贵州山区河流治理的堤型探索

庄广峰

摘要：堤防是世界上最早广为采用的一种防洪工程。是防御洪涝灾害，保护居民和工农业生产的重要工程措施。近几年，工农业的持续快速发展，乡村振兴战略等新时期社会主义建设给河流治理提出了更高，更为复杂的要求。山区河流治理需要综合各种问题来考虑，例如堤线布置、疏导结合、生态保护等等因素。本文主要探索讨论的是山区河流治理所选堤防型式问题。

关键词：山区河流，堤防，堤型，生态

沿河、渠、湖、库、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修建的挡水建筑物称为堤防。堤防是世界上最早广为采用的一种防洪工程。是防御洪涝灾害，保护居民和工农业生产的重要工程措施。河堤约束洪水后，将洪水现在在行洪道内，使同等流量下的水深加深，流速增大，有利于泄洪排沙，此外堤防还有抵御风浪，使河岸免受风浪侵蚀，保持河势稳定的作用。

随着工农业生产的快速发展，基础设施的持续开展，我国人民生活水平，生活工作环境都产生了翻天覆地的巨变。但国民经济发展越快，因洪涝灾害产生的工农业生产损失、基础设施的破坏、百姓生命财产安全的威胁也就越大。防洪治涝问题对国民经济的影响和新时期中国社会主义建设的制约越来越突出。特别是98特大洪水后，各级各部门对河流治理，行洪安全的重要性有了更深刻的认识，近几年，通过新建堤防、对原有堤防进行除险加固等措施，大大提高了防洪排涝的能力。但，近几年，工农业的持续快速发展，乡村振兴战略等新时期社会主义建设给河流治理提出了更高，更为复杂的要求。堤型选择是堤防工程建设的重中之重。如何结合工程环境，保护目标，投资考量等等因素设计出合理的堤型方案，是堤防设计工作的关键所在。

山区河流治理需要综合各种问题来考虑，例如堤线布置、疏导结合、生态保护等等因素。要把各个方面有机结合，才能取得更加良好的效果。本文主要探索讨论的是山区河流治理所选堤防型式问题。

    山区河流的治理，堤型选择上受地形地貌、自然气候、地质条件、水文特征、施工条件、运行管理要求、工程造价等多个因素的影响。而在河道治理要达到的防洪治涝，保护人民生命生活生产安全，稳定河道主流位置，改善水流、泥沙运动和河床冲淤等基本作用以外。新时期生态文明建设思想对河流治理更是提出了综合利用、生态保护、人水和谐等更新更高的要求。而各种堤型适应的工程条件不同，工程效果也有差异。因此，我们可以从结合山区河流治理的特点以及各种堤防型式的优劣，来着手分析、探讨如何因地制宜，选择堤防型式。

一、山区河流治理的特点

1.山区河流特点

我国山区河流处于干旱半干旱地带，冬季寒冷漫长，夏季炎热短促，大小河流众多，这些山区河流具有如下特点：

(1) 山区河流两岸山坡多为岩土结构，由于人为破坏与暴雨或持续降雨，造成山区水土流失严重，大量的泥沙和石块被冲下山体汇入河流，不仅增大了山区河流的防洪压力，而且对山区河流生态系统造成了严重的危害；

(2) 山区河流由于坡度陡、产汇流时间短、流速大，导致河道冲刷强、河道的形态和植被单一、河床侵蚀严重等生态破坏现象，护岸，护脚冲刷严重，河势河槽变化剧烈；

(3) 山区河流多为季节性河流，降雨少且季节分配不均，汛期和融雪期水流峰高量大，不仅洪灾频发，威胁下游堤防安全，宝贵的水资源也白白流走；非汛期水资源极度缺乏，水力连通性差，不利于植被及微生物的生存，破坏了生态系统的稳定性；

(4) 在汛期和融雪期时，山区径流污染产生时间短、发生面积广,导致山区河流面源污染严重，控制难度较大。

   2.山区暴雨洪水特点

洪水暴涨暴落是山区河流重要的水文特点，在暴雨集中地区尤为显著，暴雨与山洪往往同时发生，但一般洪水持续时间不长 ，降雨过后，河道又恢复原来的低水细流。流量与水位变幅大是山区河流又一个重要的水文特点。最大流最与最小流最的比值可达几百倍。以贵州为例，贵州地处云贵高原东斜坡地带，省内地势西高东低，自西向东逐级降低三级地面。全省地貌的基本形态是山地和部分丘陵，间插盆地与河谷台地，河流侵蚀下切较深，大多河流具有山区河流特性，河道迂回曲折。除少数城（市）镇位于大河之滨外，多数城镇地处中小河流之侧。中小河流流域内多为山地或部分丘陵，河流源短、坡陡、流急；有的中小河流，上游河道陡峻，流经盆坝地区河道变缓，暴雨洪水汇集快，河槽宣泄不及，常造成漫溢河槽，淹没低洼地带。全省有73%面积为可溶岩出露地区地下濬洞、伏流、暗河也非常发育,有的河流呈明暗相间地发肓,致使地表径流与地下径流之间的关系复杂化,岩溶发育对中小河流的洪水规律影响很大,对大河流的影响较小。贵州气候温和、雨量丰沛、湿度大、云雾多、

日照少。暴雨一般多出现在5-9月,其中6月出现暴雨场次最多。省内多暴雨区和少暴雨区的地区分布与多雨区和少雨区的位置大致相应。因地形复杂,暴雨多是插花性呈分散的块状分布,一个暴雨中心附近的雨区往往较小,且多出现短历时的强暴雨,降雨历时仅数小时而强度很大的阵性暴雨也经常出现，大部分地区年降雨量在1100-1300毫米之间，4-9月集中了全年降水量的75%以上。山区河流一般河谷狭窄，调蓄能力低，随流最急剧变化，水位大幅度升降，水位变幅大，另外，受河床形态及水流条件影响，山区河流水面比降一般都较大，且沿程分布极不均匀，绝大部分落差集中在局部河段。河床上存在急弯、石梁、卡口等滩险，形成很大的横比降。

综上所述，山区河流防洪排涝、生态保护工作十分重要也十分紧迫。

二、河流治理的重要性

随着国民经济和社会的不断发展，城镇化和工业化进程的加快，社会主义新农村建设的全面推进，基础设施建设的不断增加，社会财富的日益增长，人民生活水平的提高，全面建设小康社会和经济社会发展对防洪安全保障、生态环境保障等提出了越来越高的要求。可持续发展观对水利发展也提出了新的要求，水利发展须树立以人为本、节约资源、保护环境和人与自然和谐的观念以及全面、协调、可持续发展的观念，把解决关系广大人民群众切身利益的水利问题放在突出位置，统筹考虑流域、区域、城乡水利协调发展，不断提高政府对水资源的社会管理能力和水平，节约和保护资源，加强对生态的保护，促进人与自然和谐，以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。目前，农村的水利基本建设还存在不少薄弱环节，尤其是农村河道存在的问题与农业和农村经济发展新形势不相适应。

三、各种堤防型式的特点

堤防是修建于江河、湖泊、海岸以及水库、蓄滞洪区周边的挡水建筑物，随着使用位置、作用及修建材料、施工工艺的不同而划分不同的种类。本文主要针对的是河流治理的堤防型式探讨，因此本文主要对按修建材料、施工工艺分类的堤型展开论述。

1.土堤

土堤是江河、湖、海防洪广为采用的堤型。土堤具有工程投资较省,施工条件简单,就近取材,原材料采运方便,施工方式简单,施工效率高,能适应堤基变形,便于加修改建,易于作绿化处理,对城市景观影响小等优点,堤防设计中往往作为首选堤型,目前我国多数堤防采用均质土堤。土堤边坡较缓,堤基与地基接触面叫大,地基应力较小,整体沉降变形较小,沉降差较大,对地基土层承载力的要求不高,适用于软弱地基。但土堤边坡较缓,占用面积空间大,堤身填筑材料需求较多,其防渗防冲的可靠性以及抗御超额洪水与漫顶的能力较弱。因此,在进行土堤设计时应充分考虑堤防的占地、土料储量问题和做好防冲刷的处理措施,设计中根据水流冲刷影响情况,往往在临水面采用草皮护坡、浆砌石护坡或混凝土护坡。对地质较差、有软弱土层存在、地基处理难度较大或不经济、波浪较大、堤身较高的堤段,宜采用此堤型。此堤型较之混凝土或钢筋混凝土堤型工程投资节省不少。

2.土石混合堤

土石混合堤是一种应用较为广泛的堤型,为土堤前坡采用钢筋混凝土或浆砌石挡土墙,可减少堤防占用河道、耕地,也用于路堤结合情况。

3.石堤

石堤有浆砌石堤、干砌石堤。根据石料种类又分毛石、块石、片石石堤等。石堤是利用堤身重量与填土重量相互作用提高其稳定性;使得地基受力被均匀较为分布;在材料使用上相对于重力式或者半重力式少;基础开挖与回填方量很大程度上相对减少，优势于钢筋混泥土堤防最显著的特征是构造简单、施工方便、墙身断面比较小,自身重量较轻,能够很好的使用材料的力学性能，造价也相对混凝土堤防较小。不进行抹面防渗的情况下，石堤还具有较好的透水性，利于水生态循环。

4.钢筋混凝土堤

混凝土、钢筋混凝土堤工程占地少,用土量少,抗冲刷能力强,风浪爬高小,因而安全超高也小。堤防的整体性能较好。但对软基的适应能力差,且造价高。此堤型适合于地质较好,虽有软弱土层存在,但经地基加固处理后在经济上合理,河道行洪断面小,须征用土地较多,且堤岸受冲刷严重地段。

5.生态河堤

根据近些年国家提出的生态文明建设发展理念，行业内逐渐摸索出了新的生态式河堤的治理模式。

生态河堤是以“保护和创造生物良好的生存环境和自然景观”为前提，在考虑到一定的强度、安全性和耐久性的同时，把河堤由过去的人工混凝土建筑改造成为水体、土体和生物相互涵养，适合生物生长的河堤。具体运用有格宾石笼网护脚、干砌石护脚、生态袋护坡、抛石护坡、网格植草护坡等工程措施再辅以生态植物措施。

四、存在问题

以往山区河流普遍采用的设计方案均为河道清淤、岸坡防护以及新建或加高防洪堤方案，治理方案单一、破坏生态平衡，主要存在的问题有以下三个方面：

(1) 治理方案单一，缺乏整体规划。某些河流的整治，只对险要段采取抛石护脚及砌石护坡的工程措施，只着重于局部处理，缺乏整体规划，致使一些工程整治效果不显著或者失败。

(2) 追求片面功效，破坏河流生态。在河道治理工程设计中，片面追求单一功效，如为追求防洪效果，新建或加高防洪堤方案等，这些硬性的工程覆盖措施固然可以防洪减灾，但却牺牲了河流生态等功能。忽略了河道生态环境保护、人水和谐相处等功能需求。

(3) 材料硬化河道，破坏生态平衡。混凝土、浆砌石块等工程材料能够造成河道硬质渠化，破坏了生态可持续发展，且硬化所使用的刚性或半刚性治理工程结构不能很好的适应环境变化而造成结构破坏，甚至工程失事等现象。传统的工程措施已无法满足山区河流河道生态治理的趋势和客观需求。因此，迫切需要对山区河流进行全面综合治理，将生态学原理和河流治理工程相结合，恢复山区河流生态系统，使其不仅具有防洪功能，而且还具有维系水生态系统、降低面源污染等功能，实现生态可持续发展。

(3)生态河堤因多采用护脚与护坡结合的复式河道断面形式，因此，治理后河道占用面积较大,格宾网网格外露，金属的腐蚀、塑料网格的老化、合金的性能等问题，以及外露网格的局部容易被破坏，网内松散的石头容易掉出网外，是影响这类挡土墙安全的重要因素。另外，金属、格宾网网格的切断端部非常尖锐，亲水活动和攀爬自救的人容易被伤害。

五、山区中小河流治理堤型选择

传统的山区河流工程治理模式对河流生态环境会造成一定程度的破坏。例如传统的浆砌石护岸很少考虑河道与生态环境、社会环境和人文环境的统一，致使水生植物生长区域减小，土壤中微生物的数量种类大大减少，并且出现河流河道污染物去除效率低、河流较难与周边的生态环境进行物质交换等现象，对整个生态系统造成严重的影响。基于生态学理念，山区河流的治理应扩展到河流生态环境修复、水环境改善等综合治理要求上，实现由传统单一的工程治理模式向多元组合的生态型综合治理模式转变。因此，在堤型选择上，在满足防洪、排涝等工程需求的基础上，应充分考虑水生态治理，水环境修复等需要，建设人水和谐的河道治理工程：

（1）根据河道平面形态、堤线布置，应按分段设计原则进行堤型选择。避免人为将河道布置成等高等宽的箱型结构，渠化河道。

（2）新建堤防应优先采用生态土堤，对河道两岸为房屋密集区的城区河段，应考虑占地、拆迁等因素充分进行生态土堤、防洪墙或直斜式复合堤型的比选。

（3）迎水顶冲的凹岸，可选用抗冲能力较强生态护坡土堤、直斜式复合堤或防洪墙，对河道两岸为房屋密集区的城区河段宜优先采用直斜式复合堤或防洪墙。直斜式复合堤、防洪墙的墙体材料应优先采用生态混凝土、预制块自嵌式、格宾石笼结构。

（4）对确需选用防洪墙及直斜式复合堤型的下部挡墙，宜选择利于生态修复的格宾石笼挡墙、混凝土预制块自嵌式挡墙、生态混凝土挡墙。

（5）对已建堤防工程，应根据现行规范要求复核堤顶高程、堤身和堤基抗滑及渗透稳定性。防洪高程不满足要求时，可根据建材、占地、交通和地形条件等因素，分析放缓边坡，确定加高培厚的生态方案；现状堤坡稳定性不满足要求时，应在分析堤身填筑质量、堤基地层结构、历史险情等资料的基础上，综合选择生态除险加固措施。

（6）对于确需采用硬质材料的河段，要完善细部措施，积极采用浮水植物、藤本植物对硬质材料面上进行生态植物覆盖，并在硬质材料中设置一定数量的排水（气）设施。

（7）生态植物选择时要考虑植物的水热需求、生长特性及适地适树、保护物种多样性等因素。选择的生态植物应具有以下特性：

1.对土质要求不高，适应气候条件强，适应水位消落的植物，生长能力强。

2. 根系发达，茎干低矮、枝叶茂盛、生长快、绿期长，能够迅速覆盖地表，景观性强。

3. 生根性强，成活率高，并能够吸收深层水分和养分，有效固土。

4. 价格低廉、管理粗放、无须养护、无病虫害，杂草竞争性强、无害性。

六、总结

    传统的山区河流治理工程措施无论是堤防建设、河道疏浚还是护坡护岸,无疑都是基于防洪而采取的传统工程措施,但已满足不了人们对河流景观、河流生态方等方面的需求,因此必须在考虑河流生态系统平衡的基础上,对河道进行适度的整治。生态堤防将生态学原理和河流治理工程相结合,既能够减轻山区河流防洪压力,又能够提高山区河流的生态综合治理,为山区河流的生态综合治理和生态系统可持续发展提供了重要的理论基础和技术支撑。