生態(tài)護(hù)坡在黃河故道整治工程中的應(yīng)用研究

金 秋，陳文猛

（江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017）

0 引言

黃河故道西起河南省蘭考東壩頭，流經(jīng)豫、魯、皖、蘇4省，至江蘇省濱?？h套子口入黃海。黃河故道地區(qū)屬黃泛沖積平原，土壤由黃河泛濫裹挾的泥沙堆積而成，全線表層分布為5～10 m的黃泛沉積物。黃河故道地區(qū)河道除局部工程護(hù)砌、林草防護(hù)外，水土保持設(shè)施缺乏，林草植被覆蓋率低，水土流失面積大，約占區(qū)域總面積的85%左右，水土流失以雨蝕、風(fēng)蝕為主，有“風(fēng)來起沙，雨來流沙”之說。由于土壤結(jié)構(gòu)具有顆粒大、透水性強(qiáng)、粘結(jié)力小、易于沖刷流失等特點(diǎn)，在自然降水徑流及河灘墾植灌溉流失作用下，特別是行洪時(shí)極易造成河岸護(hù)坡坍塌。江河崩岸會(huì)造成河道洪水灘地流失，嚴(yán)重威脅防洪大堤的安全，甚至直接使堤防開裂形成洪災(zāi)。邊坡坍塌還破壞河勢(shì)穩(wěn)定，造成沿河工程中諸多難以補(bǔ)救的后果。河道護(hù)坡建設(shè)長期以來一直是黃泛沖積平原河道整治工程的難題。

以往的河道整治過程中，主要考慮的是保證河道的行洪排澇、交通航運(yùn)安全，河道斷面形式大多單一化，坡面普遍為硬質(zhì)化材料襯砌，例如漿砌干砌塊石護(hù)坡，現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土護(hù)坡[1]。硬質(zhì)化護(hù)坡雖然很好的保證了河道的行洪和航運(yùn)安全，具有很好的水土保持功能；但河道斷面幾何規(guī)則化，隔斷了水體與土壤之間的聯(lián)系，降低了河道本身的水體自凈能力[2]。同時(shí)，均一化的建設(shè)改變了河流生態(tài)環(huán)境的多樣性，切斷了水、岸之間的交互作用，降低甚至破壞了河道原有的生態(tài)功能[3-4]。因此，河道整治除了保證防洪排澇、交通航運(yùn)的功能，同時(shí)也需要構(gòu)建美麗的水生態(tài)景觀[5]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們對(duì)環(huán)境、生態(tài)的要求越來越高，在河道整治過程中，傳統(tǒng)的護(hù)坡模式已不能滿足人們的需要，生態(tài)護(hù)坡在黃河故道整治工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 適用于黃河故道的生態(tài)護(hù)坡模式

1.1 防洪固坡型護(hù)坡

針對(duì)黃河故道中防洪存在嚴(yán)重隱患的河段通常采用植被工程復(fù)合型的生態(tài)護(hù)坡形式，通過木樁、混凝土、漿砌石等工程材料保證邊坡的安全，同時(shí)結(jié)合植被措施進(jìn)一步加固其穩(wěn)定性，在工程和生物相互作用下確保河道符合防洪標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.1混凝土板樁結(jié)合植物護(hù)坡

板樁護(hù)坡施工比較簡便，預(yù)制混凝土板樁基本沿河口線連續(xù)布置，打樁前沿板樁軸線方向埋設(shè)導(dǎo)梁，隨后架設(shè)打樁機(jī)械，調(diào)入板樁實(shí)施打樁，一般沿軸線長度完成30 m以上后，可打拆樁頭并澆筑冠梁。板樁離河口外約0.5～2 m，以增加樁前的被動(dòng)土壓力，提高樁的穩(wěn)定性，板樁高出河道正常水位0.3～0.5 m，垂直插入邊坡土層，深度約為河道常水位的2～3倍。板樁以上護(hù)坡進(jìn)行平整后鋪植草皮或撒播草籽。此類護(hù)坡通過板樁深入河床地底，利用板樁的被動(dòng)土壓力和植被的加固作用來增強(qiáng)護(hù)坡的整體性能?；炷涟鍢蹲o(hù)坡適合用于邊坡陡立，河水較深的河段。

1.1.2木樁結(jié)合植物護(hù)坡

木樁植物護(hù)坡形式與混凝土板樁草皮護(hù)坡十分接近，即將混凝土板樁替換成為松木樁或仿木樁，木樁小頭直徑大于16 cm，樁與樁之間緊密接觸，邊坡土層以上木樁一般進(jìn)行柏油浸泡處理以提高耐久性。木樁植物護(hù)坡同樣適用于陡坡穩(wěn)固，其穩(wěn)定性能較混凝土板樁差，卻更加貼近自然，同時(shí)取材、施工更加簡便。木樁植被護(hù)坡目前是黃河故道整治工作中應(yīng)用最為廣泛的護(hù)坡形式。見圖1。

圖1 木樁結(jié)合植物護(hù)坡

1.1.3漿砌石擋墻結(jié)合植物護(hù)坡

對(duì)于流速較大、河水沖刷嚴(yán)重的河道凹彎段或者險(xiǎn)工段，適合采用漿砌石擋墻植物護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)。漿砌石擋土墻通常設(shè)置在距離河口外約1～2 m，以防止底板前沿土體被沖刷掏空，導(dǎo)致墻身失穩(wěn)。漿砌石擋土墻與河水接觸位置可栽植水生植物，護(hù)坡以上部位栽種灌草類植被。漿砌石擋土墻不僅可以支撐住邊坡自身穩(wěn)定，并能有效地抵擋河水的沖刷。見圖2。

圖2 漿砌石擋墻護(hù)坡

1.1.4模袋混凝土結(jié)合植物護(hù)坡

模袋混凝土護(hù)坡能夠很好地幫助坡度較緩、沖刷嚴(yán)重的河道達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)，保證邊坡不發(fā)生失穩(wěn)坍塌。模袋混凝土護(hù)坡技術(shù)通常會(huì)先對(duì)護(hù)坡坡面進(jìn)行清理整平，去除雜草、石塊等尖銳物體，以防刺損模袋，并在常水位以上護(hù)坡部位澆筑一道混凝土頂坎用于固定模袋，隨后進(jìn)行混凝土填充，模袋混凝土與河底通過拋石進(jìn)行固基。頂坎以上護(hù)坡平整后栽種植被。通過在坡面上貼附一層模袋混凝土，對(duì)邊坡施加更多壓力，提高其自身穩(wěn)定性能，同時(shí)可以保護(hù)邊坡免受流水的直接沖刷破壞。見圖3。

1.2 水土保持型護(hù)坡形式

圖3 模袋混凝土護(hù)坡

針對(duì)黃河故道沙土區(qū)河道邊坡水土流失嚴(yán)重的問題，選擇根系發(fā)達(dá)、固土能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土物種，構(gòu)建喬、灌、草立體物種配置，可以有效地減少河岸的水土流失。

1.2.1生態(tài)立體種植護(hù)坡

河道生態(tài)立體種植，其本質(zhì)為純植物護(hù)坡，是植物復(fù)合群體在時(shí)空上的充分利用。根據(jù)不同植物的特性，利用它們?cè)谏L過程中的時(shí)空差，合理地實(shí)行科學(xué)的間種、套種、混種、復(fù)種等配套種植，形成多種植物、多層次、多時(shí)序的立體交叉種植結(jié)構(gòu)[6]。生態(tài)立體種植適合于沒有太高防洪要求的農(nóng)村河道，在經(jīng)濟(jì)還不富裕、土地緊張的地區(qū)，還可以通過在河道邊坡和河堤合理種植一定的經(jīng)濟(jì)作物，來增加農(nóng)民收入，并解決水土保持中植被種植和養(yǎng)護(hù)問題。

立體種植中的喬木，可攔截部分降水而不致使雨滴直接對(duì)坡面進(jìn)行撞擊，避免造成大動(dòng)能雨滴的濺蝕，減少因撞擊而濺出的土粒數(shù)量，從喬木上下來的雨滴降落在草本植物上，然后滲入土壤，避免了外力與裸露地面的直接接觸。喬木植物的蒸騰作用很大，通過根系對(duì)邊坡土壤里的水分進(jìn)行排泄，減小了坡面土壤里的孔隙水壓力，增加了土壤吸力，從而提高了土體的抗剪強(qiáng)度，增加了坡面土體的穩(wěn)定性，保護(hù)了河道坡面。同樣草本植物也可以起到抑制土壤流失的作用。草本植物覆蓋在地面上，能夠有效地削弱雨滴對(duì)土粒的濺蝕，隨著草本植物覆蓋率的增加，土體的流失量會(huì)急劇減少。見圖4。

圖4 生態(tài)立體種植邊坡

1.2.2植物網(wǎng)墊復(fù)合型護(hù)坡

植物網(wǎng)墊復(fù)合型護(hù)坡通常采用孔隙率較高的土工網(wǎng)，網(wǎng)墊的空隙中添加有草籽和土料。草籽生長透過網(wǎng)墊后，其根系深入邊坡土壤層，植被、網(wǎng)墊、根系與邊坡合為一體，形成了一層緊貼于邊坡坡面的堅(jiān)固結(jié)皮，可以有效的防止邊坡土壤因降水侵蝕或河水沖刷而流失。這類植被網(wǎng)墊復(fù)合型護(hù)坡可用于流速較急的河道中，能夠進(jìn)一步改善黃河故道邊坡土層結(jié)構(gòu)特性，彌補(bǔ)土壤砂性過大的缺陷，提高土壤的抗蝕性能，目前這類護(hù)坡形式在黃河故道沙土區(qū)河道邊坡水土流失防護(hù)中發(fā)揮著巨大的作用。見圖5。

圖5 植物網(wǎng)墊復(fù)合型護(hù)坡

1.2.3連鎖式砌塊護(hù)坡

連鎖式砌塊護(hù)坡通過砌塊間的緊密結(jié)合，可將各砌塊連接形成整體，為護(hù)坡坡面提供一個(gè)穩(wěn)定、柔性的保護(hù)層，連鎖式砌塊阻斷了雨水和河流對(duì)邊坡土壤的直接接觸，抑制坡面受侵蝕破壞，在有砌塊覆蓋情況下的邊坡土層幾乎不會(huì)發(fā)生土壤流失情況，即使是急流水體的河道中依然可以保證邊坡穩(wěn)定。同時(shí)連鎖砌塊采用了空心模式，在孔內(nèi)可種植植物，既有利于增加護(hù)坡的生態(tài)性，又可以減少混凝土材料對(duì)水陸系統(tǒng)間交替所帶來的約束。見圖6。

圖6 連鎖式砌塊護(hù)坡

1.3 生態(tài)凈水型護(hù)坡

針對(duì)黃河故道一些河段水質(zhì)污染的問題，通過凈水石籠或生態(tài)混凝土護(hù)坡，發(fā)揮植物和微生物的凈水作用，增加水體中生物的多樣性，提高水體的自身凈化能力。

1.3.1凈水石籠護(hù)坡

凈水石籠護(hù)坡是采用鐵絲網(wǎng)或格賓網(wǎng)制成方籠，在籠中加入石塊、泥土和凈水填料等，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)性整體，錨固于坡腳和邊墻。石籠頂部一般栽植水生植物，同時(shí)石籠填充后所留下的孔隙較大，十分有利于微生物的生長。因此，可以很好地利用石籠中的凈水材料、水生植被以及微生物來吸收降解降水徑流帶來的面源污染與河流水體中的污染物質(zhì)。凈水石籠護(hù)坡比較適用于坡度緩的河道護(hù)岸。見圖7。

圖7 凈水石籠護(hù)坡

1.3.2生態(tài)混凝土護(hù)坡

生態(tài)混凝土是以粗骨料為主制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)和表面特性，具有良好通透性，能與環(huán)境協(xié)調(diào)共處的混凝土。相對(duì)于傳統(tǒng)的混凝土，生態(tài)混凝土最大的優(yōu)點(diǎn)就是存在極多的單獨(dú)或連續(xù)空隙，擁有一定的透水性能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)植被和微生物的生長，令其具有凈化水質(zhì)的生態(tài)功能[7]。目前生態(tài)混凝土在黃河故道多處河道、水庫、蓄水池等邊坡防護(hù)和水景觀建設(shè)工程方面有著廣泛應(yīng)用。見圖8。

圖8 生態(tài)混凝土護(hù)坡

1.4 生態(tài)修復(fù)型護(hù)坡

針對(duì)黃河故道生態(tài)退化的河段，采取植生卷材護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡等護(hù)坡模式，為生物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，構(gòu)建良好的河道生態(tài)系統(tǒng)。

1.4.1植生卷材護(hù)坡

植生卷材護(hù)坡技術(shù)通過在邊坡上鋪設(shè)并錨固植生卷材，將種子、有機(jī)質(zhì)和植被發(fā)育基礎(chǔ)材料用專門機(jī)械壓送注入到卷材內(nèi)，從而在邊坡表面形成長期穩(wěn)定的植物生長基礎(chǔ)層。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)硬質(zhì)或其他不適植被生長條件坡面的永久性綠化，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)效果。植生卷材造價(jià)低廉，施工簡便，同時(shí)應(yīng)用范圍廣，目前黃河故道中高陡巖質(zhì)性邊坡、傳統(tǒng)河道硬質(zhì)護(hù)岸和干旱沙土區(qū)河道護(hù)坡等多采用此類護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行生態(tài)綠化改造。見圖9。

圖9 植生卷材護(hù)坡

1.4.2生態(tài)袋護(hù)坡

生態(tài)袋護(hù)坡具有使用簡便、植物生長率高、綠化效果長久穩(wěn)定等特點(diǎn)，是現(xiàn)在護(hù)坡綠化中重要方法之一。生態(tài)袋護(hù)坡原理與植生卷材護(hù)坡相似，所采用的生態(tài)袋也稱植生袋，由專用機(jī)械設(shè)備，按特定生產(chǎn)工藝將肥料、草種、保水劑等定植于抗老化土工布中制成具有一定形狀和強(qiáng)度的土工袋，以代替一般的護(hù)岸砌塊。生態(tài)袋護(hù)坡適用于坡度較小的河岸，在生態(tài)袋安置穩(wěn)定后，植物可以穿過袋體自由生長，同時(shí)在植被物種選擇上生態(tài)袋更具多樣性，有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)和邊坡環(huán)境向自然化還原。見圖10。

圖10 生態(tài)袋護(hù)坡

1.5 景觀親水型護(hù)坡

為了使黃河故道的自然條件和歷史文化得到充沛的體現(xiàn)，需打造獨(dú)特的河道景觀，并搭建親水平臺(tái)，供人們休閑娛樂。

1.5.1景觀型山石護(hù)坡

通過拋石技術(shù)，在坡面和坡腳擺放山石，石塊間和坡面栽植水生植物和灌草，營造出獨(dú)有的自然氛圍。這類護(hù)坡還可以參照?qǐng)@林駁岸的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行布局，更加體現(xiàn)出園林風(fēng)格，景觀效果突出。景觀型山石護(hù)坡適用于坡度較緩、流速小的河道。見圖11。

1.5.2親水平臺(tái)護(hù)坡

河岸帶較寬的河道適合建設(shè)親水平臺(tái)護(hù)坡，這種類型的護(hù)坡是根據(jù)不同水位變化和河道斷面，設(shè)計(jì)不同階級(jí)的活動(dòng)平臺(tái)，布置了不同景觀風(fēng)格的浮床、駁岸、亭閣等，能夠滿足全年都提供優(yōu)美的河道風(fēng)景和舒適的休閑空間。親水平臺(tái)護(hù)坡投資大，設(shè)計(jì)時(shí)需全面考慮河道水位的升降，植被選擇也需合理搭配，在有條件的城市河道中可以積極推廣親水平臺(tái)護(hù)坡，以改善城市環(huán)境，提高生活質(zhì)量。見圖12。

圖11 景觀型山石護(hù)坡

圖12 親水平臺(tái)護(hù)坡

2 結(jié)語

黃河故道具有獨(dú)特的自然條件和深厚的歷史文化，然而目前江蘇省黃河故道存在著防洪隱患、水土流失、水質(zhì)污染、景觀生態(tài)退化4個(gè)主要問題。通過對(duì)已建運(yùn)行的生態(tài)護(hù)坡的調(diào)查研究，提出了能夠有效解決上述問題的生態(tài)護(hù)坡模式。適合加強(qiáng)防洪穩(wěn)定的有混凝土板樁植物護(hù)坡、木樁植物護(hù)坡、漿砌石植物護(hù)坡和模袋混凝土植物護(hù)坡；提高水土保持能力的有生態(tài)立體種植護(hù)坡、植物網(wǎng)墊復(fù)合型護(hù)坡和連鎖式砌塊護(hù)坡；有效凈化水質(zhì)的有凈水石籠護(hù)坡和生態(tài)混凝土護(hù)坡；改善景觀親水功能的有景觀型山石護(hù)坡和親水平臺(tái)護(hù)坡。生態(tài)護(hù)岸對(duì)于維護(hù)黃河故道的水土保持功能和生態(tài)完整性具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。生態(tài)護(hù)坡有利于河道凈化，還原清澈見底、水草豐茂、魚蝦洄游的自然生態(tài)景觀，保證青山碧水，美化我們的生存環(huán)境。

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