河道木桩

浅谈生态河道设计方案

  摘 要:河流对于社会经济的发展具有非常重要的作用,但是近些年由于河流的污染以及河道的不当治理,造成了河流的生态功能退化,在一定程度上制约了社会经济的发展。本文在传统河道缺陷的基础上,主要阐述了生态河道的需水量计算、生态河道结构设计以及生态护坡的设计。

  关键词:生态河道;结构设计;生态护坡

  一、引言

  生态河道是以安全性、可靠性、经济性为基础和前提,以满足资源、环境的可持续发展和多功能开发为目标,逐步形成陆域草木丰茂、生物多样、自然野趣,水体鲜活流动、水质改善、具有多样水生生物物种种群相互依存形成系统并能达到自我净化、有自我修复能力的水利工程。

  二、传统河道设计存在的缺陷

  1.河道设计直线化

  从生态角度看,弯曲的河流具有更高的生态效益,如减少水土流失、扩大生境面积、增加生境多样性等。河道直线化使得洪水流量、流速及泥沙量增加、洪水压力转嫁到下游。许多对生态起重要作用的自然要素消失,喜欢在急流中游行的鱼类减少甚至绝迹。

  2.河道断面设计几何化

  河流中的浅滩和深潭是水生生物不同生命周期所必需的生存环境,是形成多样性河流生态环境的不可缺少的重要因素。但河道几何断面规则化改变了深潭、浅滩交错的形势,生境的异质性降低,水域生态系统的结构与功能随之发生变化,特别是生物群落多样性将随之降低,可能引起淡水生态系统的退化。

浅谈生态河道设计方案

  3.河床或河岸材料硬质化

  硬质化河道没有植物根系可进入的孔隙,动物及微生物也不可能生存,割裂了水体与土壤的关系,使水系与土地及其生物环境相分离。从生态学的角度讲,硬质化河道解决不了水污染问题。河流是有自净能力的,自然的河道有大量的生物和微生物,它们都有降解污染有机物的作用,植物还可以补充氧气,有利于防止污染。

  三、生态河道的水量计算

  1.河道内需水量计算方法

  (1)按 Tennant 法:这是美国目前用来确定河道生态环境用水量的一种方法,河道流量推荐值以预先确定的年平均流量的百分数为基础。该法通常作为在优先度不高的河段研究河道流量推荐值时使用,或作为其他方法的一种检验。从维持河道原有的自然景观、兼顾水生生物保护考虑,以多年平均径流量的 10%作为最小环境用水量。

  (2)最枯月平均流量法:先根据控制断面历年的最枯月平均流量进行频率计算,再取 P=90%最枯月平均流量。

  (3)法国乡村法:此法是依据河道多年平均流量来确定河段最小生态基流,规定河流最低流量不应小于多年平均流量的 1/10,对于所有河流,或者部分河流,如果其多年平均流量大于 80 m3/s 时,最低流量的下限不得低于多年平均流量的1/20。

  2.河道外需水量

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  (1)农业用水:确定灌溉用水量时,应首先确定灌溉设计保证率。灌溉设计保证率可根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素确定。

  (2)水土保持生态环境需水量:山丘区需要植树造林、防治水土流失。因此需要从河道取水。需计算水土保持生态环境需水量。以某一地区某一类型植被的面积乘以其生态需水定额计算得到该种植被的生态需水量,该地区各种植被生态需水量之和即为该地区生态需水总量。

  (3)工业用水:工业用水指工、矿企业在生产过程中,用于制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤等方面的用水和企业内部其它用水。对工业用水而言,耗水量是一定时期内某工业用水系统在生产过程中,由蒸发、吹散、直接进入产品污泥等带走所消耗的水量。

  (4)生活用水:城市综合生活用水包括城市居民家庭生活用水:指维持居民日常生活的家庭和个人用水,包括饮用、洗涤、卫生等室内的用水和洗车、绿化等室外用水;城市公共单位用水:指城市公共设施和公共建筑用水。包括机关、学校、科研、饭店、旅店、商店、医院、影剧院、浴池、洗车、车站、码头、部队等公共事业和公共建筑用水;市政、园林、河湖环境用水。

  四、生态河道结构设计

  1.河道纵断面设计

  (1)构造河道蜿蜒性。与直线化河道相比,河道的蜿蜒性降低了河道坡降,从而减小了河道流速和泥沙输移能力。在生态河道建设中,通过恢复河道蜿蜒性可增加栖息地的质量和数量,这样更有利于河道的稳定,并降低工程造价。蜿蜒的河道可交换和补充地下水。如果河道是直的,深的或是混凝土结构,地表水将直接流入水道,而没有机会进行水交换及补给地下水源,且地下水位会下降。干旱可能更频繁,因为地下水位下降,以致于植物根部不能吸收。蜿蜒性河道,营养物质经过滤不会进入地下水,而且这种交换在河岸生态系统里将对植物群和动物群的数量和种类有很重要的影响。

  (2)创建浅滩-深潭序列。自然界中的河流的纵断面通常表现为深浅交替的深潭和浅滩。由于深潭和浅滩可产生急流、缓流等多种水流条件,能形成丰富的生物群落,创建浅滩―深潭序列是生态河道设计的重要内容。根据河流的蜿蜒特性,基于自然河流的地貌特征,以及研究者给出的浅滩-深潭间距参考值。在相应位置布置浅滩和深潭,如在河流转弯处凹岸布置河流深潭,在深潭之间过渡段创建河流浅滩等。一般一个弯曲段布置有一对浅滩和深潭。在典型断面设计完成后,在满足设计洪水流量和平滩流量的基础上,对典型断面进行局部调整,以形成多样化的断面形态,河流的浅滩、深潭处典型断面。

  2.河道横断面设计

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  河道横断面不能仅从传统的河道水力学计算公式或简化施工的角度来考虑问题,还需要结合生态学原理和地貌学原理,依自然河道地貌特征,做到河岸边坡有陡有缓,能缓则缓;堤线距水面有宽有窄,宜宽则宽,从而构成多样性的地貌特征。同时横断面还受两岸行政关系的制约,要权衡利害,协调各方面关系。

  五、生态护坡的设计

  1.植物护坡

  植物护坡在生态治河中将发挥其独特的作用和无法替代的角色。水生植物具有净化水质,为水生动物提供栖食和活动场所,美化水面、涵养水源和减少蒸发等功能,另外植物可降低土壤孔隙压力,吸收土壤水分。同时植物根系能提高土体的抗剪强度,增强土体的黏聚力,从而使土体结构趋于坚固和稳定。植物护坡模式多样,可大致分为:草皮护岸、树枝护坡和水生植物护坡等。为了更合理的选取植物护坡模式我们可以把坡面分为四个区段:岸堤区、面坡区、挺水区和沉水区。

  2.木材护坡

  自然界坚硬的木头如果建于水下岸坡底部,可完整地保持约几十年,在水面上容易腐烂,尤其是干湿交替的部位更易腐烂。与活体植物不同,由于此类木材不会发芽,一般在使用的同时配以植被恢复措施。常见的有木桩栅栏护坡、活性木格框护坡、树根扎捆护坡。

  3.石材护坡

  石材护坡运用的材料是天然石料。石材护岸具有成本低廉、来源广泛、抗冲刷能力强、经久耐用等优点。此外,其粗糙的表面可以为微生物提供附着场所,石头与石头之间可成为水生植物和鱼等水生动物的生存空间。常见的护岸类型有石笼护坡、半干砌石护坡、干砌石护坡、石张护坡、抛石护坡和山石护坡等。

  4.抛石护坡

  采用天然石材(如卵石、砾石、流石等)堆积而成的护坡结构。利用护坡石缝生长植物,借助植物的根系使护坡与其后的土壤更为紧密而形成稳定效果。石材之间的空隙可作为天然鱼巢,为多种鱼类提供栖息和繁衍场所,也为水生植物提供了生存空间,从而大大增加了水体及水陆交错带的生物多样性。

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