韦余广

(杭州市余杭区农村水利管理站，浙江 杭州 311100)

河道治理是传统水利的主要内容。河道治理理念从过去的直线化、硬质化模式，已逐步转变为河道生态治理模式[1]。生态护岸是河道生态治理中一项重要工程性措施，其显著特点是拥有渗透性的自然河床与河岸基底，丰富的河流地貌，可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能[2]。本文通过分析船行波对河道岸坡的影响，进而结合实例提出了一种改进型松木桩生态护岸形式。

1 传统松木桩护岸

松木桩护岸是河道生态护岸中普遍采用的一种工程性措施[3-4]。传统松木桩护岸形式(见图1)，其往往关注的重点是河岸稳定、河道景观以及坡面水土防治问题[5],但由于缺乏必要的防冲刷设计，在通船河道中，传统松木桩护岸的河岸受船行波冲刷影响较大，河道岸坡被掏空或坍塌的现象时有发生，同时对河道水质也会产生较大影响。因此，在通船河道在设计松木桩护岸时，应结合实际充分考虑船行波对河道岸坡冲刷的影响。

图1 传统松木桩护岸形式

2 船行波破坏性分析

船行波是船舶在河道中航行时所激起的一种水面波动。船舶航行时，河道岸坡承受下列三种综合因素的作用：即船舶与岸坡之间的水体以一定流速向后流动、船舶与岸坡之间的水位陡然下降和船舶航行时激起的船行波[6]。船行波的破坏性主要表现在两个方面：一是水流对河岸的冲刷，包括水体向后流对河道岸边的冲刷，以及水位陡然下降形成的水流对河道岸坡的冲刷；二是波浪对河岸的拍打作用对河岸坡脚的冲刷掏空。船行波会破坏河岸，造成河岸坍塌、岸土流失等一系列作用[7]。结合多种情况下对航道破坏原因的分析表明，船行波是破坏航道堤岸最主要的因素。尤其是对于较狭窄的内河航道或人工运河，船行波会对河岸产生较强的掏刷作用，造成严重后果[8]。

3 计算船行波影响范围

3.1 船行波计算公式

船行波计算公式采用《确定波浪对海、河建筑物与岸坡作用的技术规范》，具体船行波各计算公式如下。边坡上的波压力分布图(见图2)，船行波的扩散波和横波波高的计算式(1)为：

图2 边坡波压力分布图

(1)

式(1)中：v为河道中的船行速度，m/s；β为系数，由式(2)确定。

(2)

船舶在河道的中线航行，船行波在边坡附近的波高计算由式(3)确定。

(3)

式(3)中：B0为计算静水位时的河道水面宽度，m；l为船长，m。

船行波波长的计算公式见式(4)。

(4)

式(5)为船行波在边坡上的爬高。

(5)

h0c=0.85hHc为从计算净水位算起的船行波沿斜坡的回落高度，其中hHc为船行波在边坡上的爬高，m。

3.2 计算初始条件的选定

杭州西溪湿地公园三期内船行河道采用传统松木桩护岸形式，水深2～3 m，湿地内多为淤泥质土、软粘土等软土，细颗粒含量较高。在游船行进产生的船行波作用下，河道岸坡产生了水土流失，对岸坡周边植被和岸坡稳定产生了严重的破坏。根据该湿地公园现状调查，各初始参数(见表1)。

表1 河道及船只参数

3.3 船行波影响范围确定

根据上述船行波计算公式及计算条件，计算结果(见表2)。

表2 船行波作用计算结果

4 改进型松木桩护岸形式——以杭州西溪湿地三期为例

根据上述计算结果，船行波对杭州西溪湿地公园三期河道护岸的冲刷作用较为明显。为有效防止船行波对河道护岸的冲刷，必须对原有松木桩护岸形式进行优化改进，既能满足河道岸坡自然和生态需求，同时又能防止河道岸坡受冲刷导致的水土流失。由表2可见，杭州西溪湿地公园三期河道船行波沿坡面向上爬行幅度为0.45 m，下潜深度为0.38 m。结合以上分析数据对原松木桩护岸进行优化改进。改进型松木桩生态护岸形式主要内容为：利用松木桩作为支档结构，在船行波冲刷范围内采用竹篱笆、土工布和石子作为船行波冲刷的缓冲隔离带，有效消除船行波对河道岸坡的冲刷影响，具体形式(见图3)。

图3 改进型松木桩生态护岸形式

(1)整体采用台阶式松木桩设计布局，有效防止船行波引起的水位上、下掏刷影响；

(2)台阶式松木桩间距为0.25 m左右，在松木桩与松木桩之间以及松木桩与岸坡之间，分层设置素土和石子等填料(0.25 m厚素土、0.25 m厚石子)，顶层种植水生植物；同时，在松木桩与填料间设置竹篱笆；

(3)为避免小石块和细颗粒土体受水流冲刷时的水土流失，在竹篱笆与填料间设置土工布，起到反滤作用。

杭州西溪湿地公园三期根据上述改进型松木桩护岸形式对原有河道传统松木桩护岸实施了改造治理，并已投入使用。从近年来的实际运行效果看，改造治理后的河道未出现一处因船行波冲刷造成的岸坡掏空或坍塌现象，且河道水质也得到显著改善。

5 结语

从杭州西溪湿地公园三期实例看，改进型松木桩护岸具有较好的防冲刷能力，且实际施工工艺简单，施工材料均为普通常见材料，主要包括松木桩、石子、竹篱笆、土工布等，在施工过程中应严格控制松木桩间距，一般宜在0.25 m左右，同时在松木桩与石子之间设置竹篱笆，保证回填石子不下滑，减少船行波的冲刷影响。改进型松木桩护岸较传统松木桩护岸在造价为传统松木桩护岸的两倍左右。

相比传统松木桩护岸，改进型松木桩生态护岸具有较好的防冲刷能力，既可以达到河道生态护岸的效果，同时又能有效降低船行波对河道岸坡的冲刷影响，对开展河道生态治理具有一定借鉴意义。由于受不同条件影响，应结合实际合理选择河道护岸断面结构形式。