此，必須結(jié)合山溪型河流特征采取有針對(duì)性的生態(tài)治理策略，通過科學(xué)設(shè)計(jì)生態(tài)治理結(jié)構(gòu)類型及建設(shè)中下游平坦區(qū)河漫灘，充分發(fā)揮其滯洪和行洪功能。農(nóng)村河漫灘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工過程中應(yīng)保留其滯洪功能，河道位于旅游區(qū)時(shí)可增設(shè)親水區(qū)和休閑區(qū)，以此維持其休閑娛樂功能[5]。此外，山溪型河道生態(tài)治理應(yīng)保留自然蜿蜒性，為微生物、生物等創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境，為恢復(fù)生物多樣性提供有利條件。一般地，渠系化是傳統(tǒng)河道治理比較常見的結(jié)構(gòu)形式，這種方式會(huì)破壞河道的自然結(jié)構(gòu)特征，降低河流的生態(tài)服務(wù)功能。因此，山溪型河道治理應(yīng)維持深淺交替形態(tài)，為各種水生物的繁衍、生長等創(chuàng)造適宜的環(huán)境。

1.3 平原型河道生態(tài)治理

平原型河道生態(tài)治理結(jié)構(gòu)類型大多應(yīng)用于土質(zhì)疏松、地勢平坦、生態(tài)系統(tǒng)自修復(fù)能力差、水質(zhì)易污染、人口較密集的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)類型與山溪型河道相比具有明顯差異[6]。所以，為有效解決水污染問題，在實(shí)際工程中應(yīng)采取適宜的結(jié)構(gòu)類型，即選用原有自然岸坡，以搭建生態(tài)護(hù)堤的方式輔助適合適量的植物措施，更好地完成河道治理。設(shè)計(jì)施工過程中最大程度地放緩坡比，通過采取植樹護(hù)岸、土質(zhì)岸坡等措施，為水生動(dòng)植物的生長和發(fā)育提供良好的環(huán)境。針對(duì)河岸邊坡較陡的河道，在保證施工質(zhì)量和作業(yè)人員安全的情況下，可以利用木框或木樁加固結(jié)構(gòu)，以確保工程效應(yīng)的發(fā)揮[7]。

2 河道生態(tài)治理施工方法

2.1 斷面設(shè)計(jì)

農(nóng)村河道生態(tài)治理類型不同所選擇的斷面結(jié)構(gòu)具有一定差異，比較常見的3種斷面結(jié)構(gòu)有矩形、梯形和復(fù)合型，如圖1。

河道斷面型式選擇時(shí)應(yīng)充分考慮周邊生態(tài)環(huán)境和水土資源的利用情況等因素，盡量降低工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，逐漸形成自然生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的循環(huán)模式，保證岸坡穩(wěn)定和水系統(tǒng)良性循環(huán)。農(nóng)村河道生態(tài)治理時(shí)要注重保護(hù)河流的天然屬性，在維持自然原有功能的情況下盡量減少人工痕跡。考慮到不同斷面型式的適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)，按照復(fù)合型>梯形>矩形的優(yōu)先順序確定河道斷面。在合理選擇斷面型式的基礎(chǔ)上，采用毛石堆砌的方式將正常水位以上部分砌筑成斜坡結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)大水生動(dòng)植物的繁衍生長空間。水流速度較快時(shí)，可將重力式干砌塊石擋墻設(shè)置于河道兩側(cè)，以此減少河岸受水流的沖刷作用。

圖1 河道斷面結(jié)構(gòu)型式

2.2 水污染治理

在河道斷面建設(shè)完成后，還要考慮不同污染程度合理選擇生物、化學(xué)、物理等方法治理受污染水體，具體如下：

工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生影響且受污染程度較低的水體，主要選用物理方法。河道內(nèi)的淤泥和水藻利用機(jī)械設(shè)備除去，該方法具有操作簡便、施工效率高、工程成本低等優(yōu)勢，一般適用于污染物含量較少且受污染程度較低的水體。

工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定影響且受污染程度中等的水體，主要選用化學(xué)方法。將化學(xué)藥劑或鐵鹽等物質(zhì)加入水體，可以達(dá)到沉淀水體中磷成分和除藻的效果，但這種方法易造成二次污染，并且工程成本較高。

工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重英強(qiáng)且受污染程度較高的水體，主要選用生物方法。將光合細(xì)菌、Clear-Flo菌劑等外源微生物投入農(nóng)村河道，可以有效降解水中污染物，發(fā)揮增強(qiáng)河流自凈功能的作用[8]。此外，在天然材料上附著的微生物群落可以形成生物膜，并達(dá)到吸附水中污染物和凈化水體的效果。

2.3 護(hù)坡構(gòu)造

河道護(hù)坡構(gòu)造時(shí)應(yīng)考慮農(nóng)村河道特點(diǎn)，綜合利用硬質(zhì)工程措施和林草植物措施，經(jīng)一定時(shí)期的生長植物根系形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可發(fā)揮一定的固結(jié)土壤作用，而使用鋼筋混凝土材料建設(shè)的硬質(zhì)工程，通過搭建邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定岸坡的作用。

硬質(zhì)工程施工時(shí)要結(jié)合邊坡網(wǎng)格尺寸，通過合理設(shè)計(jì)網(wǎng)格完成混凝土的澆筑施工，一般選用現(xiàn)場澆筑的方式。魚鱗型網(wǎng)格能夠形成中間凸起、兩側(cè)較低的結(jié)構(gòu)型式，這種結(jié)構(gòu)可以存儲(chǔ)雨水資源，并用于河道周邊植物澆灌，發(fā)揮天然蓄水臺(tái)的作用實(shí)現(xiàn)雨水資源的高效利用。硬質(zhì)工程施工應(yīng)考慮農(nóng)村河道的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過適當(dāng)調(diào)整工程參數(shù)保證自然長度上生態(tài)河道的休止角度與魚鱗網(wǎng)格結(jié)構(gòu)邊坡傾角的適應(yīng)性，該條件下硬質(zhì)工程材料不會(huì)受到地表徑流的沖刷作用，有利于延長硬質(zhì)工程使用年限，有效提高工程整體質(zhì)量。工程中，大多利用錨桿結(jié)構(gòu)連接生態(tài)河道與護(hù)坡網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在河道邊坡中放置錨桿能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)河道邊坡與護(hù)坡網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固連接，保證護(hù)坡的整體穩(wěn)定，充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)功能。另外，在施工條件允許時(shí)應(yīng)選用等級(jí)更高的鋼筋混凝土材料，以此更好地保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

2.4 植物類型

護(hù)岸植物種類選擇時(shí)應(yīng)遵循物種多樣性、以鄉(xiāng)土植物為主的原則，選擇適于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的本土植物，由此以來既能有效控制病蟲害，還可保證植物成活率。在農(nóng)村河道生態(tài)治理中利用鄉(xiāng)土植物可以有效發(fā)揮防護(hù)作用，在保護(hù)區(qū)域生物多樣性同時(shí)進(jìn)一步提升農(nóng)村的整體生態(tài)價(jià)值。

實(shí)際上，豐富的物種多樣性是構(gòu)建健康、穩(wěn)定植物群落的必然條件，在植物種類選擇時(shí)盡量選用多種能夠維持群落穩(wěn)定、健康的植物。考慮到不同的地形條件，植物種類選擇也會(huì)存在較大差異，如山地丘陵區(qū)河道具有洪水位高、流速快等特點(diǎn)，該條件下選擇的植物要有發(fā)達(dá)的根系和較強(qiáng)的抗沖刷能力，常見的植物類型有碩苞薔薇、細(xì)葉水團(tuán)花等；平原區(qū)河道具有汛期高水位時(shí)間長、坡降小等特點(diǎn)，該條件下選擇的植物要有較好的耐水淹能力，常見的植物類型有池杉、蘆葦?shù)龋谎睾^(qū)河道的含鹽量較高，并且土壤中有機(jī)物含量豐富，該條件下選擇的植物要有相對(duì)柔軟的枝條和較強(qiáng)的耐鹽堿性，常見的植物類型有海濱木槿、怪柳等?？紤]到河道治理的具體要求，有必要建設(shè)人工景觀工程，一般選用成本低廉且比較常見的水保植物。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

東洲河是渾河流域一條重要的支流，近幾年東洲河進(jìn)行了重點(diǎn)治理，其中東洲河城市段均已治理完畢，防洪標(biāo)準(zhǔn)有所提高。2015-2017年三次河道治理工程設(shè)計(jì)中，由于無法協(xié)調(diào)土地占用問題，東洲河(馬郡村至王木村)原土堤只進(jìn)行岸坡整形，增加植物防護(hù)，未做護(hù)岸工程，尚未沒有形成完整的河道防護(hù)體系。后腰大橋上游中心樁號(hào)K0+593至K2+670河段為險(xiǎn)工段，河道彎角過大，樁號(hào)K2+536處轉(zhuǎn)彎角度為90°。馬郡橋下游中心樁號(hào)K2+818至K5+663河段因周邊洗煤廠及礦廠排渣、村民填土造地等原因，擠占河道嚴(yán)重，過水?dāng)嗝孢^窄，形成阻水卡口，影響洪水下泄，同時(shí)致使前兩次河道治理中的岸坡生物防護(hù)遭到大量破壞。因此，現(xiàn)狀兩岸僅有局部河段有固濱籠防護(hù)，多數(shù)河段迎水坡因沒有防護(hù)，堤身單薄，抗沖刷能力不足，且岸線曲折。工程建設(shè)不連續(xù)，工程型式不統(tǒng)一，對(duì)河流兩岸構(gòu)成潛在威脅，遇大洪水必造成極大的經(jīng)濟(jì)損失[9-15]。

本文以撫順縣東洲河河道治理工程為例，生態(tài)治理措施如表1。然后結(jié)合河道治理現(xiàn)狀和以上論述成果，通過對(duì)比治理前后生態(tài)修復(fù)效果，分析了生態(tài)治理技術(shù)的適應(yīng)性與可行性，只有構(gòu)建完整的河道防護(hù)體系以及完善的護(hù)岸工程，才能提高東洲河總體防洪減災(zāi)能力。

3.2 計(jì)算方法

為便于對(duì)比分析，以植物恢復(fù)系數(shù)作為量化指標(biāo)反映農(nóng)村河道治理前后的生態(tài)效果，即利用公式γ=(ω-ω′)/W計(jì)算植物恢復(fù)系數(shù)，其中ω′、ω代表治理前、后河道內(nèi)的植物數(shù)量；代表達(dá)到生態(tài)治理標(biāo)準(zhǔn)所需種植的植物數(shù)量。

3.3 結(jié)果分析

現(xiàn)場記錄河道生態(tài)治理前后植物數(shù)量，并利用以上計(jì)算方法確定植物恢復(fù)系數(shù)如表2。由表2可知，治理前撫順縣東洲河植物恢復(fù)系數(shù)處于0.226～0.416之間，通過采取一系列的生態(tài)措施植物恢復(fù)系數(shù)均達(dá)到0.900以上。

表1 研究河段生態(tài)治理設(shè)計(jì)

表2 基于不同方法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

此外，該段河道實(shí)施生態(tài)治理后，其防洪標(biāo)準(zhǔn)得到提升，環(huán)境得到明顯改善，護(hù)岸工程有效的保護(hù)河道兩岸的農(nóng)田及房屋，工程經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著，主要表現(xiàn)在：(1)減輕山洪災(zāi)害影響，河道生態(tài)治理可以加固?hào)|洲河河岸，減輕洪水、泥石流等自然災(zāi)害影響，保護(hù)村屯、道路、農(nóng)田及群眾安全；(2)減少東洲河泥沙含量，河道兩岸修筑防護(hù)工程可減少泥沙入河量，減輕泥沙淤積對(duì)河流造成的危害；(3)改善生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水土，護(hù)岸工程的實(shí)施可有效控制土壤侵蝕，由于減少了水、肥、土的流失可增加土地的使用價(jià)值，提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)效益，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造良好的發(fā)展條件。

4 結(jié)語

(1)目前，我國農(nóng)村河道生態(tài)治理尚未形成完善的技術(shù)體系，相關(guān)施工方法和結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)還不夠成熟。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出適用于不同河道的生態(tài)治理結(jié)構(gòu)及其施工方法，以實(shí)際工程驗(yàn)證了生態(tài)治理的科學(xué)有效性，加快推進(jìn)農(nóng)村河道治理與保護(hù)，保障沿岸防洪安全，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)等極具現(xiàn)實(shí)意義。

(2)然而由于工程建成運(yùn)行時(shí)間短，本文未探討生態(tài)效應(yīng)與工程造價(jià)之間的關(guān)系，并且尚需較長的時(shí)間檢驗(yàn)生態(tài)治理工程的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)此仍需進(jìn)一步深入研究。