韋余廣

(杭州市余杭區(qū)農(nóng)村水利管理站，浙江 杭州 311100)

河道治理是傳統(tǒng)水利的主要內(nèi)容。河道治理理念從過(guò)去的直線化、硬質(zhì)化模式，已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹拥郎鷳B(tài)治理模式[1]。生態(tài)護(hù)岸是河道生態(tài)治理中一項(xiàng)重要工程性措施，其顯著特點(diǎn)是擁有滲透性的自然河床與河岸基底，豐富的河流地貌，可以充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)功能[2]。本文通過(guò)分析船行波對(duì)河道岸坡的影響，進(jìn)而結(jié)合實(shí)例提出了一種改進(jìn)型松木樁生態(tài)護(hù)岸形式。

1 傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸

松木樁護(hù)岸是河道生態(tài)護(hù)岸中普遍采用的一種工程性措施[3-4]。傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸形式(見圖1)，其往往關(guān)注的重點(diǎn)是河岸穩(wěn)定、河道景觀以及坡面水土防治問(wèn)題[5],但由于缺乏必要的防沖刷設(shè)計(jì)，在通船河道中，傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸的河岸受船行波沖刷影響較大，河道岸坡被掏空或坍塌的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)對(duì)河道水質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大影響。因此，在通船河道在設(shè)計(jì)松木樁護(hù)岸時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際充分考慮船行波對(duì)河道岸坡沖刷的影響。

圖1 傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸形式

2 船行波破壞性分析

船行波是船舶在河道中航行時(shí)所激起的一種水面波動(dòng)。船舶航行時(shí)，河道岸坡承受下列三種綜合因素的作用：即船舶與岸坡之間的水體以一定流速向后流動(dòng)、船舶與岸坡之間的水位陡然下降和船舶航行時(shí)激起的船行波[6]。船行波的破壞性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是水流對(duì)河岸的沖刷，包括水體向后流對(duì)河道岸邊的沖刷，以及水位陡然下降形成的水流對(duì)河道岸坡的沖刷；二是波浪對(duì)河岸的拍打作用對(duì)河岸坡腳的沖刷掏空。船行波會(huì)破壞河岸，造成河岸坍塌、岸土流失等一系列作用[7]。結(jié)合多種情況下對(duì)航道破壞原因的分析表明，船行波是破壞航道堤岸最主要的因素。尤其是對(duì)于較狹窄的內(nèi)河航道或人工運(yùn)河，船行波會(huì)對(duì)河岸產(chǎn)生較強(qiáng)的掏刷作用，造成嚴(yán)重后果[8]。

3 計(jì)算船行波影響范圍

3.1 船行波計(jì)算公式

船行波計(jì)算公式采用《確定波浪對(duì)海、河建筑物與岸坡作用的技術(shù)規(guī)范》，具體船行波各計(jì)算公式如下。邊坡上的波壓力分布圖(見圖2)，船行波的擴(kuò)散波和橫波波高的計(jì)算式(1)為：

圖2 邊坡波壓力分布圖

(1)

式(1)中：v為河道中的船行速度，m/s；β為系數(shù)，由式(2)確定。

(2)

船舶在河道的中線航行，船行波在邊坡附近的波高計(jì)算由式(3)確定。

(3)

式(3)中：B0為計(jì)算靜水位時(shí)的河道水面寬度，m；l為船長(zhǎng)，m。

船行波波長(zhǎng)的計(jì)算公式見式(4)。

(4)

式(5)為船行波在邊坡上的爬高。

(5)

h0c=0.85hHc為從計(jì)算凈水位算起的船行波沿斜坡的回落高度，其中hHc為船行波在邊坡上的爬高，m。

3.2 計(jì)算初始條件的選定

杭州西溪濕地公園三期內(nèi)船行河道采用傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸形式，水深2～3 m，濕地內(nèi)多為淤泥質(zhì)土、軟粘土等軟土，細(xì)顆粒含量較高。在游船行進(jìn)產(chǎn)生的船行波作用下，河道岸坡產(chǎn)生了水土流失，對(duì)岸坡周邊植被和岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。根據(jù)該濕地公園現(xiàn)狀調(diào)查，各初始參數(shù)(見表1)。

表1 河道及船只參數(shù)

3.3 船行波影響范圍確定

根據(jù)上述船行波計(jì)算公式及計(jì)算條件，計(jì)算結(jié)果(見表2)。

表2 船行波作用計(jì)算結(jié)果

4 改進(jìn)型松木樁護(hù)岸形式——以杭州西溪濕地三期為例

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，船行波對(duì)杭州西溪濕地公園三期河道護(hù)岸的沖刷作用較為明顯。為有效防止船行波對(duì)河道護(hù)岸的沖刷，必須對(duì)原有松木樁護(hù)岸形式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，既能滿足河道岸坡自然和生態(tài)需求，同時(shí)又能防止河道岸坡受沖刷導(dǎo)致的水土流失。由表2可見，杭州西溪濕地公園三期河道船行波沿坡面向上爬行幅度為0.45 m，下潛深度為0.38 m。結(jié)合以上分析數(shù)據(jù)對(duì)原松木樁護(hù)岸進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。改進(jìn)型松木樁生態(tài)護(hù)岸形式主要內(nèi)容為：利用松木樁作為支檔結(jié)構(gòu)，在船行波沖刷范圍內(nèi)采用竹籬笆、土工布和石子作為船行波沖刷的緩沖隔離帶，有效消除船行波對(duì)河道岸坡的沖刷影響，具體形式(見圖3)。

圖3 改進(jìn)型松木樁生態(tài)護(hù)岸形式

(1)整體采用臺(tái)階式松木樁設(shè)計(jì)布局，有效防止船行波引起的水位上、下掏刷影響；

(2)臺(tái)階式松木樁間距為0.25 m左右，在松木樁與松木樁之間以及松木樁與岸坡之間，分層設(shè)置素土和石子等填料(0.25 m厚素土、0.25 m厚石子)，頂層種植水生植物；同時(shí)，在松木樁與填料間設(shè)置竹籬笆；

(3)為避免小石塊和細(xì)顆粒土體受水流沖刷時(shí)的水土流失，在竹籬笆與填料間設(shè)置土工布，起到反濾作用。

杭州西溪濕地公園三期根據(jù)上述改進(jìn)型松木樁護(hù)岸形式對(duì)原有河道傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸實(shí)施了改造治理，并已投入使用。從近年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行效果看，改造治理后的河道未出現(xiàn)一處因船行波沖刷造成的岸坡掏空或坍塌現(xiàn)象，且河道水質(zhì)也得到顯著改善。

5 結(jié)語(yǔ)

從杭州西溪濕地公園三期實(shí)例看，改進(jìn)型松木樁護(hù)岸具有較好的防沖刷能力，且實(shí)際施工工藝簡(jiǎn)單，施工材料均為普通常見材料，主要包括松木樁、石子、竹籬笆、土工布等，在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制松木樁間距，一般宜在0.25 m左右，同時(shí)在松木樁與石子之間設(shè)置竹籬笆，保證回填石子不下滑，減少船行波的沖刷影響。改進(jìn)型松木樁護(hù)岸較傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸在造價(jià)為傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸的兩倍左右。

相比傳統(tǒng)松木樁護(hù)岸，改進(jìn)型松木樁生態(tài)護(hù)岸具有較好的防沖刷能力，既可以達(dá)到河道生態(tài)護(hù)岸的效果，同時(shí)又能有效降低船行波對(duì)河道岸坡的沖刷影響，對(duì)開展河道生態(tài)治理具有一定借鑒意義。由于受不同條件影響，應(yīng)結(jié)合實(shí)際合理選擇河道護(hù)岸斷面結(jié)構(gòu)形式。