小型水利工程规划设计中生态水利设计思路渗透思考_雷鸣.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6小型水利工程规划设计中生态水利设计思路渗透思考雷鸣，肖曾（荆州市水利水电勘测设计院，湖北 荆州 434020）【摘要】小型水利工程规划设计中，生态水利设计思路的渗透思考具有重要意义。通过分析小型水利工程中存在的防洪排涝能力较弱和湖水水质有待提升等主要问题，提出了生态护坡与缓冲带设计、小型湿地与生态廊道设计、入湖通道与底泥修复、截流沟与浮床设计等生态水利设计策略。同时，对效益进行了深入分析，强调了生态水利设计对于实现可持续发展具有重要作用。【关键词】小型水利工程；生态水利；环境保护【中图分类号】TV212【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0067-03图1生态护坡0引言淤泥湖位于湖北省公安县，该湖与多处村庄相连，水面面积为 18 km2，水深为 3 m，湖水容积量能够达到 3 100 万 m3。目前，淤泥湖存在多种生态问题，如堤防的安全性问题、河渠的淤积问题、水质问题等，这严重影响了当地水利工程的正常运行，制约了当地的整体发展。因此，要积极运用生态水利思维开展水生态环境修复工程，以确保淤泥湖整体水利工程与环境保护工作的协调开展。1主要问题分析1.1水利工程的防洪排涝能力较弱目前，淤泥湖有长 150 m 左右的堤防。然而，堤防普遍存在欠高问题，且欠高 0.6 m 左右。同时，堤坡的稳定程度不高，坡度较为陡峭，且一部分临近湖的堤防存在严重淘刷现象，导致其已经不能满足防洪的实际需求。此外，淤泥湖承纳了周边 6 处排渠，但是，位于淤泥湖入口的河渠存在严重的河道淤积问题，导致该位置的洪涝灾害触发概率迅速提高，对当地居民的人身安全造成极大威胁。1.2湖水水质有待提升目前，淤泥湖的湖水水质无法满足水功能区的水质标准，还需要进一步管控入河的污染物。同时，从河渠流入淤泥湖的水中，悬浮物的含量过高，受到入湖后流速降低的影响，悬浮物在入口位置大量堆积，不但不利于排洪，还会导致湖中污染物的排放量增加。并且，周围村庄的生活污水直接排放入湖中，当地缺少针对淤泥湖的污水收集系统与污水处理设备。除此之外，当地村户的厕所改造工程尚未完成，厕所废水、人类排泄物、禽畜粪便等直接排放于湖中，导致淤泥湖的水质遭到了进一步的污染1。近年来，当地对自然生态系统开发过度，导致淤泥湖中的生物多样性受到了破坏，鱼类种类逐渐减少，水生态系统受到了较大的影响，一部分湖体缺少水草的覆盖，不利于水质的自然调节。2生态水利设计策略2.1生态护坡与缓冲带设计建设长度为 40.15 km 的生态护坡。其中，在连通淤泥湖的孟溪两岸各设置长度为 20 km 的主排渠生态护坡（图 1），淤泥湖临水一侧设置长度为 0.15 km的湖堤。考虑多方面的需求设置生态护坡，如生态功能、生态景观、环境亲水性、施工效率、工程所用成本、工程质量等。依照水利治理经验，通过修建护坡与镇脚等方式，处理不符合要求的堤防。其中，镇脚为 C20强度的混凝土固脚脚槽，护坡由草皮与联锁式植生块组成。淤泥湖临水一侧边坡的坡比为 1:2，在日常水位的下方，设计联锁式植生块护坡，在日常水位的上方，设计草皮护坡。靠湖泊边界设计生态缓冲带，长度为 135 km，总低碳技术67DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.038LOW CARBON WORLD 2023/6图2小型湿地图3底泥处理过程面积达到了 41 万 m2。在设计的过程中，于淤泥湖内侧浅滩位置设计种植胸径为 0.1 m 的水杉，植株的行距为 4 m2。2.2小型湿地与生态廊道设计在小型湿地的设计方面，借鉴国外先进的前置库技术理念，使淤泥湖中的沉淀物、垃圾、泥沙等在小型湿地前置库中完成沉降，能够有效除磷、除氮，改善入湖水质。在本工程中，于湖中水质最差的区域设置了面积为 350 m2的小型湿地，如图 2 所示。为了避免人工湿地占地过大出现淤积问题，选用位于河渠下游且河道滩地面积较大的区域，开展人工湿地设计。为了确保湿地中的水流不产生堵塞，在湿地的上游处设置沉淀池，沉淀池方向与水流流向相反，并朝着上游的方向延伸 50 m。通过设计沉淀池，可以降低悬浮颗粒、有机物等物质在水中的占比，以满足水质标准，延长湿地的使用年限。湿地由15 m2 m 的小块湿地按照 34 的排列方式组成。为了确保排洪不受影响，湿地的深度设计为 1 m。小块湿地有垂直潜流型、表面流型、水平潜流型等，其互相连接组成整体小型湿地。采用浆砌石砌筑湿地的外部，小块湿地之间也用同样的砌筑方式分隔。在湿地的周围，利用土工布进行防渗处理，湿地的前方与后方设置出水管道，管道规格为 300，并设置网格直径为 10 mm 的过滤网。此外，垂直潜流型的湿地设置在高于出水管的位置，水平潜流型与表面流型湿地设置在低于出水管的位置3。在小块湿地的具体设置方面，垂直潜流型与水平潜流型湿地的坡降设置值为 1%，基质为砾石，厚度为 200 mm；表面流型湿地的坡降设置值为 0.5%，基质为厚粗砂（厚度为 100 mm）与后植被土（厚度为300 mm）。湿地的主要植物为芦竹。关于生态廊道的设计，其总长度为 150 m，位于渔场的湖堤位置。生态廊道由加高培厚的堤顶与临水植物等组成，总面积为 2 000 m2。2.3入湖通道与底泥修复依照湖泊生态现状，修复进入淤泥湖的通道，并建设水源涵养林。总修复与建设长度约为 20 km。入湖通道的修复主要为水渠清淤，在本工程中，从进湖的位置出发，朝着上游的方向进行清淤，清淤的长度与深度分别为 7.2 m 与 0.4 m。种植香樟树与栾树，建设水源涵养林。两种树的胸径均为 10 cm，种植位置分别为左岸、右岸的背水坡坡脚位置，排数为 1排，且树的种类每 0.5 km 更换一次。在湖泊的底泥修复方面，本工程依照生态现状，处理淤泥湖出湖位置 0.3 km2的底泥，底泥处理过程如图 3 所示。在底泥修复过程中，应管控底泥处理的深度，如果底泥处理深度过深，则会对湖底生态造成破坏，如果底泥处理深度不够深，则难以有效去除污染物。结合以上原则，设计底泥处理深度为 0.5 m。在本工程中，被清理的淤泥会运输到布料区域，沥干水分后，在作业面进行摊平、晾晒处理。在必要情况下，可在淤泥中加入速凝剂，加快其排水速度。达到设计要求后，被晒干的淤泥可用于工程部分位置回填，没有用到的部分转运至废渣场集中丢弃。2.4截流沟与浮床设计为了减少生活污水对水体造成的污染，需要在邻近居住区的位置设置生态截流沟。在本工程中，设计总长度为 1.7 km 的截流沟（图 4），材料为浆砌石，规格为 0.3 m0.3 m。在截流沟中，共计设计 17 个排水口和沉沙池。同时，在临湖的一侧，种植脱氮类植物，以确保湖水能够得到进一步净化，脱氮类植物的种植宽度被设置为 20 m4。水生生物主要生活在湖水中天然形成的岛屿位置，从而构建出了由动物、植物、微生物等组成的共生系统，这个系统能够有效优化湖水水质。然而，受到周围水体过度开发的影响，这些自然形成的岛屿数量逐渐减少，导致水体难以进行自我净化，且生态系统也遭到了破坏。建设生态浮床能够通过人工手段达到自然生态岛屿的效果。为此，需要在生态浮床中人工种植植物。在湖水生态中，植物能够吸收与转化磷、氮等元素，并保存在体内。之后，通过采收植低碳技术68LOW CARBON WORLD 2023/6物，可以转移这些元素。同时，植物根系位于湖水中，其外表面积较大，能够拦截污染物。并且，植物还能够降解一部分污染物。此外，水中微生物的种类受植物根系生长的影响会变得丰富，能够改善水体。在本文研究的生态水利设计中，依照淤泥湖的生态现状，在湖汊共计 10 个位置设计生态浮床，整体面积超过 1 000 m2。3效益分析3.1生态效益在小型水利工程规划设计中应用生态水利设计思路产生的生态效益主要表现在以下方面：首先，生态护坡与缓冲带设计、小型湿地与生态廊道设计、入湖通道与底泥修复、截流沟与浮床设计等生态水利设计策略能够有效改善水环境质量，减少水体污染，提升水环境的生态品质，从而保护水生态系统的稳定性和生物多样性。其次，生态水利设计能够增强水利工程的防洪排涝能力，减少因洪涝灾害带来的损失和危害，提高当地居民的生活质量。最后，生态水利设计能够促进当地生态环境的持续发展，增加当地的生态资源，改善生态环境，提高当地居民的生活质量，从而促进当地经济的发展。因此，需要在后续规划设计过程中充分考虑生态水利设计策略的应用，保护水生态系统，改善水环境质量，提高水利工程的防洪排涝能力，促进生态环境的持续发展。3.2社会效益在社会效益方面，首先，生态水利设计能够提高水利工程的防洪排涝能力，减少因洪涝灾害造成的人员伤亡和财产损失，同时提升淤泥湖湖水的水质，保护当地居民的生命安全和健康。其次，生态水利设计能够增强当地居民的生态环境保护意识，促进当地社会文明建设，提高社会文明程度和文化素质。最后，生态水利设计能够促进当地经济的发展，提高当地的经济效益和生态效益，增加当地生态资源，推动当地产业的发展，创造就业机会，提高当地居民的生活质量。因此，在后续规划设计过程中需要充分考虑生态水利设计策略的应用，提高当地居民的生活质量，促进社会文明和生态环境保护建设，推动当地经济的可持续发展。3.3经济效益在经济效益方面，首先，生态水利设计能够提高水利工程的防洪排涝能力，减少因洪涝灾害造成的人员伤亡和财产损失，同时提升湖水的水质，提高水资源的利用效率，从而提高水利工程的经济效益。其次，生态水利设计能够提高农业和工业的产值，提高农作物的产量和品质，推动当地农业的发展，同时为当地工业提供优质的水资源，提高当地工业的生产效益。最后，生态水利设计能够提高当地的生态品质，增加当地的生态景观和生态资源，吸引更多的游客前来旅游观光，推动当地旅游业的发展，创造就业机会，提高当地居民的生活质量。因此，在进一步规划设计过程中，需要充分考虑生态水利设计策略的应用，提高水利工程的经济效益，促进农业和工业的发展，推动当地旅游业的发展，实现经济发展双赢和生态保护。4结语生态水利设计思路的渗透思考对于小型水利工程规划设计具有重要意义。生态护坡与缓冲带设计、小型湿地与生态廊道设计、入湖通道与底泥的修复、截流沟与浮床设计等生态水利设计策略能够有效提升小型水利工程的防洪排涝能力和湖水水质，为生态环境保护和可持续发展提供有力支撑。同时，生态水利设计也具有良好的社会效益、经济效益和生态效益，能够提升生态环境的品质、改善当地居民的生活质量，促进当地经济的发展。因此，未来需要进一步深入研究生态水利设计思路的渗透应用，促进小型水利工程的可持续发展。参考文献1 方草.生态水利工程建设理念在滨水景观设计中的探索：以广元市坪雾坝滨江绿带公园景观设计为例J.水电站设计，2023，39（1）：4-7.2 王云翔.小型水利工程规划设计中的生态水利设计思路J.四川水泥，2020（4）：119.3 苏丽娟.生态水利在现代河道治理中的应用初探J.新农业，2023（2）：94.4 曲洪伟.生态水利技术在河道治理中的应用J.黑龙江水利科技，2022，50（12）：140-142，207.作者简介：雷鸣（1992），男，汉族，四川都江堰人，本科，工程师，主要从事水利工程设计工作。图4生态截流沟设计低碳技术69