（水利工程专业论文）雅鲁藏布江日喀则市城区段防洪工程方案优化研究.pdf

原创性声明 i i i i i i i i i l i i i i i i i i i i l i i l h i i l l l l y 17 910 6 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 弓移私衩 日期：砂汐j - 旷 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：；召锄弧导师签名：矽嘭桕 日期：砂户，厂旷 vi l 山东大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 1 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外防洪工程现状3 1 3 本论文研究内容与方法1 5 第二章雅鲁藏布江日喀市段城区段防洪工程概况1 8 2 1 工程位置1 8 2 2 流域、自然地理概况1 8 2 3 工程地质及水文地质1 9 2 4 社会经济情况2 1 2 5 工程现状及存在问题2 2 2 6 工程建设的必要性2 3 2 7 设计洪水：2 4 2 8 工程任务2 5 2 9 主要工程内容2 6 2 1 0 施工条件及进度2 6 2 1 1 其它2 6 第三章雅鲁藏布江日喀市段城区段防洪工程堤线优化布置2 8 3 1 当地自然环境状况2 8 3 2 生态环境状况2 8 3 3 工程布置原则3 0 山东大掌硕士学位论文 3 4 堤线布置方案优化研究3 l 第四章雅鲁藏布江日喀市段城区段防洪工程堤岸防护优化设计4 0 4 1 堤身状况4 0 4 2 建设条件4 1 4 3 河道水力要素4 5 4 4 护坡方案优化研究4 5 4 5 护脚方案优化研究5 6 4 6 稳定计算方法6 4 第五章结论与展望6 9 5 1 结论6 9 5 2 展望7 l 参考文献7 3 致谢7 7 附图 1 日喀则市城区段防洪工程堤线布置比较图 2 山东大学硕士掌位论文 摘要 随着经济的不断发展，城市化规模的日趋扩大以及社会财富积累的日益增长，城 郊( 区) 河道一旦遭遇洪水灾害，造成的经济损失将是巨大的，因此，构筑城市完整 的防洪体系，使防洪工程建设与区域经济发展相协调，以适应城市发展和经济发展的 需要，实现可持续发展是十分必要的。 不同河道的整治目的不同，在不同时期整治的方法和措施也是不同的。修筑堤防 是河道整治的主要措施之一，目的是防止河水、湖水、海潮的漫溢造成灾害。护岸控 导是保护河岸及控导水流有效途径之一。目前，在河道治理理念中，有传统的治理理 念和生态治理理念，传统的河道治理对自然河流实施控制，在堤防布置上常采用裁弯 取直、堵塞汉道等方式，在堤岸防护上常采用浆砌石或干砌块石护坡、现浇混凝土护 坡或预制混凝土块体护坡等，以保护堤防的稳定；生态治理理念是在堤防布置时顺应 河势，因河制宜，保留河滩和弯道，恢复河道的天然形态，在堤岸防护上，常采用生 物护坡，利用植被涵水固土原理在稳定边坡的同时进行边坡生态恢复的技术。无论传 统的治理方式还是生态治理方式，都有其自身的优缺点，都应根据各自工程所处的地 理环境及工程特点等综合分析，选取适合自身的治理模式。 本论文结合雅鲁藏布江日喀则城区段的河道现状特征，尊重自然规律，通过对工 程区生态环境、施工条件、城市发展规划等情况综合分析，拟定了3 种堤线布置方案， 从方便施工、保护生态环境，遵循可持续发展等因素考虑，进行优化比选，提出合理 的堤线布置方案。 对生物护坡的原理、效应以及其优缺点作详细的分析，结合当地的地理环境、气 候、植被生存现状等情况，进行了生物护坡和工程护坡的对比，结合本工程的实际情 况，提出了采用生物防护的局限性和风险性，推荐采用工程防护措施。同时，从当地 建筑材料供应情况，施工难易情况、方便管理以及节省投资方面，选择了4 种护坡方 案和5 中护脚方案进行技术、经济优化比选，推荐采用钢筋笼砌石结构的护脚方案和 山东大学硕士学位论文 浆砌石结构的护坡方案，该方案经济合理、技术可行，符合当地实际情况。研究成果 为本工程的治理提供了可靠的依据。 关键词：防洪堤线布置堤岸防护方案优化 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h es c a l ea n dt h ei n c r e a s i n gu r b a n i z a t i o n o fs o c i a lw e a l t ha c c u m u l a t i o n ，o n c et h es u b u r b a na r e a s s u f f e rt h ee x c e e ds t a n d a r df l o o d ， t h ee c o n o m i cl o s s e sw i l lb eh u g e a c c o r d i n g l y , i ti su r g e n t l yn e c e s s a r yt ob u i l dt h e i n t e g r a t e du r b a nf l o o dc o n t r o ls y s t e mi no r d e rt oa d a p tt h eu r b a nd e v e l o p m e n ta n dt h en e e d o fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h ed i f f e r e n tp u r p o s eo fr i v e rc o u r s er e g u l a t i o n ，t h ed i f f e r e n tr e g u l a t i o nm e a s u r e sw i l l u s e t ob u i l dl e v e e si so n eo ft h em a i nr i v e rr e g u l a t i o nm e a s u r e s ，t h eg o a li st op r e v e n t r i v e r s ，l a k e sa n dt i d a lw a v eo v e r f l o w i n g a tp r e s e n t ，t h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tc o n c e p t a n de c o l o g i c a lm a n a g e m e n ti d e a ，a n dt h et r a d i t i o n a lc h a n n e lm a n a g e m e n to fn a t u r a lr i v e r l e v e ec o n t r o lo f t e nu s e si nd e c o r a t i n go nt h es t r a i g h t ，ja r l li nt h eb a n kp r o t e c t i o n ，a n di n m o r t a rl a y i n gs t o n e ss l u r r yp r o t e c t i o n ，s t o n eb l o c k so rd r y l a i ds t o n ec o n c r e t ep r e f a b r i c a t e d c o n c r e t eb l o c k p r o t e c t i o no rt op r o t e c te m b a n k m e n ts l o p e t h es t a b i l i t y , e c o l o g i c a l m a n a g e m e n ti d e ai sd e c o r a t e di nt h ee m b a n k m e n tw i t hr e g i m e ，b e c a u s eo ft h eo r g a n i z a t i o n ， r e t a i nt h eb e a c ha n dc o m e r s ，r e s t o r en a t u r a lf o r m so fr i v e r si nt h eb a n kp r o t e c t i o nb yu s i n g b i o l o g i c a lr e v e t m e n t ，a n dt h ep r i n c i p l eo fs o i lw a t e rs o l i dc u l v e r tv e g e t a t i o ni nt h es l o p e s t a b i l i t yo fs l o p ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ns i m u l t a n e o u s l y h o w e v e r , w h e t h e rt h et r a d i t i o n a l m a n a g e m e n tm o d eo rt h ee c o l o g i c a lm a n a g e m e n tm o d e ，i th a si t so w na d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s ；m o r e o v e r , t h es u i t a b l em a n a g e m e n tm o d es h o u l db es e l e c t e da c c o r d i n gt o t h e i rr e s p e c t i v ep r o j e c to fg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n ta n de n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c s t h ed i s s e r t a t i o nt a k e st h ec u r r e n tc h a r a c t e r i s t i co ft h eu r b a ns e c t i o no fr i k a z ec i t yo f y a l u t s a n g p ur i v e ra sc a s e s ，a n dt h r e ef e a s i b l es c h e m e so nl e v e e sl i n e sl a y o u ta r ep r e s e n t e d b a s e do nt h ee x i s t i n gc o n d i t i o n so fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，t h ec o n s t r u c t i o no ft h eu r b a n d e v e l o p m e n tp l a n n i n g ，e t c a n dt h e nt h ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o nt ot h ea b o v es c h e m e s a r ep e r f o r m e d f i n a l l yt h es a t i s f a c t o r ys c h e m eo fl e v e e sl i n e sl a y o u ta r ep u tf o r w a r d f u r t h e r m o r e ，t h ec o m p a r i s o no fb i o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n ga n dp r o je c t 厂 山东大掌硕士学位论文 s l o p ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n gi s c a r r i e do u t ，t h el i m i t a t i o na n dr i s ko fb i o l o g i c a l s l o p e p r o t e c t i o ne n g i n e e r i n ga r ed i s c u s s e d ，a n dt h ep r o j e c ts l o p ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n gi s c o m m e n d e da st h eo p t i m a lm e a s u r e s a tt h es a m et i m e ，f r o mt h ev i e w p o i n to fl o c a l b u i l d i n gm a t e r i a l ss u p p l y , e a s ys t a t u s ，c o n v e n i e n tc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n ta n di n v e s t m e n t s a v i n g ，t h ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o nt ot h ef o u rs l o p ep r o t e c t i o ns c h e m e sa n df i v es l o p e l o o t sp r o t e c t i o ns c h e m e sa r ep e r f o r m e d ，a n dt h es c h e m eo ft h er e i n f o r c i n gc a g em o r t a r l a y i n gs t o n e ss t r u c t u r eo fs p a t sa n ds t r u c t u r eo fr e v e t m e n ti sr e c o m m e n d e d t h i ss c h e m ei s f e a s i b l ei nt e c h n o l o g ya n de c o n o m y , a n di ts u i t st h el o c a la c t u a lc o n d i t i o n r e s e a r c hr e s u l t s p r o v i d et h er e l i a b l eb a s i st ot h i sp r o j e c t k e yw o r d s ：f l o o dc o n t r o l ，l e v e el i n e sl a y o u t ，l e v e ep r o t e c t i o n ，s c h e m e so p t i m i z a t i o n 2 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 洪水是一种自然水文现象，当洪水威胁到人类安全和影响社会经济活动并造成损 失时，就成为洪水灾害。1 9 3 1 年的长江、淮河大水，水灾遍及全国1 6 个省，灾情最 重的长江中下游及淮河流域湘、鄂、赣、浙、苏、鲁、豫、皖8 省，农田受淹面积9 7 3 万公顷，受灾人口5 1 2 7 万人，死亡2 2 万多人。1 9 5 4 年的长江、淮河大水。长江中下 游受淹农田3 1 7 万公顷，受灾人口1 8 8 8 万人，死亡3 万余人，淮河全流域农田成灾 4 0 8 2 万公顷。1 9 9 1 年淮河、太湖流域大水，受淹耕地4 0 1 万公顷，受灾人口5 4 2 3 万人，倒房1 9 6 万间。1 9 9 6 年珠江、长江、海河大水。该年全国各省( 区、市) 均不 同程度受洪涝灾害，一半以上省( 区) 严重受灾，全国有3 1 1 个县以上城市进水，洪 涝成灾面积1 1 8 2 3 3 万公顷，受灾人口2 6 7 亿人，直接经济损失2 2 0 8 3 6 亿元。1 9 9 8 年：长江嫩江、松花江、珠江、闽江等流域大水。农田受灾面积2 2 2 9 万公顷，成灾 面积1 3 7 8 万公顷，死亡4 1 5 0 人，倒塌房屋6 8 5 万间，直接经济损失2 5 5 1 亿元。 2 0 世纪以来的国外特大洪水灾难有：1 9 2 7 年美国密西西比河下游洪水，淹没土 地5 1 8 万公顷，7 0 多万人背井离乡，死亡2 0 0 多人，1 3 5 万建筑物倒塌；1 9 4 4 年孟 加拉国发生特大洪水，淹没了孟加拉国一半以上的土地，淹死、饿死3 0 0 万人，震惊 世界。1 9 5 3 年1 月，欧洲发生的北海洪水，造成比利时和荷兰1 8 0 0 多人死亡。2 0 0 2 年8 月，欧洲又遭遇罕见的洪灾，洪水袭击许多国家，造成近百人死亡，财产损失1 5 0 多亿美元n 1 。 洪涝灾害是自然灾害中损失最严重的灾害之一，随着社会经济的发展和城市化进 程的加速，洪水所造成的损失越来越大。这将促使人类重新思考如何面对洪水，如何 学会与洪水长期共处。但是洪水又具有两面性，它既是一种造成灾害的自然现象，又 山东大学硕士学位论文 是保持自然生态平衡所不可缺少的生态过程。人们应当做的是在谋求社会经济发展的 同时，如何尽量减少洪水所造成的灾害损失，而又尽力保持洪水在自然生态环境中所 能发挥的洗涤、净化、补充地下水、维持湖沼。改良土壤等重要而有益的作用。 防洪工程是为控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。人类与洪水斗争的 历史悠久，早先是避开洪水，选择高地而据，随着人类的繁衍和社会生产力的发展， 人类开始寻求各种方法防御洪水，先后出现了堤防工程、分洪工程、干、支流水库群 工程等防洪体系。目前，防洪工程措施主要包括修筑堤防、整治河道、修建水库、开 辟分洪区等。修筑堤防整治河道目的是将洪水约束在河槽里，并顺利向下游输送；修 建水库是为了控制上游洪水来量，调蓄洪水、消减洪峰；开辟分洪区是为了保护下游 重点地区，使超过水库、堤防防御能力的洪水有计划向分滞洪区分流，从而达到保护 下游地区安全的目的。 一条河流或一个地区的防洪任务，通常由多种措施相结合构成的工程系统来承 担。工程的布局是根据自然地理条件，洪水、泥沙特性，社会经济，洪灾情况，本着 除害与兴利相结合，局部与整体统筹兼顾，蓄泄兼筹，综合治理等原则，统一规划。 堤防工程是举世公认的防御洪水最普遍、最有效的工程措施。堤岸防护工程是堤防工 程的重要组成部分。堤岸防护有生态措施和工程措施，生态措施是利用生物、植被涵 水固土原理在稳定边坡的同时进行边坡生态恢复的技术。工程措施是利用石块、混凝 土等进行边坡加固。工程护岸有块石护岸、混凝土护岸、埽工护岸、桩式护岸等方式， 护脚有砌石护脚、混凝土护脚、石笼护脚、沉枕护脚、沉排护脚等。 由于不同河道所处的地理环境不同，因此堤防布置上除了考虑经济合理性外，还 应考虑环境影响、生态保护和施工条件等因素。堤防防护方面应根据当地的地理气候 条件、天然建筑材料储备情况以及堤防自身的特点，选择适合本工程的防护措施。 1 1 2 研究的意义 传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制，并多数河道采取裁弯取 2 t l a 东大学硕士学位论文 直，这样的结果是河道形式单一、生硬呆板，破坏了两岸的生态，与城市的发展极不 适应；现在的河道治理应尽量维持河道、地表植被的天然形态，在河道形态上宜弯则 弯，宜宽则宽；尽量采用利用自然、接近自然的工程方法，减少工程对当地环境的影 响，最大范围的保护生态或改善生态。 传统的护脚和护坡上常采用浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡或预制混凝土 块体护坡等，其缺点主要在于，它仅仅从满足河道边坡的稳定性，对当地的生态改善 作用不大。目前又提出新的护坡理念，即利用植被稳定边坡、改善生态环境防护的方 式在生态学上称为生态护坡n 1 。它利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在 坡面构建一个具有自生长能力的功能系统，通过植物的生长活动和其它工程措施进行 边坡加固。它除了稳定边坡，还可以涵养水源、减少水土流失，有效地净化空气、保 护生态、美化环境，具有很强生态效益。但生物护坡的条件是必须满足生物的存活， 即要满足植物的生态习性，包括气候生态条件、土壤生态条件、生物生态条件等。如 果特殊地理气候条件下，一味的采用生态护坡，生物的存活风险较大，堤防的安全稳 定也受到威胁。 因此，应该根据工程所处地理气候条件，分析本工程的特点，结合常规的河道治 理工程，在实现水利工程传统功能目标的同时，兼顾当地社会经济发展规划，从多目 标出发，把生态理念和防洪技术应用于河道整治工程，改进堤防工程布置和护岸设计 方法，实现传统水利向现代水利、向可持续发展水利的转变，创建水利与生态系统保 护和发展目标的双赢，促进人水和谐。 1 2 国内外防洪工程现状 1 。2 1 国外防洪工程措施及护岸现状 ( 1 ) 防洪工程措施 国外的防洪措施主要分为疏、防、拦、分、排等措施d 1 。 疏 1 山东大学硕士学位论文 疏主要指疏浚河道，包括河道清淤、清障、裁弯取直、改道或加大河道断面等。 如1 8 6 9 年苏伊士运河的开挖，1 9 2 1 年美国密西西比河干流下游中段的裁弯取直以及 前苏联的外高加索等地区的河流的疏浚和裁弯取直工程，都改变了河道的比降或断 面，提高了河道的泄量。 防 防主要指河道两岸建防洪堤，防洪堤在国外有洪水灾害的国家都有，印度已建 1 5 7 万k m 防洪堤，美国仅密西西比河就建堤防8 0 0 0 k m 。 拦 拦指修建水库或分滞洪区拦蓄洪水，美国有5 6 万座水库，日本自1 9 6 0 年来建 2 5 座多功能水库。 分 分指开辟分洪道，保护或减轻重点保护区的防洪压力，1 9 6 8 年加拿大开辟了4 7 k m 的雷德河分洪道，美国常在经济发达地区或城市开辟“非常分洪道”。 排 排主要指建排水系统，起到防洪除涝的目的。罗马水道是世界上最早的排水水道 之一，罗马城利用岩石衬砌的渠道系统，将城市暴雨径流排走。 每一种防洪工程措施都有一定的限度，因此每一个地区或河流的防洪任务都采用 综合治理，由多种工程措施结合，构成一个防洪体系来完成。 日本四面临海，台风引起暴雨和梅雨季节降雨是形成洪水的主要原因。日本岛内， 河流的特点是河短坡陡，峰高流急，容易发生大洪水。针对这种情况，日本现已建成 堤防1 0 5 万k m ，己建和在建水库5 0 0 余座，另外还有数目众多的贮水池、堰、闸等， 形成了完整的防洪工程体系h 1 。 美国地广人稀，土地辽阔，有密西西比河、可罗多河、布拉索斯河等大的河流水 系，江河洪水较为严重。美国海岸线长，沿海地区受飓风、台风及地震的影响，风暴 4 山东大学硕士掌位论文 潮、海啸灾害也比较严重，美国受洪水威胁的面积约占国土面积的7 0 ，在防洪工 程中，美国几乎所有适于建坝的河流上都建有水坝，用于灌溉、防洪、发电和航运畸1 。 在沿河筑路工程中采用了生物工程护岸。这种生物工程护岸是应用编织袋装土，重建 河岸表面，保护原有的河岸植被，维护土地的湿度，满足环境法规1 。美国堤防防洪 标准相对较高，普通堤防一般为5 0 年一遇，重要堤防为1 0 0 ，- - 2 0 0 年一遇，重要城 市的防洪标准达到3 0 0 - - - 5 0 0 年一遇。而水库防洪标准一般为5 0 0 年一遇，相对我国 大型水库千年一遇的防洪标准，美国的水库防洪标准则相对较低口1 。 荷兰是世界上著名的“低地之国”，3 8 的土地低于海平面，因此是世界上遭受 洪水、海啸、大潮最为严重的国家。同时，荷兰在治理水灾方面也颇有建树。荷兰人 建造了举世闻名的两大水利工程：一是北部拦海大坝和须得海围海造田，二是南部三 角洲水利丁程。荷兰沿海修建的防护堤总长1 8 0 0 k m 。1 9 9 3 年和1 9 9 5 年莱茵河和默 兹河的大洪水，给荷兰造成了很大的影响。荷兰在大洪水后，不断提高河堤防洪标准， 现在6 0 0k m 的河堤进行加固，河堤必须抵御1 2 5 0 年一遇的洪水1 。 德国有4 0 万k m 长的河流。在防洪工程设施中，防洪堤坝和防洪墙的总长度为 7 5 0 0 k m ，有5 0 0 多个山地水库和较大的蓄洪区，总容量为l o 亿m 3 。河流两岸建堤筑 坝，每次洪水过后都要加高和加固，并进行日常的维护。德国还通过修建分蓄洪区和 水库，来防止洪涝灾害，一方面考虑远距离保护区而设计长期蓄洪区，另一方面要考 虑短距离保护区而设计短期蓄洪区3 。 、 ( 2 ) 堤防护岸 护岸工程是防洪工程的重要组成部分，随着社会的发展和对生态环境的要求，人 们开始对护岸工程也有了进一步的认识和发展。国外在治理河道方面，近一个世纪以 来从单一的工程措施向生态多重技术转变，从强调工程工事向生态自然修复转变，使 河流生态环境具有生命力且与人类生活的和谐共存n 们。 1 9 3 3 年德国s e i f e r t 首先提出“亲河川整治”概念。2 0 世纪5 0 年代，德国正 山东大掌硕士掌位论文 式创立了“近自然河道治理工程学”。1 9 6 2 年h t o d u m 提出将生态系统组织行 为运用到工程之中，提出“生态工程”1 9 6 5 年德国在莱茵河用芦苇和柳树进行了生 物护岸实验。1 9 7 1 年，s c h l u e t e r 认为河流近自然治理首先要满足人类对河流利用的 要求。同时要维护或促进河流的生物多样性网“盯。2 0 世纪7 0 年代末瑞士州河j i i 保护局建设部的c h r i s t i a ng e l d i 将德国b i t t m a n n 生物护岸法丰富发展为“多自然 型河道生态修复技术”，拆除混凝土护岸，改修成柳树和自然石护岸给鱼类等提供生 存空间，直线形河道改为具有深渊和浅滩的蛇形弯曲的自然河道，让河流保持自然状 态。1 9 8 3 年，b i d n e r 提出河流整治首先要考虑河道的水力学特性、地貌学特点与河 流的自然状况，以分析河流整治状况与生态系统的相互影响目。1 9 8 5 年h o l z m a n n 、 r o s s o l l 等人研究表明。河岸植被是小生态环境的多层结构强调生态多样性以及工 程治理要具有植物化和生命化的原理n 。1 9 8 9 年，p a b s t 提河流的自然特性要依靠 自然力来恢复，强调生态自然修复的能力n 幻。1 9 9 2 年，h 0 1 z m a n n 从维护河流生态系 统平衡的观点出发，认为河流生态治理要维持河流生态环境多样性、物种多样性及河 流生态系统平衡n 3 1 。 从上世纪7 0 年代开始，发达国家科技界和工程界针对水利工程对于河流生态系 统产生的负面影响，提出了如何进行补偿的问题，在此基础上产生了河流生态恢复的 理论与工程实践。河流的生态工程在德国称为“河川生态自然工程”，日本称为“多 自然型建设工法”，美国称为“自然河道设计技术”。与之相对应，一些发达国家在 河道整治工程和堤防工程设计施工规范中增加了有关河流生态建设的内容，或者颁布 了专门的河流生态工程设计导则。 美国陆军工程师团于2 0 0 0 年4 月发布的堤防设计与施工( 工程师手册) ( e m 1 11 0 - 2 1 9 1 3 ) ，在第八章几个特殊问题里，专门提出了堤防植被管理问题，提出“为 了防护、美观以及保护自然资源，堤防及其周围的植被( 树木、灌木、草) 也是设计 中应该考虑的重要部分。只要不削弱堤防系统的完整性及其功能，不妨碍堤防的运行、 6 山东大掌硕士学位论文 维护以及抗洪能力，植被可以结合在堤防系统中。一个包括有结构工程师、地基工程 师、植物学家、规划师的多学科队伍参与评估植被设计或建议”。2 0 0 1 年1 月发布了 防洪墙、堤防和土石坝景观植被和管理导则。在总则中阐述了植被的目的在于保 障自然环境和人居环境的和谐统一，对结构进行加固，控制沙尘和侵蚀，提供隐蔽场 所或消除不满足需求的特征，为野生动物提供临时的栖息地，创建一个舒适的娱乐环 境等。在导则中，规定了不应进行植被和避免植物根系发育的区域，以保障建筑物的 安全。如在堤防的内外坡脚，均不允许进行植被，但植草可以例外，这样在维护和抢 险时，可以方便快速到达该区域。对景观植被规划中所选择的植物根系特性必须有清 晰的了解，要说明对所选择植物的种类、栽培变种、无性系等充分认知的重要性，以 保障植物根系不会穿过无根区n 钉。 荷兰1 9 9 1 年发布的河道堤防设计导则的总则中，提出了“综合设计 的概 念。该设计方法强调应尽可能服从环境要求，密切注意风景、历史文化和生态环境。 在概要中，说明了设计的基本出发点，即主要考虑防洪安全措施，堤防的管理和维护， 风景、历史文化和生态环境及有关费用问题。在第二章设计出发点，提出”设计堤防 断面应满足的要求可归纳为以下几点：堤防应满足规定的防洪要求，又易于管理和维 护；同时还需满足风景、历史文化和生态环境要求。从生态环境来说，河道区域也有 其特别之处。明显的特点之一是所谓“河谷植物 的特殊种类。河道区域野生植物中 约2 0 ( 2 5 0 种) 具有河区植物特征，8 ( 1 0 0 种) 主要局限于大河区域。坝坡上的 草地、灌木和堤防边缘的篱芭也具特色。再者，堤防排水沟、弓形湖以及侵蚀坑四周 的水生、浅滩和沼泽地植物也有很大的植物学价值。堤防内坡渗流出逸区域不应种植 树木，以防止形成集中渗流而发生渗透破坏。堤防前滩粘土覆盖层上不能出现因树木 深根、死树所形成的穿孔。作为堤防主要挡水部分的外坡、堤顶不应种植树木，以刺 激草皮的生长。如果需要，可在坝后反压平台上种植树木，但不应产生影响堤防挡水 能力的孔洞。如进行附加培土，可允许种植浅根灌木和低矮树( 如果树) 。深根和枝 山东大学硕士学位论文 叶茂盛的树木对堤防的安全非常不利，这是因为高水位期间，树根处的有效应力很低， 风的作用很可能使树木倾斜或完全倒塌，从而危及堤防安全“钉。 德国1 9 9 7 年1 1 月颁布的技术标准防洪堤( d i n l 9 7 1 2 ) ，考虑到最新的科学 知识和实践经验，这个技术规范包括了有关自然保护与生态环境方面的内容。提出： 在确定防洪堤安全标准时，对公共的利益，如自然景观、城建、社会方面的要求以及 河滩生态系统保护等也要予以考虑。在防洪堤纵向布置一节，提出“一个流畅的弯曲 变化的防洪堤纵向布置及多样变化的横断面有助于与自然风景相协调”。第1 2 章， 专门论述了植被的问题，“从防护目的出发，防洪堤应具有的功能对于植被规划具有 重要作用。相应地要对堤身和滩地进行规划和形态设计。这时要将防洪堤作为河流风 景的一部分来看待。如果河滩地上没有被河岸树林覆盖或没有其它的生态植被覆盖， 可作为绿地来加以利用。在充分开发利用的河谷地区，欠开发利用的防洪堤和河滩地， 对动植物提供了充分的生态空间，此区域内避免用作耕地”n 们。 日本在1 9 9 7 年颁布了建设省河川砂防技术标准( 案) 及解说，在其设计篇 有关河道护岸工程的设计一节，提出“护岸往往设置在重要的河边，周围有生态和自 然景观等环境，因此护岸应采用与周围自然景观协调的结构形式。当然，能够确保生 态和景观的护岸形式多种多样，可使用石头、木材、植被等。在设计新材料护岸时， 应确保水流作用下的结构安全。此时，并不要盲目地追求护岸的安全性和耐久性，以 致其余量偏大，而是选择能够适应河流长期演变的结构形式，与河滩地和丁坝组合在 一起保护护岸结构的安全，这才是勘察设计的目的 n 钉。 以下是国外一些河道治理的案例： 密西西比河2 0 世纪3 0 年代4 0 年代，在孟菲斯至雷德河码头之间裁弯1 6 处， 使该段河流泄洪能力增加2 8 0 0 m 3 s 2 2 6 0 0 m 3 s 。孟菲斯、海伦那、阿肯色城、维克斯 堡等站洪水位分别下降0 6 m 、0 6 m 、3 9 m 、2 1 m 。在7 4 0 k m 河段内航程共缩短2 7 4 k m ， 后来河道又有变弯趋势，为保护河岸，采用钢连杆串联的混凝土板护坡护堤。经多年 山东大掌硕士学位论文 实践，确认对防止堤岸冲刷崩塌有效，但造价高，故在次要河段上，仍用块石护岸。 此外，还修建了大量的丁坝和顺坝n 钉。上世纪7 0 年代，美国开始认识到以工程为主 导治理河流流域对环境的破坏性。随着这几十年的综合开发治理，密西西比河流域发 生了深刻变化，洪水己被控制，水源得到充分利用。重要的是河道两岸处处是绿色的 景象。 日本是生态设计用于水利工程较好的国家，在第九次治水五年计划中，将对 5 7 0 0 k m 的河流采用多自然型河流治理法进行整治，其主要采用植物堤岸、石头及木材 护底的自然河堤。其对河道生态设计的原则主要有以下五个方面“们： ( 1 ) 治水：主要通过修建护岸来实现； ( 2 ) 自然环境、生态系统的设置：主要通过水边绿化、设置生物的生长区域和 水质保护等实现； ( 3 ) 水边景观的设计：通过设置建筑物来保证与周围环境的和谐以及保证水边 景观的连续性、自然性： ( 4 ) 亲水空间的设计：通过水边的台阶、缆绳、绿地等设施来实现； ( 5 ) 循环型空间的设计：用木材、石头、砂子等天然材料的多孔性构造，控制 废料的产生，尽量避免未来发生的处理问题及二次性环境污染问题。 1 2 2 国内防洪工程及护岸现状 ( 1 ) 防洪工程措施 我国是洪灾频发的国家，全国约有2 3 的国土面积受到不同类型、不同程度的洪 ( 潮) 灾害威胁，这些地区多处于我国经济发达的平原地区，如长江、黄河、珠江中 下游及沿海一带。我国的防洪措施历史悠久，5 0 0 0 年前的尧、舜、禹时代就开始采用 挡水、疏导的方法防洪。目前我国已经形成堤防、水库、河道整治、分洪区等防洪体 系。 堤防是古今中外普遍采用并最行之有效的防洪工程措施。早在西周时期，就有修 9 山东大掌硕士学位论文 筑堤防的记载。我国现有堤防2 4 万多公里，其中长江、黄河等七大江河中下游堤防 1 7 万多公里。堤防工程保护着耕地3 2 2 0 万平方公顷，保护人口3 2 2 亿。堤防工程移 民少，投资少，因此，在防洪措施方面，从古到今深受人们偏爱。 水库也是防洪工程主要措施之一，利用水库拦蓄洪水，新中国成立以来，我国已 建各类水库8 5 万座，总库容5 8 0 0 亿m 3 ，在历次防洪斗争中发挥了巨大作用。例如， 黄河的小浪底工程大大缓解了黄河的防洪矛盾和压力，长江的三峡工程除了缓解长江 防洪矛盾和压力外，还具有发电、航运等功能。 河道整治工程即为稳定河槽，改善河流边界条件和水流流态采取的工程措施。主 要包括护岸工程、疏浚工程、裁弯及堵汊工程等。护岸工程主要是为了防止岸滩冲刷 采取的丁坝、矶头、平顺护岸等措施。疏浚工程主要为清除浅滩、暗礁等措施，改善 河道流态；裁弯及堵汊工程主要是扩大河道泄洪能力，缩短航程、集中水流等。从防 洪要求出发，河道整治工程一般与堤防工程统一考虑。新建或加高堤防、疏浚河道、 裁弯取直、堤防护岸等都是为了防洪安全。 分滞洪区，分滞洪工程是按照防洪地区的地理条件，有计划的利用低洼地区，建 设能蓄滞一定洪水量的分滞洪区。当洪水高峰超过河道安全泄量时，打开分洪闸，削 减洪峰，分滞一定量洪水，降低河道水位，当河道洪水位低时，再返洪回江河。我国 目前已在长江、黄河、淮河、海河已辟分洪区9 8 处，蓄洪量9 7 0 亿m 3 ，在防洪斗争 中起了很大的作用。 以上防洪措施虽然各有作用，但如单独使用，也有其自身的弊端，如：扩大河 槽、河道裁弯取直都能降低洪水位，增大本河段的泄洪能力；河道裁弯取直还可以缩 短航程，有的还能缓解弯顶淘刷和崩岸对堤防的威胁。但这些措施将增加其下游河段 的洪水流量、加大防洪负担。修筑河堤也有增大河道泄量的功能，将原来漫溢出去 的洪水控制在堤防限制的河槽内。这一方面减少了河段的调蓄容量，另一方面抬高了 洪水位，增大了水深，从而加大河道的流速和下泄流量。加高原有堤也能增大泄洪能 1 0 山东大掌硕士学位论文 力，但不适当的加高堤防，将增加堤防本身的风险度，增加下游防洪负担。开辟分洪 道，分洪入其他河流、湖泊、洼地、海洋都能降低其下游河段的水位、洪水流量，减 轻防洪负担。如分洪道绕过狭窄河段后又回归原河道，可降低狭窄河段的水位、洪水 流量，减轻防洪负担，但这些措施都可能改变沿途或承泄区的环境。因此在防洪规划 时要综合考虑，以免带来新的问题。 ( 2 ) 护岸工程 护岸工程又是保护江、河、湖、海堤安全的有效措施，主要是防止水流和波浪对 岸坡基土的冲蚀和淘刷造成的侵蚀、塌岸等现象。坡式护岸工程一般以枯水位为界分 为两部分，枯水位以上为护坡工程，以下称为护脚工程，护岸工程的原则是先护脚后 护坡n 引。 我国治水历史悠久，从公元前2 l 世纪的大禹治水至今已有4 0 0 0 多年的历史，相 应于经济社会发展水平和人类生活需要的不同阶段，治河在不同时期有不同的要求和 治理方式。1 9 4 9 年新中国成立前，河道治理处于防御阶段。是在适应自然水文条件下 进行的，河流防洪工程较少。2 0 世纪5 0 - - 7 0 年代，为了增加粮食产量，发生了“与 河争地”。采取了裁弯取直、消除滩地、缩窄河道，破坏了河流长期形成的自然形态。 2 0 世纪8 0 年代，河道治理处于防洪排污治河阶段。为了保护耕地、村屯、工矿企业 和道路设施等同时结合排污需要治理河道，制造了大量的矩形硬质河道n8 1 ，河道堤 防的护坡大都为传统的砌石、混凝土护坡。2 0 世纪9 0 年代初出现了生态护坡的概念。 1 9 9 1 年河道堤防管理部门开始注意到生态护坡。进入2 1 世纪，随着我国经济快速发 展，生态与环境恶化日益加重，特别是严重的水污染引发了新的治水理念变革，一些 能减少水污染、与自然环境和景观相适应的新型护坡不断出现，对生态护坡的研究也 不断深入。2 0 0 6 年，上海市编制了上海市河道生态整治导则“钉，对新一轮河道整 治提出了更高的要求，明确了上海市河道生态整治首先应遵循自然规律、经济规律和 生态规律，坚持以人与自然协调为本，同时依据国家及上海市河道综合整治相关规定， 山东大学硕士学位论文 以“安全、资源、环境、景观”四位一体的现代水利建设和管理思想为指导，河道整 治除采用现有的调水、截污、治污、疏浚、治岸等手段外，为顺应生态化的趋势，推 广生态工程措施在上海市河道整治中的应用。 我国常用的护岸工程主要有传统的护坡结构型式和生态护坡结构型式呦1 ，主要 有以下结构型式： 块石护岸 块石护岸是国内外最经常采用的防护结构，一般在己填好的堤坝土体外坡采用干 砌、浆砌、抛石等护坡。护脚也可用浆砌、干砌、抛石或其它材料结构防护，异或与 其它材料结构相混合使用的形式。 石笼护脚 石笼护脚也是防护工程常采用的结构，其优点是具有较大的体积，重量，抗冲性 强，柔韧性较好，能适应河床变形的要求，经常与抛石护脚结合使用。过去常用铅丝， 竹篾，荆条编笼，现在还采用土工网，土工格栅做成网格笼状物，内装有块石、卵石。 构成石笼。 沉枕护脚 沉枕体积重量均较大，稳定性好，且具有一定的柔韧性，能适应坡面、床面变形， 防护效果较好，汛期常用于抢护堤岸，坝岸出险。沉枕护脚包括柴枕及土工织物枕护 脚。 。 沉排护脚 沉排面积大，抗冲性强，有柔韧性，能适应坡面，床面变形，但造价较高，施工 技术比较复杂。沉排有柴排，土工织物软体排和铰链式混凝土板等。 埽工护岸 埽工护岸在我国具有悠久历史，过去在黄河，长江，永定河上被广泛采用，材料 主要为流( 秸，苇) ，石( 淤泥土) ，以层料，层石( 土) 铺垫，内外用桩绳盘结而成。 1 2 山东大学硕士学位论文 埽工有体质轻，可就地取材，施工快等优点，缺点是易腐烂，不耐久，只宜做临时性 工程。 混凝土护岸 8 0 年代以来混凝土块体开始用于堤岸护坡，护脚，发展速度很快。在石料缺乏， 价格又高的地区，修建防护工程的护坡己广泛采用预制混凝土块或现浇混凝土护坡。 特别是我国沿海地区，已采用各类大的混凝土异型块体，如四脚锥体，工字型，扭工 字型，格栅型等做海堤防护工程已有很多。 桩式护岸 桩式护岸通常采用木桩，钢桩，预制钢筋混凝土桩为主要材料。 生态护岸 对水浅流缓地段，堤岸防护工程的临水及背水坡面宜尽量采用草