第二牤牛河重点段治理工程护坡方案研究

吕朋辉

(朝阳市凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122000)

第二牤牛河为辽西地区主要河流大凌河的一级支流，发源于辽宁省建平县富山乡牛河梁村，全长50 km，流域面积1 092 km2。流经辽宁省建平县、喀左县、朝阳县，于辽宁省朝阳县乌兰河硕乡乌兰河硕村汇入大凌河。河流的平均比降为5.05‰，多年平均降水深465.8 mm，多年平均径流深62.9 mm。第二牤牛河流经喀左县的长度为11.863 km，控制流域面积195 km2。长期以来，第二牤牛河农村河段受洪、旱灾害频繁，水土流失严重，生态环境退化，河道涵养水源能力差。现状河道未治理段两岸无堤防，岸线不明显，河道内杂乱无章，在遇到较大洪水时，容易造成洪水漫滩，危及岸后农田、林地甚至村庄，存在较大风险。因此，亟待对河道进行整治。

本次工程下游起点为喀左县与朝阳县交界处的漫水桥，上游终点至第二牤牛河公营子镇段已治理工程起点，河道中心长度为 2.71 km，堤防岸线长度为 2.77 km。治理段工程主要以防洪工程为主，重点为河道右岸，需新建右岸堤防2.77 km、新建生态护坡 5.54 km、新建穿堤涵管 4 座、河道平整 1.81 km，工程总投资 1 080.20 万元。

项目区属中温带气候区，气候特点是降雨多在夏季而炎热，冬季则降水甚少而干燥。四季变化分明，多年平均气温为 8.7 ℃，年极端最高气温 42 .0 ℃，极端最低气温-29.9 ℃。最大冻土深度 119 cm。本区地下水包括松散层孔隙潜水及基岩裂隙水两类。松散层孔隙潜水主要含水层为第四系全新统冲积卵砾石层。基岩裂隙水主要分布于白垩系义县组安山岩中，接受大气降水补给。

此次河道整治工程的主要任务是提高整治河段的防洪和行洪能力，恢复两岸的生态环境，改善河道水体的水质。基于此，根据河道的地质情况以及河道的现状情况，结合相关的工程设计经验，初步提出如下四种护坡设计方案。

(1)方案1：浆砌石护坡。

研究选择砌石厚度为30 cm，护坡下铺设厚度为10 cm的碎石垫层和规格为300 g/m2的土工布。该护坡设计方案的最大优势是可以有效提升整治后大堤边坡的安全稳定性，同时施工工艺成熟简单，并且作为主要材料的石料可以从周边获取，工程费用相对较低。在工程施工完毕之后，可以发挥良好的抗冲刷效果，后期维护要求低，难度小。但是，该方案的护坡难以起到显著的生态恢复作用。

(2)方案2：蜂巢格栅植草护坡。

该方案针对新建堤防岸坡迎水坡采用蜂巢格栅覆土植草生态防护，护坡长度为 2.77 km，防护高度为 20 年一遇洪水位以上 0.5 m。具体设计思路为蜂巢格栅厚度 20 cm，覆土厚度 25 cm；
护脚采用水平防护，防护厚度为 50 cm，长度为 30 cm。护脚外栽种柳树胸径 4～6 cm 单排 2.5 m/棵。在迎水侧护坡覆土并播撒草籽至堤肩背水坡生态防护为播撒草籽，长度均为 2.77 km。

(3)方案3：生态混凝土护坡。

结合工程实际和需求，该方案选择厚度为15 cm 的生态混凝土，下面铺设土工布。生态混凝土又被称为绿化混凝土，主要通过生态胶凝材料包裹石子等骨料，形成内部存在诸多孔隙的材料，为植物的生长提供良好的环境，属于一种可以进行植被作业的混凝土[1]。

(4)方案4：预制混凝土连锁块护坡。

该方案的设计思路是护坡的表层是预制混凝土连锁块，下部是厚度为10 cm的碎石垫层以及一层土工布。这种设计方案的不足之处是造价相对较高，但是施工比较方便，同时具有相对独特的连锁性，从而形成比较稳定的和良好柔性的坡面保护层[2]。同时，在连锁块的中间和孔洞之中种植各种草本或灌木植物，其根系还能够进一步提高块体和土体之间的连接性，同时美观生态环境。

3.1 综合评价指标

研究中基于工程的实际情况和需求，同时结合相关工程研究经验，选择确定结构形式、经济特征、施工特点以及环境影响等4个一级指标和19个二级指标[3]。通过对河流湖泊系统的综合评价指标体系中各个指标的定性分析与定量化计算，获得各个评价指标的指标值，结果如表1所示。

表1 综合评价指标的指标值

3.2 确定指标权重

为了获得科学、有效的评价结果，需要对各个指标的权重值进行确定[4]。在研究中首先收集相关领域5名专家的意见，对各个指标的重要性进行判定，并构造出相应的判断矩阵，然后计算判断矩阵的最大特征根及其相对应的特征向量，如果通过一致性检验，其特征向量值即为指标权重值，具体的计算结果如表2所示。

表2 指标权重计算结果

3.3 评价结果

关联系数是反映比较序列和参考序列在各时刻关联程度的重要指标，由于关联系数相对比较分散同时数据的数量较多而不便于比较。因此，在此次研究中引入关联度评价系数，也就是将关联系数集中起来形成一个值，以便于方案的比较。

具体来看，研究中按照灰色关联度的计算步骤，根据上文的指标值和权重值，计算获取各个指标的关联度系数和评价指数，并进行综合排序，具体的计算结果如表3所示。显然，指标值和关联度指数越大，说明方案越具有优越性。从表3的计算结果可以看出，关联性评价指数计算结果最大的方案2，其次分别为方案4、方案3和方案1。由此可见，对于背景工程而言，最佳的护坡设计方案为方案2，也就是蜂巢格栅植草护坡，推荐在工程设计中采用。

表3 关联度系数和关联度评价指数计算结果

此次研究以第二牤牛河重点段整治工程为例，选定4个一级指标和19个二级指标构建综合评价指标体系，然后利用层次分析法获得各个评价指标的具体权重，利用灰色关联度分析法对四种初步设计的护坡方案进行评价，认为最优方案为蜂巢格栅植草护坡方案，建议在工程设计中选用。当然，生态护坡技术作为一种具有较强综合性的技术，仍有许多值得研究和改进的地方。由于获得的资料较为有限，在今后的研究中需要多选取类似工程进行长系列生态护坡评价，以进一步验证本文方法的科学性和有效性。

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