庄河市桂云花乡头道岭小流域河道治理技术研究

2021-01-19姚顺秋

黑龙江水利科技 2020年12期

姚顺秋

(庄河市水利建筑勘测设计院，辽宁大连 116400)

历年来，庄河市比较重视城镇防洪堤防和河道治理工程的建设，如早期建设的河道土地平整、裁弯取值和绿水青山工程等，尤其是中小河流治理工程取得了非常显著的综合效益。2018年，庄河市建设实施的桂云花乡头道岭小流域河道治理工程，在方案设计时转变以往的治河理念，坚持以生态修复为核心，以景美、水清、河畅为目标，并强调生态河道设计[1]。通过实施综合治理，可以提高区域内农业劳动生产率、资源利用率与土地产出率，增强耕地蓄水保土能力和防灾减灾能力，创造良好的农业经济发展条件和改善小流域生态环境。

1 小流域河道现状

1.1 小流域河道特点

目前，小流域河道存在生态功能丰富、污染源复杂以及形态结构多样等典型特征，具体如下:

1)生态功能丰富。河道是维持生态系统与自然环境平衡的重要载体，一般具有防洪减灾、农田灌溉和城乡供水等多种功能，可为区域经济发展与居民生活提供基础保障。纵横交错的河网水系为居民提供不可或缺的水资源、湿地环境与休闲娱乐场所，也是降解稀释污染物及防洪排涝的主要途径[2]。由于缺乏有效的河道保护且土地资源较少，填河造地、埋河修路、挤占河道沟塘、与水挣地等现象普遍存在，为推动城镇化发展建设用地不断扩大，水域面积持续减少、河道逐渐萎缩及其防洪功能明显下降。

2)污染源复杂。随着经济的发展和乡镇企业的不断增多，工业废水、生活垃圾、居民废弃物、面源污染、水产与畜牧养殖等逐渐成为河流主要污染物。例如，在雨水径流和农田灌溉作用下，过量施用的农药微粉颗粒或雾滴、施药器械清洗用水等流入河道，农药、化肥在明显提升作物产量和土壤肥力的同时，对水环境造成污染；农村牲畜粪便污水未经妥善处理直接排入河道，对河流产生污染，此外，污水灌溉也会在一定程度上影响河流水环境[3-4]。

3)形态结构多样。按照不同的地理特征可将小流域河道分为山区型、平原型两类，其中水流急、坡降大、走势陡属于山区型河流的主要特征，河道被长期的冲刷侵蚀出现大面积裸露的石堆或基岩，部分河段没有堤岸或堤岸残缺不全；平原型河道存在坡降小、水面宽、水流慢等特点，河道淤积现象普遍存在，加之捕鱼打捞、河道冻融等作用严重破坏了河流的生态结构，许多河段出现不同程度的河岸坍塌。一般地，人类活动对小流域河道的干扰较小，其自然形态较少且生态建设优势明显，但河流管理与河岸保护比较滞后，河道多样性结构较为普遍。

1.2 现状分析

小流域河道现状基本未设防，其可能产生的损失相对较小，但存在的问题与严格居民切身利益直接相关。通过调查与分析庄河市小流域河道现状，从农田防淹防冲、河岸稳定性、防洪标准、水土保持、水体污染和河流管理等方面探讨现存的问题。

1.2.1 农田防冲防淹问题

河水暴涨暴落是小流域河道的典型特征，汛期降雨多、雨量集中且雨强大，上游河水顺山势而下对农田和林地产生极大的危害。洪水冲走农作物的同时还会携带大量的泥沙，由此进一步增大水流的冲刷力，下游河道周边农作物长期受淹且排水难度大。此外，流域内坡耕地所占比例大，加之上游缺乏完善的林草防护体系，坡面输沙产流量较高，在暴雨条件下坡水经沟道汇流，来势迅猛，对河流两岸的农田造成冲击破坏，生态灾害的发生频次及其危害后果逐年加剧。

1.2.2 河岸稳定性差

大多数小流域河道都存在不同程度的崩塌、滑坡现象，且未经过有效的整治，河岸崩塌造成的土壤侵蚀和土地退化等问题日趋突出。河道两岸大部分为自然状态，只有极少段穿越村庄的河道有人为衬砌护岸和种植树木护岸，长期以来由于资金投入不足、无人管理等，大部分河段处于未整治状态，河岸常年崩塌使得沿河耕地面积持续减少和河道被侵占现象广泛存在。结合野外调查相关资料，河岸防护比较常见的模式有自然山体护岸与天然植物固岸，这种护岸类型存在河床底部易掏空、抗冲刷能力差等特点，天然植物能够发挥较好的护坡固岸作用，但大多数杂乱无章且减少过水断面，减少水流速度不利于行洪排涝。

1.2.3 防洪标准低

现状小流域河道大多无设防，即使建设有堤防也未形成完善的防洪体系，普遍存在河堤不连续、堤坝质量差、防洪标准低等问题。小流域洪水存在洪峰流量大、突发性强、发生频率高、涨势猛、预报预防难度大等特征，水灾淹没范围较小，灾情较分散且历史短，淹水历时一般为1-3d，普遍存在“小雨小灾、大雨大灾”的现象。此外，随意倾倒垃圾、建筑物侵占河道、部分河流淤积和人类采砂活动等，进一步降低了河流的防洪能力和洪涝灾害发生频率。依据历史统计资料，2011年庄河市发生的某场次洪水造成多人被围困，洪水使得大量耕地绝收，淹没区内一片汪洋，连绵堤内所有河流几乎都曾被洪水淹没。此外，由于河流调蓄能力差，无法保障旱季农田灌溉用水，尤其是秋收与双抢季缺水现象普遍存在。小流域河道调节水资源能力弱，从而产生较大的洪涝灾害损失。

1.2.4 水土保持问题

由于河道上游段地势高、水流急、坡降陡，下游段坡度缓、流速小、河道满，从而出现上游河道水力冲刷侵蚀而下游段泥土淤积的现象。随着河流防洪减灾、调蓄洪水功能的不断下降，河流导流泄洪、行洪、滞洪和引水灌溉作用逐渐减弱，对沿河居民生活及社会经济发展产生潜在威胁[5]。此外，受山高坡陡、土质疏松、土层较薄、林草覆盖率等条件限制，价值陡坡耕作、毁林开荒和滥砍乱伐等不合理人为活动，使得沿河周边土壤侵蚀问题突出，加之水电开发、采石取土、城镇建设等活动对地表植被的破坏，裸露的岩石为水土流失创造了客观条件，对生态环境产生更加明显的破坏。

1.2.5 水质污染严重

实践表明，小流域河道污染来源以生产和生活污染为主，未经处理的居民生活污水被直接排入河流，尤其是未经标准化处理的一些牲畜养殖业将禽畜粪便排入河道，对河流水体环境产生严重的污染。另外，人工渠化治理和河道过度开发等阻断了水陆系统之间的交流与联系，水环境恶化、水底淤泥质增多、水体含氧量下降、水生物种及湿地面积持续减少等问题突出，水生物种与两栖动物生活空间被压缩，普遍存在生物栖息地被分割、孤立的现象，亟待改善水体环境、修复滨河湿地生态功能。

1.2.6 河道管理滞后

一直以来，小流域河道是水利工程管理的重点对象，由于管护经费不足、管理人员少及小流域河道线长面广，河道管理长期处于滞后状态。此外，河道管理体系缺乏、管理成效低以及各级管理部门重视程度不够等，这也是形成无人管理局面的客观因素，河道管理不到位进一步加剧了水资源的无序利用和水环境污染问题。部分河道因滥采滥挖等行为经常发生一些不安全事件，这加剧了水生态功能的退化，尤其是砂石资源丰富的河段经常发生偷采砂的现象，由于未及时抚平沙坑而发生溺水事件的现象频繁出现[6]。总体上，小流域河道长期存在管理薄弱、维修养护缺失和防护整治不到位等问题。

2 河道治理技术措施

小流域河道治理以协调好生态保护与防洪安全之间的矛盾关系为主要目标，在提升岸坡抗冲防洪能力的基础上，创造良好的生境条件及满足自然生态需求，保持河流原有的地貌形态和水文特征。因此，防冲和清淤是最为常见的工程措施，其中防冲的工程措施主要有水环境建设、环境美化、生态修复、建设拦河坝和护岸等，而河道清淤有局部拓宽河道、清障等。

2.1 河道清淤

河道局部拓宽和清淤的技术含量不高，看起来也比较容易实施，但实际工程中存在较大难度。工程设计人员不能只在图上设计，一定要深入现场防止出现清理掉河床岩石的情况，为保证房屋和桥梁安全不得对其地基周围清淤[7]。在建设资金有限且遇桥梁阻水的情况下，为满足沿河居民迫切需求不得作为违章建筑拆除，对此可以采取加高防洪堤允许桥面过水的方案。另外，应顺势而为解决河道局部拓宽问题，要尽量尊重历史保持山区河道自然宽度与走向，一般情况下不宜采取裁弯取直措施。由于未能处理好效能问题导致裁弯取直工程失败的案例较多，其中修建拦河坝为解决效能问题的有效方法，拦河坝的修建成本较高，并且有的具有较大的滩地，在深弘区修建提防需要增加地基处理措施；有的需要扩大河段弯道半径，水流较急且会遇到征地拆迁等问题。

总体而言，应坚持实事求是、因地制宜的原则实施河道清淤，充分考虑沿河居民意见保证设计方案达到最优。

2.2 护岸工程

2.2.1 护岸结构形式

小流域河道治理中护岸工程发挥着重要作用，合理选择施工材料及科学设计安全环保的结构形式属于解决问题的关键。通过充分论证各种护岸类型的适用范围[8-9]，结合小流域实际情况选择最佳的护岸形式，不同护岸类型的特点如表1所示。

表1 小流域河道治理护岸工程

2.2.2 护岸地基处理

结合工程地质勘探资料准确揭示护岸地基，总体上山区河道有岩石、砂卵石、土质等类别，其抗冲性能差无法满足规范要求，但承载力可以达到标准要求。软土地基为大部分小流域河道岸坡的常见类型，其抗冲刷能力和承载力差无法满足要求，一般用于基础埋深浅、水流速度慢且坡降小的河道[10]。

采用适宜的处理技术提升抗冲刷能力差的山区河道地基承载力，考虑水流速度利用冲刷公式合理确定冲刷深度。该方法比较适用于埋入冲刷线以下的基础，并且能够达到承载要求，而对于冲刷线较深的轻不再适用，对此还要实施护脚措施。目前，工程中最为有效的护脚方法有宾格石笼镇压、土工布铺设等。这些方法不仅可以保护地基，而且可以营造良好的水生物栖息环境，具有抗冲刷能力强、地基变形适应性好等特点。

此外，修建拦河坝也是稳定河床和保护堤脚的有效方法，但其工程成本较高。实践工程中修建拦河坝的案例较多，如福州市日溪乡汶石溪治理工程修建了多座拦河坝，采用零坡降治理措施有效解决了河流冲淤问题。河床衬砌措施比较适用于宽度较小的河道，通过修建跌水效能或消力井提升抗冲刷能力。总体上，一定要充分比较因地制宜的选择合适的方案。

2.3 生态修复技术

河道生态修复应遵循景观、生态、自然的原则，在设计方案中纳入景观美学的概念，合理规划河岸带宽度与自然景观设计，实现水质净化、景观美化、生态修复、防洪治理的协调统一，营造周边环境与河道景观有机相融、人水和谐相处的生态空间，最大程度的满足居民亲水和河岸休闲娱乐的要求。通过实施一系列的治理措施实现河流水系统的自然修复，运用工程治理手段有效控制水环境污染问题，具体如下:

1)对农村来说实施污水处理还存在一定的难度，但是将沉淀池修建于河道污水排放口处完全可以实现，因此可实行雨污分流、净化水体环境。

2)为彻底转变庄河市“三面光”的河道现状，可以实施硬质护岸拆除、河道结构改造、河底自然状态修复等措施；采取挖河增水、翻板闸、建造多样式河岸线和河底线等方法，营造多变的生境和水文脉冲，恢复沿河串接的湿地、池塘、沼泽，由此满足生物生长需求。

3)天然河流的走势大多蜿蜒曲折，为维持河流的自然属性与水体环境，要最大限度的保持其原有地貌，适当理顺不合理的河线。

4)采取开拓水源、综合调水、机械推流、调节水动力学特征等措施，不仅能够维持水生物种生长栖息空间、景观鱼类和河流稀释净化需水量，有利于生态补水和水体流动性的增加，而且可提升河道自净能力、纳污能力、水体的有序置换和流动，逐步实现河滩干湿较低、水位线有涨有落以及水流有急有缓的生态治理目标。

头道岭小流域位于庄河市桂云花乡横道河村境内，总面积3130.24hm2，河道坡降2.1%，土地利用多坡耕地、低丘漫岗地。小流域河道治理项目的主要任务为:改善生态环境与农村生活条件，促进粮食增产与农村经济发展，减轻山洪泥石流、崩塌和滑坡灾害，治理水土流失、蓄水保土、涵养水源以及维护饮水安全等。建设实施的工程措施有:治理果树池台田7.93 hm2，修建谷坊2座、排水沟0.06km，新建道路1.815km，设立标志牌1个。采取的植物措施有:果树池台田栽植2年生李子树(嫁接，大红袍)6614株。项目实施后将提升林草覆盖率0.25%，每年增拦泥沙0.04万t，增加蓄水量1.78万m3，年直接经济效益7.14万元。

根据实际情况当地政府制定了“以造林种草为重点，以水土保持为中心，将生物措施与工程措施相结合，综合治理山、林、路、田、水”的建设方针，随着对小流域河道治理力度的持续加大，全区生态环境逐渐好转、河道功能不断恢复，景观文化和防洪能力得到明显提升，实施的整治措施如下:①采取复式断面形式、拓宽河道、浅滩和深滩相间布置等措施，构造低水位蜿蜒曲折的河槽、不同流速带的水流和自然的流路，最大程度的修复河幔堤和河滩；②通过坡改梯增强土壤蓄水保土能力以及提高粮食产量，蓄水保土及保护耕地资源；③涵养水源、控制面源污染，通过治理有效控制农药、化肥、牲畜粪便等污染，生产生活污染得到有序排放以及增加土壤涵养水分能力；④防治滑坡、崩塌与泥石流等灾害，减轻山地灾害。

2.4 运行管理

无人管理为小流域河道长期存在的问题，尤其是城镇河道普遍存在无人看管的现状。因此，要建立工程产权明晰、适应当前经济发展的管理体制，以经济合同管理替代过去的责任管理。结合当地情况实施股份合作制、股份制、承包、租赁、拍卖等多种管理形式，建立健全各项养护、维修规章制度以及不断完善工程运行管理机制，保证工程的良性运行和效益的充分发挥。

坚持“谁治理、谁管理、谁受益”的原则，当地政府切实履行管护职责，项目运行后由受益人承包人管护并签订管护责任，切实做到责任到位、奖惩分明、任务明确，更加有效、明确、合理的养护和利用工程，形成以基层水利服务组织为辅、承包人管护为主的工程管护机制，保证工程效益的高效运行。