（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心 山西太原 030002）

0 引言

傳統(tǒng)的河道治理工程主要包括河道堤防加固、河道拓寬、控導(dǎo)工程、河道清淤等，工程任務(wù)主要為防洪、排水、引流及航運(yùn)等。但如今河道治理工程已不僅僅需滿足河道的功能性要求，更要滿足河道沿線的生態(tài)性要求及美觀性要求，生態(tài)水利就是人類文明發(fā)展到“生態(tài)文明”時(shí)代的水資源利用的一種途徑和方式，它以尊重和維護(hù)生態(tài)環(huán)境為主旨，開發(fā)水利工程，美化周邊環(huán)境，發(fā)展沿線經(jīng)濟(jì)，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型社會指出了一個(gè)新方向。

汾河自20世紀(jì)70年代以來，已進(jìn)行了一系列的整治及生態(tài)修復(fù)，取得一定成就。本文結(jié)合汾河太原段綜合治理三期工程，淺談生態(tài)水利在河道治理中的重要意義及實(shí)際應(yīng)用。

不當(dāng)?shù)墓こ檀胧┤鐚⑵矫娌贾蒙系暮恿餍螒B(tài)直線化、將河道斷面幾何規(guī)則化以及河床材料硬質(zhì)化等，會改變河道的天然形態(tài)、河水流態(tài)以及深潭、淺灘相間的格局，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成破壞，打破原有的生態(tài)平衡。例如德國19世紀(jì)中葉對萊茵河改造工程的截彎取直及美國在1938年的洛杉磯河道工程中全部采用混凝土襯砌，均嚴(yán)重改變了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。良好的工程措施可以很好地調(diào)節(jié)水資源，改善水環(huán)境，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。例如成都沙河、北京轉(zhuǎn)河、上海張家浜河等都取得了良好的效果[1]。水資源的改善也可使生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)，改善小氣候，影響大氣候。山西省的汾河河道綜合治理工程，各項(xiàng)治理措施使得汾河流域在水資源開發(fā)利用、防洪減災(zāi)、水力發(fā)電及水土保持等方面取得了很大的成就。

1 生態(tài)水利在河道治理工程中應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對于城市河流在城市生態(tài)建設(shè)中的作用最早的研究是華東師范大學(xué)閹水玉、王祥榮，二人提出城市河流工程要保持河流自然地貌特征、自然水文過程、控制河流水污染等思想[2]。近年來隨著城市水生態(tài)環(huán)境的污染日漸影響了人們的生產(chǎn)、生活，水利部在2004年下發(fā)的《關(guān)于水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)的若干意見》中指出:“隨著我國人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)尤其是水生態(tài)系統(tǒng)承受越來越大的壓力，出現(xiàn)了水源枯竭、水體污染和富營養(yǎng)化等問題，河道斷流、濕地萎縮消亡、地下水超采、綠洲退化等現(xiàn)象也在很多地方發(fā)生?！彼克Y源司2005年《關(guān)于開展水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)試點(diǎn)工作的指導(dǎo)意見》指出，生態(tài)工程和水利工程的結(jié)合越來越被人們重視，越來越多的生態(tài)水利工程加快建設(shè)，張家港建設(shè)了98 hm2的人工湖用于增加城市水面面積和景觀；紹興市將環(huán)城河道的水生態(tài)建設(shè)成水文化與河水系統(tǒng)一的城市景觀；馬鞍山對市區(qū)重要的采石河水景觀和水環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃，張家界索溪河綜合治理工程、山西汾河綜合治理工程、山西省綜改區(qū)瀟河生態(tài)文化景觀帶（太原段）水利、生態(tài)、景觀綜合治理工程等等，都有效地改善了城市水生態(tài)系統(tǒng)。

2 汾河三期工程概況

20世紀(jì)70年代開始，汾河就開始進(jìn)行河道綜合整治，1998年至今太原市對主城區(qū)段的汾河河道共進(jìn)行了一、二、三共三期整治，整體工程北起柴村橋，南至?xí)x祠迎賓路南2 km處，總長約32 km。其中一、二期工程共計(jì)20 km，三期工程12 km。汾河三期建設(shè)的主要內(nèi)容包括:新建主槽護(hù)岸工程9.8 km，移堤并重建大堤14.1 km，堤防加固10.3 km；灘岸防護(hù)工程，二級平臺工程24 km，地下防滲墻24 km；新建排污暗涵24 km；新建壅水閘壩、新建船閘2座；入汾口治理；其它配套設(shè)施建設(shè)等。汾河三期治理工程的建設(shè)，在滿足太原市百年一遇的防洪要求的同時(shí)，兼顧了生態(tài)與景觀需求，繼汾河綜合治理一期、二期工程后，汾河景觀帶又向南延伸了12 km。2019年6月9日，汾河三期景區(qū)已正式開放。

3 生態(tài)水利在汾河太原段綜合治理三期工程中的應(yīng)用

3.1 生態(tài)水利在堤防工程中的應(yīng)用

汾河三期工程治理段屬平原型河段，河道彎曲，水流不穩(wěn)定，河床形態(tài)主要受大洪水影響主槽擺動相對頻繁，根據(jù)治理段規(guī)劃、河道演變情況分析，未來河道演變趨勢平面上仍受控于兩岸堤防，有沖有淤，工程在保證安全防洪的同時(shí)，充分體現(xiàn)生態(tài)原則，不截彎取直，保持河流的自然形態(tài)。汾河三期工程治理段河道斷面設(shè)計(jì)為復(fù)式斷面，由防洪堤、蓄水主槽和二級平臺組成。

在河流水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中，生態(tài)型護(hù)岸構(gòu)建技術(shù)分為適用于緩流水體河道、急流水體河道、水位變化較大的河道、污染嚴(yán)重的河道等生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。本工程復(fù)式斷面屬于水位變化較大的河道，由于水位落差大，若全部采用同樣的護(hù)岸措施不利于生物的繁衍生長及景觀的和諧，故復(fù)式斷面的護(hù)岸應(yīng)結(jié)合河道洪水期的行洪功能和枯水期的景觀生態(tài)要求綜合考慮，將河道斷面分為主河槽和行洪斷面兩部分分別構(gòu)建。汾河三期工程中，工程防洪堤防均為土堤，堤頂寬10 m，根據(jù)滲流穩(wěn)定計(jì)算確定臨、背水側(cè)坡比均為1∶3；蓄水主槽寬300～338 m，主槽岸墻為格賓石籠墻，其中，南環(huán)高速下游至治理段末端現(xiàn)有小主槽右側(cè)岸墻設(shè)格賓石籠護(hù)腳和干砌石護(hù)坡；兩岸河灘填土成二級平臺，高于河槽蓄水位0.8 m，每側(cè)平臺寬35～65 m。蓄水閘壩上游100 m范圍內(nèi)主槽岸坡設(shè)格賓石籠防護(hù)，坡腳設(shè)木樁及干插片石防護(hù)；蓄水面上0.5 m以下堤岸設(shè)土工石籠袋防護(hù)，堤腳設(shè)格賓石籠防護(hù)。新建大堤采用生態(tài)材料進(jìn)行防護(hù)，不采用混凝土等硬質(zhì)材料護(hù)岸，迎水面設(shè)生態(tài)混凝土和抗沖生物毯護(hù)坡，背水面設(shè)纖維防護(hù)墊或草皮護(hù)坡。新建大提護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

格賓石籠是水利部《2007年水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)推廣指導(dǎo)目錄》[3]所推廣的生態(tài)材料，汾河二期工程中被大量應(yīng)用，經(jīng)過多年運(yùn)行生態(tài)效果較好，有空洞，給微生物的繁殖提供了溫床，也為水生動物產(chǎn)卵、越冬及水生植物的生長創(chuàng)造了有利條件。

抗沖生物毯是近年來從國外引進(jìn)的新型護(hù)坡防護(hù)材料見圖2，由復(fù)合纖維織物、反濾土工布、草種草皮、薄纖維層等配套的一體化新型護(hù)坡材料，在具備土工布與反濾料控制水力侵蝕、防止土壤流失功能的同時(shí)，兼具了草皮護(hù)坡的生態(tài)、景觀特性。根據(jù)日本（株）建設(shè)技術(shù)研究所在2003年10月的研究成果表明，抗沖生物毯的抗沖刷能力強(qiáng)，當(dāng)流速在1～7 m/s之間時(shí)，抗沖生物毯未發(fā)生沖刷、吸出及翻卷等破壞。汾河三期工程設(shè)計(jì)流速為2～3 m/s，符合條件。

圖1 新建大堤護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖

生態(tài)混凝土是指能夠適應(yīng)綠色植物生長、又具有一定的防護(hù)功能的混凝土及其制品，具有防止沖刷侵蝕、自然排水透水以及邊坡綠化、自然凈化水質(zhì)等特點(diǎn)，可以營造生物的生長與生存環(huán)境，外部表面及空隙內(nèi)部均能為微生物、小動物類及藻類等提供棲息場所，有效地提高水體的自凈能力[4]。

纖維防護(hù)墊是由三層結(jié)構(gòu)組成的毯狀結(jié)構(gòu):從上至下依次為復(fù)合纖維織物的防沖層、保護(hù)草種及固土的蓬松狀纖維層以及無紡布。防護(hù)墊可植草或灌木，生態(tài)效果較好。

草皮護(hù)坡是直接將草籽播撒在地方土壤內(nèi)，自然生長，具有很好地生態(tài)效果。

汾河三期堤防工程中工程措施和生物措施相結(jié)合，極大程度地保證了河道兩岸的自然生態(tài)，維護(hù)了生態(tài)的多樣性。

圖2 抗沖生物毯結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 生態(tài)水利在壅水工程中的應(yīng)用

汾河三期工程在主槽內(nèi)設(shè)1#、2#兩座壅水閘壩，形成兩座蓄水池，兩座閘壩均由兩跨液壓壩和一組壅水閘組成。天然河道內(nèi)設(shè)置壅水建筑物要既能滿足行洪要求，又能達(dá)到蓄水目的，本工程中采用液壓壩及壅水閘組合方式，既能底孔沖砂減少淤積，又能快速升降實(shí)現(xiàn)快速泄洪。液壓壩中間無閘墩，過流能力大，二級平臺較寬，景觀效果好。通過閘壩工程，既實(shí)現(xiàn)了防洪、蓄水、游船通行的水利功能，也完成了兩岸的景觀建設(shè)。

3.3 生態(tài)水利在排水工程中的應(yīng)用

外界環(huán)境輸入到水體中的污染物超過其環(huán)境容量及水體自凈能力是造成城市水環(huán)境污染的主要原因。汾河三期工程兩岸各建設(shè)排污箱函12 km，共24 km排污箱涵將景區(qū)上游20 km已建成段沿線所有雨污泵站、邊山支溝、城市管網(wǎng)內(nèi)的污水接至三期工程末端，控制城市水環(huán)境污染負(fù)荷的輸入量。為保障汾河兩岸生態(tài)環(huán)境，24 km的箱涵工程將汾河三期工程排水系統(tǒng)的定位從防澇減災(zāi)和排污減害逐步轉(zhuǎn)向污水的資源化利用轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)城市污水再生、回用及暢通城市水循環(huán)的作用，從而恢復(fù)健康的水循環(huán)和良好的水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“截污、治污”，維持水資源的可持續(xù)利用。

4 展望

汾河三期通過一系列生態(tài)水利工程的建設(shè)，河道的整治及設(shè)壩蓄水，可形成1 450萬m3的蓄水量、440萬m2的蓄水面積以及180萬m2的綠地、可以有效地改善工程沿線的生態(tài)環(huán)境。人類文明的起源和發(fā)展離不開河流，古老的河流源遠(yuǎn)流長，造就了各方水土各方文明。隨著現(xiàn)代社會城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，為滿足人民群眾日益增長的物質(zhì)文化需求，希望越來越多的水利工程可以在滿足水利功能的同時(shí)重視生態(tài)的建設(shè)，賦予水利工程生態(tài)建設(shè)、景觀建設(shè)等劃時(shí)代的標(biāo)簽。