生态环保理念下的堤防工程生态型结构探讨——以上海黄浦江、苏州河防汛墙为例

生态环保理念下的堤防工程生态型结构探讨——以上海黄浦江、苏州河防汛墙为例

卓帅宇

上海宏波工程咨询管理有限公司 上海 201707

摘要：堤防工程是城市水安全的重要组成部分，随着时代的发展，人们逐渐认识到河流在维持区域生态系统平衡发展中的重要作用，生态堤防的理念也被推入公众视野。本文通过笔者近年来的工程实践，结合生态堤防的设计理念，对防汛墙陆上结构和墙前滩面的生态结构型式进行了初步探讨。

关键词：生态防汛墙；多级挡墙；组合式结构；生态湿地

堤防工程作为城市基础设施建设的基础要素之一，在城市发展中发挥着举足轻重的作用。在城市发展初期，设计人员们对黄浦江、苏州河的堤防建设着重围绕防汛安全来开展。近年来，随着“上海2035”总体规划的出台，“创新、协调、绿色、开放和共享”的基础设施建设理念逐渐成为“一江一河”世界级滨水区建设的新标准、新要求。黄浦江和苏州河两岸环境改善与治理已经成为上海城市发展的一项重要内容。近年来，黄浦江、苏州河在加固改造中也正逐步实现了由保证河道沿线防洪排涝的生产岸线，过渡为向沿线组织机构和市民百姓提供精神文化休闲场所的生活岸线。在此背景之下，项目前期规划设计也需要与时俱进，以“安全、景观、生态、文化、科技”为设计原则，将城市水安全与城市生态环境建设相结合的思路作为未来国际化大都市“人水和谐，绿色发展”的生态环境建设任务的发展方向，生态堤防这一命题，也逐渐进入了公众视野。

生态堤防是结合河道实际的生态环境，在设计、建设过程中遵循不破坏自然景观而建设的一种适合生物多样性，河道景观多样性，人与自然的和谐相处的堤防，既能充分发挥传统堤防的经济效益和社会效益，同时还能形成生态效益^[1]。而在设计环节，如何能让防汛安全与生态理念彼此相融就成为了一大难题。在生态堤防建设过程中，表现形式主要有生态型护坡技术、生物栖息地建设、河流自然形态恢复和堤防绿化等，这些都是在建设过程中融入了生态的理念，在提高施工技术的同时也促进了堤防作用的发挥^[2]。

一、立足陆上结构，创造生态通道

河道堤防作为城市防止洪水入侵人民生活区域的基础设施，其作用不可忽视。然而从生态和谐的角度来看，大部分堤防结构停留在旧的建设理念上，忽视了水陆之间原生的联系通道。早期设计工作者们采用高墙阻水的方式设计堤防结构，极易阻隔河流生态系统与滨河两栖动植物之间的沟通联系，还造成邻水滩面原生湿地的消亡，成为生物多样性发展的人为屏障。

黄浦江与苏州河常见的堤防结构型式根据河道两岸可施展的防汛空间可分为直立式挡墙、斜坡护岸式以及复合式结构。其中在河道两岸防汛空间允许的条件下使用的斜坡护岸式和复合式结构多以两级或多级堤防的型式出现，复合式堤防的第一级迎水结构常设计为在高水位工况下下可形成临时淹没的状态。该类型的结构在满足了城市多层次视觉效果和市民亲水体验的基础上保留了一定的水、陆生态系统交互通道，既提高了居民的滨水感受，满足了城市亲水要求，也使得河流生态系统与滨河两栖动植物之间的沟通得以存续，与生态堤防的理念较为契合。

图1 二级挡墙结构示意图

在河道两岸陆域控制范围较为狭窄的条件下，常会使用既能保证防汛安全，又不占用大量空间结构的直立式挡墙。直立式挡墙结构为保证减少陆域空间的占用，常会利用较大的悬臂高度以保证足够的防汛高程，但与此同时也会形成水陆生态系统之间的屏障。为解决水陆阻隔的问题，近年来也出现了如带生态孔的板桩式基础、带生态孔的L型挡墙等在挡水结构上设置生态透水通道的结构。但透空的直立式挡墙仅适用于受口门建筑物控制水位的内河，而黄浦江属于外河，首要目标为防洪除涝，常会出现水位高于墙后地面高程的汛情，透空式结构带来的防渗长度不足会带来巨大的渗水隐患。

在生态堤防的宏观概念下，黄浦江与苏州河的新建防汛墙多会将直立式挡墙外立面进行优化设计，例如在墙体迎水面悬挑的前趾设置花槽、墙身或墙顶设置外挂式的种植槽等墙身绿化。在植物配置上选择一些柔枝的垂挂绿化或爬藤类植物，甚至于让植物垂入水中或生长成片，该做法既柔化了冰冷的直立式墙体，又形成了一道物质交换的爬梯通道，给被阻隔的河流生态系统与滨河两栖动植物之间提供了繁衍发展及生态流动的可能性。

图2 防汛墙墙前种植槽示意图

二、着手墙前滩面，营造湿地廊道

上海不但地处我国沿海地区，还位于长江三角洲末端，6-9月份常不同程度地遭受“风、暴、潮、洪”三碰头或四碰头的极端天气，同时全球气候的变化造成近年来黄浦江、苏州河的上游来水逐步增加，在潮水及波浪的综合作用下，防汛墙前的滩面不断遭受冲刷，尤其在一些河道转弯以及多河交汇处，弯道及水流的对冲区域形成迎流顶冲、深泓贴岸，岸坡冲刷，致使防汛墙岸坡稳定性差，易发生塌岸险情。此时设置墙前保滩进行坡面防护就成为了较好的选择。上海地区常见的保滩类型有：丁坝、缓流块体、抛石护底、软体排等型式，其中以软体排、模袋混凝土等柔性覆盖式材料在黄浦江上游岸段最为常见。该类覆盖式结构一侧固定在防汛墙前排桩基上，根据泥面刷深情况向河道中心铺设至一定范围，利用结构表面的抗冲能力保护墙前滩面不受进一步的淘刷。然而此类保滩结构为了全面的防护效果，而导致由防汛墙至保滩结构终点完全覆盖在硬化的封闭结构上，阻隔了河流生物与底泥之间的物质交换通道。

在此情况下，组合式的墙前保滩结构便适用于对墙前泥面进行保护的同时还可在水位变动区营造湿地生态系统。该类结构在常年处于水下的区域依旧采用了覆盖式的保滩结构作为墙前滩面的结构性保护；在平均高潮位与平均低潮位之间的水位变动区由外至内依次设置自重较大箱式生态结构、可营造泥面种植环境的生态种植模块、生态袋等结构，形成一个迎水面可防浪、滩面上表面防冲刷的系统性生态湿地种植区域。同时在该变动区种植根系发达的挺水植物，一来通过植物扎根带来一定的固土效果，二来向上生长的植物与墙体前趾的种植槽结合，为两栖动物提供了陆域与水域的爬行通道，从而形成了一个既能加固墙前滩面，又可创造生态系统物质交换的复合多元滨水湿地空间和墙前景观廊道。

图3 组合式保滩结构生态种植区域示意图

三、在内河赶潮河道生态堤防建设过程中易产生的问题

虽然生态堤防的建设理念已经逐步贯彻到每个工程人的心中，但工程在设计、施工过程中依然存在诸多实际问题。

一是过于注重生态营造而舍弃了堤防结构安全性。防洪度汛是堤防建设最为重要的功能，也是保护河道沿线人民生命财产安全的根本。洪水对于河道沿线生产生活建设的破坏力毋庸置疑，而防汛墙作为防洪的第一道也是最重要的一道基础防线，其防洪设施的安全性是设计人员需要首先考虑的问题，只有保证堤防结构的安全稳定，才能进行生态环境的营造，不可为了表面的“绿色生态”而放弃了防汛墙最根本和最重要的基础功能。

其次，设计人员在设置墙身生态种植区域的同时，需要充分了解所属河道的水位变化情况，充分了解河道因潮汐带来的水位波动变化是否能为河道种植区的植物提供充足的水分和养分，并考虑在风暴潮来临期间水位变化是否会导致植物受损，以及根据该地区的气候因素提出恰当的处置方案。除此之外，工程施工人员也应综合考虑工程建设地的汛期规律和天气变化情况，提高施工质量，调整工程进度，在恰当的时间进行植株的种植，保证汛期来临之前植物获得充足的扎根固土时间，提高湿地生物在汛期的成活率。

第三，若工程建设区域属于航道河网，应密切关注航道水域的船行波对水位变动区土体以及生态系统的破坏情况，通过资料收集和实地考察计算船行波的影响范围。在工程建设需要、工程成本可控的前提下，于航道迎水侧设置高程合理的防浪结构，为已建的生态区域提供良好的生长环境，保障河岸植株不受船行波的破坏。

结语：河道作为城市复合功能的有机载体，是城市水域网络的重要组成部分。随着城市化进程的不断加快，河道生态治理已经成为当前城市水利工作的重中之重，也是水利建设的一个热点问题。设计人员应致力于将单一的水利专业设计转变为“生态系统整体和流域系统整体”的水利工程，并在保证水利结构安全的同时更积极地参与到生态环境的保护中。相信在广大水利工作者的参与下，未来会有更先进、更高效的生态堤防治理手段，为绿水青山的可持续发展建设贡献我们一份绵薄之力。

参考文献：

1. 王炜,甄映红.黔东南山区河道生态防洪堤设计[J].黑龙江科技信息,2015(17):204.

2. 尹海涛.水利工程建设中生态堤防设计研究[J].工程技术研究,2018(07):216-217.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2018.07.102.