淺析河道整治中的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

汪 德 誠

(合肥學(xué)院,安徽 合肥 230601)

1 傳統(tǒng)河道護(hù)坡類型及其存在的問題

1.1 傳統(tǒng)河道護(hù)坡類型

長久以來，我們對城市河道護(hù)坡考慮最多的是行洪速度、河道沖刷、水土保持等問題，常常采用封閉硬質(zhì)的護(hù)坡形式來維護(hù)城市安全，但是這種封閉硬質(zhì)的護(hù)坡破壞了河道的生態(tài)系統(tǒng)平衡，忽略了河道的其他功能[1]。傳統(tǒng)的城市河道治理工程中，大多都是采用漿砌或干砌塊石護(hù)坡、預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡、土工膜袋混凝土護(hù)坡、框格石塊護(hù)坡、鉛絲石籠護(hù)坡等。

1.2 傳統(tǒng)河道護(hù)坡存在的問題

傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護(hù)坡方式雖然可以發(fā)揮出一定的水利功效，也在很多方面做出了成績，但是，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，我們已經(jīng)深刻的認(rèn)識到這類護(hù)坡形式對環(huán)境所帶來的影響，也逐漸意識到它存在的一些問題。

1)封閉的護(hù)坡形式使得河道中的生物與微生物丟失了它們賴以生存的環(huán)境，破壞了河道的原生態(tài)水利環(huán)境。同時(shí)封閉的坡體表面切斷了河流與地下水相互補(bǔ)充的自然通道；隔絕了與外界的物質(zhì)、信息、能量循環(huán)交換；導(dǎo)致河流的自凈能力遭受破壞、河流自然生態(tài)系統(tǒng)受損，引起了生態(tài)退化的一系列環(huán)境問題。

2)傳統(tǒng)的河道斷面樣式單一、幾何規(guī)則、具有很明顯的渠化特征，這讓自然河流原生態(tài)環(huán)境無法滿足異質(zhì)性的要求，過大的水流速度導(dǎo)致水體中的生物被沖走，間接減少水中的生物多樣性。兩邊硬質(zhì)的護(hù)坡表面根本無法有效地延滯降雨過程中的溶解性有機(jī)物(Dissolved Organic Matter，DOM)和重金屬(Heavy Metal，HM)等具有代表性的污染物[2]地表徑流污染物，污染物隨雨水一沖而下，加重水體的污染、削弱了水體的環(huán)境承載力。

3)硬質(zhì)的材料與河道環(huán)境的可接受性較差，它們與生物的兼容性較差，抗凍融能力也很一般。同時(shí)單調(diào)生硬的護(hù)坡型式與我們現(xiàn)在追求回歸自然的不相一致、與周邊環(huán)境也極不協(xié)調(diào)。我們生活在生硬、單調(diào)、灰色、封閉的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，身心健康也在遭受傷害。在這種型式的護(hù)坡下，河道也就逐漸失去了原有的風(fēng)采，親水、娛樂休閑的平臺也逐漸減少，整個(gè)城市也因此少了一份靈韻與朝氣。

以上情況可以知道，傳統(tǒng)硬性結(jié)構(gòu)護(hù)坡對城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了很大影響，不利于生態(tài)水利的建設(shè)，城市河道整治中有必要推行一種生態(tài)型護(hù)坡方式，于是生態(tài)護(hù)坡技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，它除了具備傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護(hù)坡形式的優(yōu)點(diǎn)之外，融入了城市河道的自然風(fēng)貌、生態(tài)景觀，順應(yīng)了人與自然和諧相處的要求，還具有調(diào)節(jié)局部小氣候的功能。因此在生態(tài)河道治理中越來越被人們倡導(dǎo)和應(yīng)用。

2 生態(tài)護(hù)坡的發(fā)展情況與機(jī)理

2.1 生態(tài)護(hù)坡的發(fā)展情況

目前，生態(tài)護(hù)坡的范圍還很寬泛,國外一般把生態(tài)護(hù)坡定義為:“用活的植物,單獨(dú)用植物或者植物與土木工程措施和非生命的植物材料相結(jié)合,以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕”[3]。也有人定義成“生態(tài)護(hù)坡是利用植物進(jìn)行坡面保護(hù)和侵蝕控制的途徑與手段”[4]，還有定義成“生態(tài)護(hù)坡是在邊坡形態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上生態(tài)系統(tǒng)能夠自我運(yùn)行并能可持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一體”[5]。這些都是有關(guān)生態(tài)護(hù)坡的寬泛定義，國內(nèi)外還沒有關(guān)于生態(tài)護(hù)坡明確的定義。國內(nèi)生態(tài)護(hù)坡發(fā)展較晚，對其定義也大多參照國外研究基礎(chǔ)上進(jìn)行的，指出生態(tài)護(hù)坡是利用植物根系與土體的相互作用來固坡護(hù)坡，結(jié)合巖土與環(huán)境兩方面的內(nèi)涵、兼顧防與護(hù)兩個(gè)方面，使得既滿足穩(wěn)定的要求，又能修復(fù)河道的生態(tài)水利環(huán)境。國外發(fā)達(dá)國家對傳統(tǒng)護(hù)坡所帶來的問題認(rèn)識較早，很早就開始研究并提出了有關(guān)于的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，20世紀(jì)30年代剛開始出現(xiàn)，60年代開始向世界發(fā)展推廣，在各個(gè)國家發(fā)展后逐漸有了各自的技術(shù)理念，如：瑞士的“親近自然河流”概念、德國的“自然型護(hù)岸”技術(shù)[6]、荷蘭倡導(dǎo)“還河流空間”的新理念[7]；日本的“親水”理念和植被型生態(tài)混凝土技術(shù)[8]、歐美國家的土壤生物工程護(hù)岸技術(shù)。同時(shí)也有許多模型理論支持者生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的發(fā)展。如：Turnanina[9]的“根強(qiáng)度與根直徑成反比”理論；Cazzuffi等[10]先后建立的“土體抗剪強(qiáng)度的增加量與植物根面積成正比”理論；Kazutoki Abe[11]的“根系對邊坡抗剪強(qiáng)度影響”公式等。與此相比，我國國內(nèi)對生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究起步較晚，20世紀(jì)90年代生態(tài)護(hù)坡理念最初在河道堤防管理部門中提出。這些年在充分吸收國外河道整治和其他生態(tài)護(hù)坡研究成果的基礎(chǔ)上，我國在生態(tài)護(hù)坡理論技術(shù)上也取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展。如：鄢俊[12]研究了各種植草護(hù)坡方式的特點(diǎn)和邊坡種草的關(guān)鍵技術(shù)；盧志靈[13]討論了生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式；宋云[14]提出的植物淺根加筋理論和深根錨固理論；張俊云的“根直徑與其抗拉強(qiáng)度成反比”的理論公式[15]；季永興等[16]研究的生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的新方法；俞孔堅(jiān)等[17]提出的變水位情況下的生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)。現(xiàn)在人們越來越重視環(huán)境友好，也更加注重環(huán)境方面的影響，所以現(xiàn)在很多城鎮(zhèn)河道護(hù)坡中，都會優(yōu)先的采用一些環(huán)境友好的生態(tài)型護(hù)坡方案，近些年各地也有許多城鎮(zhèn)河流修復(fù)的案例，其中上海4個(gè)生態(tài)河道示范區(qū)開展的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究也取得了不錯(cuò)的成效[18]，江蘇省蘇州河、秦淮河生態(tài)修復(fù)治理都有著不錯(cuò)的成績。揚(yáng)州大學(xué)的CT掃描法、三峽大學(xué)研發(fā)的植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)也都得到了較好的應(yīng)用[19]。

2.2 生態(tài)護(hù)坡的機(jī)理

土壤中空隙水壓力的大小與坡體的穩(wěn)定密切相關(guān)，蒸騰作用可以有效地降低土體中空隙水壓力，蒸騰速率越大，降低土壤空隙水壓力越快，越能增加邊坡的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性[20,21]。同時(shí)通過植物根系與土壤之間的機(jī)械相互作用增加土壤的總體強(qiáng)度，使之固結(jié)為一個(gè)系統(tǒng)的整體。植物根系中較為淺層的根系在土壤中不僅限于垂直生長，在土壤中水平分布增長，導(dǎo)致邊坡土體在淺層根系四周成為土與植物根系的復(fù)合體，同時(shí)，土壤中較為更加深層的根系垂直穿過坡體的淺層土壤，與土壤之間的相互作用，從而使得整個(gè)土體更加趨于穩(wěn)定。另外植物枝葉可以有效地控制降雨對地表造成的侵蝕，很大程度上減少了水土流失、有效地抵抗地表降雨的侵蝕(見表1)。

表1 植被抗侵蝕護(hù)坡水文效應(yīng)(+有積極影響；-消極影響)

3 生態(tài)護(hù)坡的類型

近些年生態(tài)護(hù)坡出現(xiàn)了很多種方法，比如：植草磚類型的生態(tài)護(hù)坡、格賓生態(tài)格網(wǎng)護(hù)坡、草皮護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡、植物型生態(tài)混凝土護(hù)坡、水泥生態(tài)種植基護(hù)坡、石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)型護(hù)坡等。雖然它們有著各自的不同的方法工藝，但歸結(jié)起來還是有著比較明顯的生態(tài)色彩。這些生態(tài)護(hù)坡的方法歸納起來為兩種:1)植物護(hù)坡;2)植物—工程措施復(fù)合護(hù)坡。植物護(hù)坡是指僅僅用植物的根系來進(jìn)行固土固坡的一種類型，比較適合于坡度不大的坡體。典型方法有草皮護(hù)坡、草毯護(hù)坡等。植物—工程措施復(fù)合護(hù)坡技術(shù)是指通過工程措施提供植物初期的營養(yǎng)質(zhì)，在坡面構(gòu)建一個(gè)適合植物生長的防護(hù)系統(tǒng)來進(jìn)行有效地固土護(hù)坡方式，典型的有水泥種植基護(hù)坡技術(shù)、三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)，生態(tài)型混凝土技術(shù)等。無論是哪種類型的生態(tài)護(hù)坡較以往的傳統(tǒng)護(hù)坡還是有了很大的進(jìn)步，順應(yīng)了人們追求環(huán)境友好的和諧理念。

4 生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的結(jié)論與建議

和傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護(hù)坡技術(shù)相比，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)生態(tài)護(hù)坡不僅具有傳統(tǒng)護(hù)坡的功效，還融合了河道景觀、文化和生態(tài)多個(gè)方面的內(nèi)涵，共同營造出和諧的生態(tài)水利環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。在社會向著環(huán)境友好型、資源節(jié)約型轉(zhuǎn)變的今天，已經(jīng)逐步成為侵蝕控制和生態(tài)修復(fù)的新方法。在高速公路、鐵路邊坡、渠道、河道邊坡、城市河道治理工程中都有著生態(tài)護(hù)坡的影子，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，南水北調(diào)、引江濟(jì)淮、淠史杭灌區(qū)渠道防護(hù)工程中，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)都有著廣闊的應(yīng)用前景。采用友好的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的健康、營造和諧的生態(tài)水利環(huán)境、構(gòu)造和諧的生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)必然有著光明的未來。

生態(tài)護(hù)坡在我國的廣泛應(yīng)用，幫助我們從一個(gè)單調(diào)的水利環(huán)境向著和諧的生態(tài)水利環(huán)境轉(zhuǎn)變，成功的解決了硬化與綠化之間的矛盾，但是生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在我國起步較晚，很多方面值得我們進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)護(hù)坡的理論研究做出改進(jìn)。有兩點(diǎn)建議值得我們?nèi)ニ伎迹?/p>

1)目前生態(tài)護(hù)坡技術(shù)還沒有統(tǒng)一的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，缺乏統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)[22,23]，在綜合評價(jià)生態(tài)護(hù)坡功能方面僅僅停留在視覺效果上，評價(jià)生態(tài)護(hù)坡功能的方法并不成熟，所以今后有必要去建立一套合理有效的綜合評級指標(biāo)體系，要讓我們的生態(tài)護(hù)坡評價(jià)有一個(gè)系統(tǒng)的、綜合的評價(jià)體系。2)我國已完成傳統(tǒng)護(hù)坡的工程也占有很大的一部分，隨著時(shí)間的推移，傳統(tǒng)護(hù)坡材料出現(xiàn)損壞、護(hù)坡的功能逐漸喪失，那么找到傳統(tǒng)護(hù)坡與生態(tài)護(hù)坡之間的聯(lián)系，進(jìn)行城市河道傳統(tǒng)護(hù)坡生態(tài)化改造方案研究，努力把傳統(tǒng)的護(hù)坡河道改造成和諧的生態(tài)護(hù)坡的方法勢必值得我們?nèi)プ龀鎏剿鳌?/p>