山区河道生态护岸结构设计与防洪效益分析

一、引言

开展山区河道生态护岸结构设计的研究具有重要的现实意义。生态护岸结构设计以生态系统的保护和修复为出发点，综合考虑水利工程学、生态学、环境科学等多学科知识，通过采用生态友好型材料和合理的结构形式，实现河道的防洪、生态保护、景观美化等多重功能。生态护岸能够有效增强河岸的稳定性，抵抗洪水的冲刷，降低洪涝灾害的风险，保障山区居民的生命财产安全。

二、山区河道特性与生态护岸概述

山区河道相较于平原河道，具有诸多独特的特点，这些特点深刻影响着河道的水流特性、河床演变以及生态环境，也对生态护岸的结构设计提出了特殊要求。

水位和流量变化大：山区河道的水源主要来自降水和高山冰雪融水，其水位和流量受降水强度、持续时间以及气温变化的影响显著。在暴雨季节，短时间内大量降水迅速汇聚，导致河道水位急剧上升，流量猛增，形成洪峰。例如，在一些山区，一场强降雨后，河道水位可能在数小时内上升数米，流量可达平时的数倍甚至数十倍。

生态护岸的概念：生态护岸是指在满足防洪、抗冲刷等基本水利功能的前提下，采用具有透水性的自然材料或人工合成的生态材料，结合植物种植等措施，构建的具有自然河岸 “ 可渗透性” 的人工护岸。它不仅能够有效抵御洪水的侵袭，保护河岸的稳定，还能促进河道与河岸之间的物质、能量和信息交换，为生物提供栖息地，恢复和改善河道生态系统。

防洪功能：生态护岸通过植被的缓冲作用和护岸结构的抗冲刷能力，能够有效削减洪峰流量，降低洪水对河岸的冲击力。植被的枝叶可以阻挡部分洪水，减缓水流速度，减少水流的动能；植物根系则能够固定土壤，增强河岸的稳定性，防止河岸坍塌。生态护岸的结构形式也经过精心设计，能够适应山区河道的水流特点，抵抗高速水流的冲刷。

生态保护功能：生态护岸为生物提供了丰富的栖息地和迁徙通道，促进了生物多样性的恢复和增加。护岸上的植物可以为鸟类、昆虫等提供食物和栖息场所；河道中的水生植物和微生物则为鱼类、两栖动物等提供了觅食和繁殖的环境。生态护岸还能够恢复河道与河岸之间的生态联系，促进生态系统的物质循环和能量流动，维护生态系统的稳定。

三、山区河道生态护岸结构设计

（一）设计原则

山区河道生态护岸的设计需综合考量多方面因素，遵循一系列科学合理的原则，以确保护岸在实现防洪、固土等基本功能的同时，有效保护和改善河道生态环境，促进人与自然的和谐共生。

安全稳定性原则：安全稳定性是生态护岸设计的首要原则。山区河道水流湍急，洪水期水位变化大，护岸必须具备足够的强度和稳定性，以抵御水流的冲刷、淘蚀以及其他自然力的作用，防止河岸坍塌，保障河道行洪安全和周边居民的生命财产安全。

生态持续性原则：生态护岸应注重生态系统的保护和修复，维持河道生态的可持续性。采用具有透水性和生物相容性的材料，如生态混凝土、土工合成材料等，促进河道与河岸之间的物质、能量和信息交换，为水生生物和陆生生物提供适宜的栖息环境。合理配置植物，选择本地适生植物，构建稳定的植物群落，发挥植物的固土护坡、净化水质、调节气候等生态功能，增强生态系统的自我修复能力和稳定性。

（二）常见结构类型及适用性

山区河道生态护岸的结构类型丰富多样，每种类型都具有其独特的特点和适用条件，在实际工程中，需要根据具体情况进行合理选择。

植物型护坡：植物型护坡是通过在岸坡种植植被，利用植物发达根系的力学效应（深根锚固和浅根加筋）和水文效应（降低孔压、削弱溅蚀和控制径流）进行护坡固土、防止水土流失。这种护坡形式具有生态环保、景观效果好、成本较低等优点，主要应用于水流条件平缓的中小河流和湖泊港湾处。在城市亲水景观设计中也有采用。固土植物一般应选择耐酸碱性、耐高温干旱，同时具有根系发达、生长快、绿期长、成活率高、价格经济、管理粗放、抗病虫害的特点。

四、山区河道防洪效益分析方法

（一）洪水频率分析

洪水频率分析是评估山区河道防洪效益的基础，通过对历史降雨和流量数据的深入分析，可计算出不同洪水等级发生的概率，为防洪工程的规划、设计和管理提供关键依据。

在洪水频率分析中，首要任务是收集长期且连续的历史降雨和流量数据。这些数据的时间跨度应尽可能长，一般要求不少于 30 年，以确保能够涵盖各种不同的洪水事件，包括大洪水、小洪水以及不同频率的洪水。数据的来源主要包括水文站的实测数据、气象站的降雨观测数据以及相关的历史文献记录等。对于一些缺乏实测数据的地区，还可以通过实地调查、访问当地居民等方式获取一些历史洪水信息。

获取数据后，需对其进行严格的审查和预处理，以确保数据的准确性和可靠性。检查数据的完整性，查看是否存在缺失值或异常值。对于缺失值，可采用插值法、均值法等方法进行填补；对于异常值，需分析其产生的原因，若为测量误差或其他不合理因素导致的，应进行修正或剔除。

（二）洪水模拟模型建立

洪水模拟模型是预测山区河道洪水淹没范围和水位变化的重要工具，基于收集的数据建立准确的洪水模拟模型，能够为防洪决策提供科学依据，有效减少洪水灾害造成的损失。

建立洪水模拟模型的第一步是收集详细的数据，包括地形数据、河道几何数据、水文数据以及气象数据等。地形数据是洪水模拟的基础，它决定了洪水的流动路径和淹没范围。常用的地形数据来源是数字高程模型（DEM），DEM 可以提供高精度的地形信息，分辨率一般要求在 10 米至100 米之间。通过对 DEM 数据的处理，可以提取河道的坡度、坡向、河网密度等信息，这些信息对于准确模拟洪水的流动非常重要。河道几何数据包括河道的宽度、深度、糙率等，这些数据可以通过实地测量、河道地形测绘以及历史资料查询等方式获取。

五、结论与展望

本文深入开展山区河道生态护岸结构设计与防洪效益分析研究，成果显著。在生态护岸结构设计方面，全面剖析了山区河道水位和流量变化大、坡降大、水流速度快、水质变化剧烈以及河床组成复杂等特点，明确了生态护岸设计需遵循安全稳定性、生态持续性、经济有效性、因地制宜性和景观亲水性等原则。

参考文献

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