河岸帶生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究與應(yīng)用

張丹丹，史常青，王冬梅

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083）

河岸帶又稱濱岸帶、岸邊帶、水陸交錯(cuò)帶等，是河流生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的一個(gè)重要過渡帶，它介于河流和高地植被之間，受到地表水以及地下水的影響，是一種最典型的生態(tài)過渡帶，具有明顯的邊緣效應(yīng)[1]。Naiman[2]及張建春等[3]將河岸帶功能概括為廊道功能、緩沖帶功能和植物護(hù)岸功能。河流生態(tài)護(hù)坡是在保護(hù)、創(chuàng)造生物良好的生態(tài)環(huán)境和自然景觀的前提下，保證護(hù)坡措施具有一定強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)，兼顧護(hù)坡工程的環(huán)境效應(yīng)和生物效應(yīng)，以期達(dá)到恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，治理水土流失的目的[4]。

傳統(tǒng)的河道護(hù)坡主要使用漿砌或干砌塊石護(hù)坡、鋼筋混凝土護(hù)坡等，這類護(hù)坡工程的造價(jià)相對(duì)較高，且是水下施工，日后維護(hù)工作難以實(shí)施。其最大的缺點(diǎn)還在于，它僅僅從滿足河流防洪、排澇、航運(yùn)和引水等基本功能的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，忽略了與河流同為整體的動(dòng)物、植物及微生物的生存發(fā)展，很少考慮對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響[5]。這類護(hù)坡形式易破壞河流航道的生態(tài)功能，引起河流生態(tài)環(huán)境惡化。近年來，以重建受損河岸生態(tài)系統(tǒng)為目的，同時(shí)融合防洪、生態(tài)、景觀和河流自凈效應(yīng)為一體的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)引起人們的廣泛關(guān)注，并進(jìn)行了一系列的研究與探索。

1 河岸帶生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家對(duì)河流生態(tài)退化問題認(rèn)識(shí)較早，很早就開始反思破壞河流自然環(huán)境帶來的負(fù)面效應(yīng)，認(rèn)為傳統(tǒng)的河流治理，主要采用硬質(zhì)材料建造護(hù)岸工程，破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)。為了有效保護(hù)河道岸坡和生態(tài)環(huán)境，一些學(xué)者提出了生態(tài)型護(hù)坡技術(shù)。如：在20世紀(jì)80年代末瑞士、德國等國的學(xué)者提出了“自然型護(hù)岸”技術(shù)[6]；德國的萊茵河由于裁彎取直，導(dǎo)致河流流速加快，加劇沖刷，現(xiàn)正進(jìn)行改造，將水泥河堤改為生態(tài)河堤，力求河流回歸自然狀態(tài)。20世紀(jì)90年代初，日本又首先提出了“親水”觀念，提倡有條件的河流采用木樁、卵石等天然材料修建河堤，開展了“創(chuàng)造多自然型河川計(jì)劃”，把生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用于城鎮(zhèn)河道建設(shè)中；法國在城市河道建設(shè)時(shí)要求河道地面工程盡量建成透水的草地，增加水體與土體之間的交換。近20 a來，土壤生物工程（soilbioengineering）護(hù)岸技術(shù)在歐美風(fēng)靡一時(shí)[7]。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用原理與其他工程不同，它采用有生命力植物的根、莖（枝）或整體作為結(jié)構(gòu)的主體元素，按一定方式和方向排列插扦、種植或掩埋在邊坡的不同位置，在植物群落生長(zhǎng)和建群過程中加固和穩(wěn)定邊坡，控制水土流失和實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。常用的坡面生態(tài)工程技術(shù)，主要包括土壤保持技術(shù)、地表加固技術(shù)和生物工程綜合保護(hù)技術(shù)[8]。這些技術(shù)，在歐美國家已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，如1995年美國新澤西州雷里坦河曾采用生物護(hù)岸工程，用可降解生物纖維編織袋裝土，沿河道坡面形成梯形岸坡并種植植被，200 a一遇的洪水位的考驗(yàn)證實(shí)了它的可靠性，盡管流量大，沖刷力強(qiáng)，但是生物護(hù)岸工程基本上沒有損壞。

1.2 我國研究現(xiàn)狀

生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用起源于中國,但是，我國在生態(tài)護(hù)坡技術(shù)方面的研究起步較晚。1993年我國引進(jìn)土工材料植草護(hù)坡技術(shù)，并開發(fā)研制出了各種各樣的土工材料產(chǎn)品，如三維植被網(wǎng)、土工格柵、土工網(wǎng)、土工格室等，結(jié)合植草技術(shù)在各種邊坡工程中陸續(xù)獲得應(yīng)用[9]。2003年，許文年等研究開發(fā)了植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)。該技術(shù)有廣闊推廣前景，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)中邊坡防護(hù)和綠化兩大功能的有機(jī)結(jié)合，填補(bǔ)了這一技術(shù)領(lǐng)域的空白。近些年在充分吸收國外河道整治和其他領(lǐng)域生態(tài)護(hù)坡研究成果的基礎(chǔ)上，我國河岸帶生態(tài)型護(hù)坡技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。如：在廣西漓江治理工程中，胡海泓等[10]提出了石籠擋墻、網(wǎng)籠墊塊護(hù)坡、復(fù)合植被護(hù)坡等生態(tài)型護(hù)坡技術(shù)；季永興等[11]探討了不同材料的生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)新方法；夏繼紅等[5]從現(xiàn)代數(shù)學(xué)、生態(tài)學(xué)、水力學(xué)的角度分析了生態(tài)河岸帶今后的發(fā)展趨勢(shì)；在引灤入唐工程中，陳海波等[12]提出網(wǎng)格反濾生物組合護(hù)坡技術(shù)；盧志靈根據(jù)上海市河道的具體特點(diǎn)，討論了生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式。

2 河岸帶生態(tài)護(hù)坡技術(shù)方法

河岸帶生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是在滿足河道邊坡穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)上，采用植物及植物與工程材料相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)河流系統(tǒng)與動(dòng)物、植物、微生物及人類活動(dòng)相協(xié)調(diào)的生態(tài)技術(shù)，以達(dá)到一種水體和土體、水體和生物相互涵養(yǎng)，適合生物生長(zhǎng)的近自然狀態(tài)。目前，國內(nèi)外常見的河岸帶護(hù)坡技術(shù)可大致劃分為以下三類[13]：①單純的植被護(hù)坡，即利用植被根系的固土功能，保護(hù)河道岸坡，可結(jié)合河道原有的植被進(jìn)行護(hù)坡；②植被護(hù)坡與工程措施相結(jié)合，如通過格賓網(wǎng)、生態(tài)混凝土現(xiàn)澆網(wǎng)格、生態(tài)袋（植被袋） 填土等方式，對(duì)植被進(jìn)行加筋，增強(qiáng)岸坡抗侵蝕的能力；③生態(tài)材料護(hù)坡，如利用水泥生態(tài)種植基進(jìn)行護(hù)坡，或者植被型生態(tài)混凝土和土工材料進(jìn)行護(hù)坡。

我國現(xiàn)有河道主要采用石籠結(jié)構(gòu)、土工網(wǎng)復(fù)合植被技術(shù)、網(wǎng)格反濾生物工程、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基、多孔質(zhì)護(hù)岸、多自然型護(hù)岸等生態(tài)型護(hù)岸形式治理。另外也有采用自然土質(zhì)岸坡、自然緩坡、植樹、植草等生態(tài)工程護(hù)堤，防止水土流失，也為水生植物的生長(zhǎng)、水生動(dòng)物的繁育、兩棲動(dòng)物的棲息繁衍活動(dòng)創(chuàng)造條件。下面重點(diǎn)介紹6種在工程中已經(jīng)得到應(yīng)用的護(hù)岸技術(shù)。

2.1 植物護(hù)坡

植被護(hù)坡是利用植被涵水固土的原理穩(wěn)定巖土邊坡、美化生態(tài)環(huán)境的一種新技術(shù)，涉及巖土工程、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合工程技術(shù)。植被護(hù)坡主要利用植被根系的土壤增強(qiáng)作用，降低風(fēng)浪的沖淘，加強(qiáng)土壤的聚合力，提高滑移抵抗力，同時(shí)可以美化水利環(huán)境[13]。在植物選擇方面應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、氣候環(huán)境等特點(diǎn)進(jìn)行選擇，選擇根系發(fā)達(dá)，適應(yīng)性強(qiáng)，成活率高，抗病蟲害能力強(qiáng)的植物種。國內(nèi)很多河道的治理都使用了這一技術(shù)，如在吉林省西部嫩江流域，許曉鴻等[14]提出牛毛草[Bulbostylis barbata（Rottb.） kunth.]、草地早熟禾（Poa pratensis L.）、翦股穎（Agrostis atolonifera L.）等多種草本植物為護(hù)坡植物，河柳（Salix matsudana）等灌木為迎水坡腳防浪林的植物護(hù)坡技術(shù)。該技術(shù)利用植物地上部分進(jìn)行消能護(hù)坡，利用植物根系的錨固作用，提高坡面表層的抗剪強(qiáng)度，有效地提高了迎水坡面的抗蝕性，大大減少了坡面土壤流失，不僅其護(hù)坡效果顯著，且投資僅為工程護(hù)坡的10.9%～22.1%。

2.2 自然型護(hù)岸

自然型護(hù)岸，即以天然的植被、原石、木材等材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土護(hù)岸，盡量創(chuàng)造接近自然型的河道[15]。自然型護(hù)岸工程形式又可分為自然原型護(hù)岸、自然型護(hù)岸、多自然型護(hù)岸。自然原型護(hù)岸主要采用喬灌混交的方法，充分利用高低錯(cuò)落的空間和光照條件，以達(dá)到最佳郁閉效果，同時(shí)利用植物舒展而發(fā)達(dá)的根系穩(wěn)固堤岸，增強(qiáng)其抵抗洪水、保護(hù)河堤的能力。自然型護(hù)岸不僅種植植被，還采用天然石材、木材護(hù)底，以增強(qiáng)堤岸抗洪能力，如采用木樁、塊石等具有一定強(qiáng)度的材料保護(hù)坡腳，使整個(gè)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的抗沖刷能力大大提高。多自然型護(hù)岸，即在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上，再用鋼筋砼等材料，以確保大的抗洪能力[16]。多自然型護(hù)岸比自然原型護(hù)岸和自然型護(hù)岸有更強(qiáng)的抗水流沖刷能力，能抵御更大的洪水，同時(shí)也具備其他生態(tài)護(hù)岸所共有的生態(tài)效應(yīng)，是目前使用最廣泛的一種生態(tài)護(hù)岸形式。自然型護(hù)岸在我國的應(yīng)用也比較廣泛，如成都府河右岸望江公園段，護(hù)岸采用包括坡腳護(hù)底、丁壩、石籠在內(nèi)的多自然化手段；堤防形式采用土堤防，減少人工構(gòu)造痕跡，創(chuàng)造出被綠色覆蓋的良好護(hù)岸；同時(shí)注意與公園的竹林（綠色）自然景觀協(xié)調(diào)，保護(hù)現(xiàn)有樹林并納入自然景觀[17]。該項(xiàng)目的成功實(shí)施成為成都地區(qū)乃至我國的河流生態(tài)環(huán)境建設(shè)、河流整治、湖泊、水庫等建設(shè)的典范。

2.3 網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸

石籠是一種生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)也稱之為格賓網(wǎng)。現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的石籠單元普遍采用六面方筐，內(nèi)設(shè)隔網(wǎng)，編網(wǎng)材料有金屬絲、鋼筋和塑料格柵等，網(wǎng)眼通常為菱形或正方形。河流護(hù)岸網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)由鍍鋅或噴塑鐵絲網(wǎng)籠裝碎石、肥料及種植土組成，在河道護(hù)坡中，一般選用耐銹蝕的噴塑鐵絲網(wǎng)籠。填充的石料之間的孔隙受到人為和自然因素的影響不斷被泥土充填，植物根系深深扎入石料之間的泥土中，從而使工程措施和植被措施相結(jié)合。石籠在我國的使用較晚，近10 a才在生態(tài)護(hù)坡?lián)跬翂秃拥雷o(hù)岸工程中大量使用，已經(jīng)成功實(shí)施了很多工程，如太倉長(zhǎng)江大堤順堤河生態(tài)護(hù)岸工程[18]。該工程設(shè)計(jì)中采用綠格網(wǎng)墊護(hù)坡，結(jié)合軟結(jié)構(gòu)與植被技術(shù)的應(yīng)用，該工藝適應(yīng)該河道地質(zhì)條件差、容易產(chǎn)生局部坍塌的具體情況。即可保護(hù)河岸、又促進(jìn)水與土體之間的自然交換、增強(qiáng)水體自凈能力，實(shí)現(xiàn)植被綠化、景觀美化的生態(tài)環(huán)境，達(dá)到工程建筑與生態(tài)環(huán)境有機(jī)結(jié)合的目的。該工程在廣大的平原河道工程具有一定的典型性。

2.4 生態(tài)袋護(hù)坡

生態(tài)袋是由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制作而成的土工網(wǎng)袋，網(wǎng)袋內(nèi)含有草籽，種植時(shí)內(nèi)填種植土，并采用連接扣連接，保證邊坡的穩(wěn)定性。生態(tài)袋是由高分子材料制成的，具有抗老化、高強(qiáng)度、耐酸堿、無毒、不降解等特點(diǎn)，使用壽命高達(dá)70 a以上，100%回收，零污染。生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)采用環(huán)保的生態(tài)袋代替鋼筋混凝土等硬性材料，實(shí)現(xiàn)了以柔性的綠色岸坡取代硬性的傳統(tǒng)岸坡。它集土木工程和生態(tài)環(huán)境綠化為一體，是水利部科技推廣的先進(jìn)適用技術(shù)[19]。由于其生態(tài)性、整體性、環(huán)保性等特點(diǎn)，這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水利邊坡生態(tài)防護(hù)工程中。如北京市植物園湖區(qū)，湖邊駁岸形式初始為混凝土柱護(hù)坡和隨地形漫坡入水兩種形式，但由于長(zhǎng)期的湖水沖刷，土壤流失比較嚴(yán)重，導(dǎo)致駁岸失去連貫性與完整性，整體水域景觀效果遭到破壞。后來完全采用適于植被生長(zhǎng)、具有生態(tài)修復(fù)功能的生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)，恢復(fù)了受損的駁岸，為植被的生長(zhǎng)提供了土壤基質(zhì)，使得植被的恢復(fù)與園林景觀的建立成為可能。作為一項(xiàng)綠色的護(hù)坡、綠坡工程系統(tǒng)，生態(tài)袋技術(shù)值得大力推廣。

2.5 植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡

植被型生態(tài)混凝土由植物、多孔滲水混凝土肥料、泥土和保水材料組成，具有高透水性、較大的拔出力、高透氣性和安全性，實(shí)質(zhì)上是一種有著連續(xù)孔隙的多孔混凝土，水與空氣容易通過或存在于其連續(xù)通道內(nèi)[20]。這種護(hù)坡具有較好的抗沖刷性能，表面的覆草形成堤防迎水坡面的軟覆蓋，具有緩沖性能，草生根后，草、土、混凝土形成一體，可提高堤防邊坡的穩(wěn)定性，既實(shí)現(xiàn)了混凝土護(hù)坡，又能在坡上種植花草，美化環(huán)境，形成硬化和綠化完美結(jié)合，與傳統(tǒng)的漿砌石混凝土護(hù)坡相比，生態(tài)效應(yīng)更顯著。植被型生態(tài)混凝土的應(yīng)用在我國剛剛起步，如江蘇省水利廳以生態(tài)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合河道整治工程，研發(fā)了生態(tài)混凝土護(hù)砌材料，在江蘇吳江東開發(fā)區(qū)的龐山中心河和治太重點(diǎn)工程太浦河螞蟻漾段堤防的護(hù)岸工程中都得到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了混凝土上長(zhǎng)草，取得了顯著的社會(huì)效益和生態(tài)效益[21]。

2.6 土工材料復(fù)合種植基護(hù)坡

該項(xiàng)護(hù)坡技術(shù)可分為土工網(wǎng)墊固土種植基、土工格柵固土種植基、土工單元固土種植基等多種形式。其中，土工網(wǎng)墊固土種植基主要是利用活性植物并結(jié)合土工合成材料等工程材料，在坡面構(gòu)建一個(gè)具有自身生長(zhǎng)能力的防護(hù)系統(tǒng)，通過植物的生長(zhǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行加固的一門新技術(shù)。它綜合了土工網(wǎng)和植物護(hù)坡的優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)已在上海浦東國際機(jī)場(chǎng)圍海大堤工程中得到應(yīng)用。土工格柵固土種植基，是利用土工格柵加固土體，并在格柵內(nèi)植草，綠化邊坡。土工單元固土種植基是利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片狀材料，經(jīng)熱熔粘接成蜂窩狀的單元格子體，在蜂窩狀單元中填土植草，起固土護(hù)坡作用[22]。在我國城市河道護(hù)岸工程中，應(yīng)用較為廣泛的土工合成材料種植基可分為鐵絲網(wǎng)與碎石復(fù)合種植基、土工材料固土種植基等。如在吉林省舒蘭市防洪應(yīng)急項(xiàng)目拉林河新發(fā)護(hù)岸工程中，采用“土工格柵石籠護(hù)坡+土工格柵網(wǎng)格軟體排護(hù)腳”技術(shù)對(duì)該險(xiǎn)工險(xiǎn)段進(jìn)行了治理[22]。該措施的實(shí)施，提高了堤岸的抗沖刷能力，確保了新發(fā)段河道堤防的安全。不同的生態(tài)護(hù)坡形式的相對(duì)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用局限對(duì)比見表1。

表1 不同生態(tài)護(hù)坡技術(shù)方法對(duì)比一覽表

3 結(jié) 語

現(xiàn)有的河岸帶生態(tài)護(hù)坡技術(shù)只考慮了河岸帶上的植物，忽略了與其合為一體的動(dòng)物及微生物。真正意義上的生態(tài)護(hù)坡應(yīng)該是在保證邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以營(yíng)造河道邊坡系統(tǒng)的生物多樣性為主要目標(biāo)。因此，現(xiàn)有生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，雖帶有一定的生態(tài)色彩，卻是不完善的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。生態(tài)護(hù)坡在水利工程中的技術(shù)含量相對(duì)較低，而大多數(shù)技術(shù)是從國外直接引進(jìn)的，其生態(tài)材料也直接進(jìn)口，這必然存在許多弊端。如：護(hù)坡成本太高，難于大范圍推廣；自然地理?xiàng)l件的差異，導(dǎo)致修復(fù)效果不明顯。因此，生態(tài)護(hù)坡應(yīng)結(jié)合我國實(shí)際現(xiàn)有的材料，研發(fā)出適合我國的新型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，而不是一味的照搬模仿。新材料的開發(fā)，應(yīng)成為今后生態(tài)護(hù)坡研究的一個(gè)重點(diǎn)。

河岸帶上有豐富的資源，是生物群落生長(zhǎng)的敏感地帶，也是珍稀瀕危生物的適宜棲息地，具有很高的生物多樣性。河岸帶具有的獨(dú)特邊緣效應(yīng)，使其各方面的特征都不穩(wěn)定且脆弱，尤其在過多的人為擾動(dòng)下，河岸帶生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)作出響應(yīng)，甚至?xí)斐稍撋鷳B(tài)系統(tǒng)的失衡?，F(xiàn)有的護(hù)坡技術(shù)在一定程度上對(duì)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)平衡產(chǎn)生影響。因此，在生態(tài)護(hù)坡的同時(shí)，盡量保留原有的生物多樣性，采用就地取材的辦法選擇合適的護(hù)坡材料，并盡可能地利用自然護(hù)岸或近自然護(hù)岸的方法，避免過多的大范圍對(duì)河岸帶的干擾破壞，維持河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的自然狀態(tài)。另外，還要加強(qiáng)提高人們對(duì)河岸帶生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)重要性的認(rèn)識(shí)，只有這樣才能變被動(dòng)為主動(dòng)，自發(fā)地保護(hù)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)，使其合理、健康的發(fā)展。

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