河道生態(tài)護坡的研究進展

周書桓 耿 楠 林賢達 余 汶 費思怡 童茹夢

（浙江水利水電學院浙江省農村水利水電資源配置與調控關鍵技術重點實驗室，浙江杭州 310038）

生態(tài)護坡在滿足護坡基本功能的基礎上，有機結合了綠植景觀、人文生態(tài)等，具備增加生物多樣性、恢復生態(tài)系統(tǒng)等關鍵作用。本文對生態(tài)護坡技術進行梳理，對傳統(tǒng)護坡技術根據主要材料進行分類總結，列舉近年來的新型技術。

1 生態(tài)護坡的設計要求和原則

開始施工前應調查周圍的生態(tài)環(huán)境，設計時全面考慮該工程對周圍生態(tài)環(huán)境可能造成的影響和破壞，達到工程與周圍環(huán)境的平衡和共贏局面。在規(guī)劃階段調查周圍環(huán)境的生態(tài)可承受的區(qū)間（生態(tài)環(huán)境可以承受的最大和最小范圍），是水利工程的施工中的硬性指標，可有效減少對生態(tài)的破壞。

（1）安全性和經濟原則。

安全性是水利工程施工中最重要的環(huán)節(jié)之一，需要保證工程建設中的每步工序都具有規(guī)范性和安全性，且符合相關學科的規(guī)范標準，如工程力學和水文學等。經濟原則就是在保證工程質量和承擔較小風險的基礎上，采用最少的資金成本獲得最大的回報收益。

（2）空間異質性原則。

空間異質性指在一片空間里的生態(tài)環(huán)境是不均衡的、具有復雜性的。通常情況下，空間異質性指數(shù)越高就，空間越復雜，越復雜的環(huán)境能夠容納越多種類的生物在空間中生存，空間異質性指數(shù)對生態(tài)水利工程的選址具有指導作用。

（3）生態(tài)系統(tǒng)自我恢復原則。

生態(tài)水利工程在規(guī)劃設計階段，應遵循生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復的原則。在水利生態(tài)工程建設的過程中，應當結合當?shù)厝宋牧曀缀妥匀画h(huán)境因素進行生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃設計。

2 生態(tài)護坡技術發(fā)展

20世紀30年代，生態(tài)護坡的理念和技術進入中歐地區(qū)并引起了廣泛關注，在河堤的防護上采用扦插、三維植草護坡等方法。20世紀70年代，土壤生物工程護岸技術在歐美等發(fā)達國家得到廣泛應用。20世紀80年代末，瑞士等歐洲國家研究并推出了一種新的生態(tài)相關技術，即自然型護坡。20世紀90年代初，日本在城鎮(zhèn)河道邊坡中采用了生態(tài)型護坡技術，并根據實際推出了植被生態(tài)混凝土護坡。進入工業(yè)社會后，我國開始推廣駁坎、混凝土護岸類的“硬質”護坡，逐漸取代了原始的植物護坡。近年來，我國生態(tài)護坡方面取得較大進步。季永興等分析了城鎮(zhèn)原有的河道護坡結構，探索不同材料在護坡結構方面的可行方法；陳明曦等通過探索景觀生態(tài)學的原理，研究了構建城市河道生態(tài)護岸的方法。

3 生態(tài)護坡的類型

常見的生態(tài)護坡根據使用材料可分為自然材料生態(tài)護坡、金屬材料生態(tài)護坡、混凝土材料生態(tài)護坡、土工材料生態(tài)護坡。另外，提出了“新的生態(tài)護坡技術”的分類以方便了解生態(tài)護坡近年來的發(fā)展。

3.1 自然材料生態(tài)護坡

（1）植草護坡。

植草護坡是一種利用植被根系的加筋提高護坡土壤和坡面結構穩(wěn)定性的防護手段，也和其他材料相結合，如植被與土工材料相結合的護坡結構，常見的有結合直立矮墻、混凝土方格植草等技術。在土工材料保護邊坡穩(wěn)定的基礎上，植物的根系能夠提高坡面的抗沖刷能力。

（2）木樁植被復合護岸。

該技術利用柱形的擾流消渦作用，在沿岸依次打入木樁以達到對護坡的抗沖刷保護作用，在上部土坡種植被?？蓽p少地表徑流，減緩河水對岸坡的侵蝕作用，岸邊的柵欄與植物還可以形成景觀，實現(xiàn)穩(wěn)定性、生態(tài)性、景觀性的統(tǒng)一。

（3）厚層基材噴薄技術。

該技術按比例將不同材料配置成類土壤結構，將種子、肥料，保護劑混入其中，均勻噴涂于岸面，為綠植生長營造良好的環(huán)境，植物具有良好的護坡和綠化作用。該技術可修復環(huán)境和提高護坡的穩(wěn)定性，對護坡的保護具有促進作用。

3.2 金屬材料生態(tài)護坡

（1）生態(tài)石籠網結構護岸。

該技術利用鐵絲網籠將碎石、土塊及肥料混合構成種植基，通過種植基構成土墻或臺階式護坡，通常坡面種綠植以起到綠化和抗沖刷作用，常用于流速較大河段。根據不同力學特點分為重力式擋土墻防護結構、半重力式擋土墻防護結構、穩(wěn)定路基結構、加筋錨固防護結構。

（2）金屬絲網箱護岸。

該技術在通常將五層或六層金屬絲網箱疊在一起，并用石料對網箱內部進行填充，對網箱的鋼絲進行防腐處理以提高耐久性。網箱內填充材料的孔隙有助于護岸內空氣、水分的自由交換和水生動植物的生存生長，還能夠起到保持水土和消聲斂光的作用。

3.3 混凝土材料生態(tài)護坡

（1）預制混凝土連鎖塊體結構。

該結構一般由混凝土材料構成，采用一組幾何形狀、大小、重量都相同的小型結構拼接而成，結構的空隙處可種植綠植提高坡體的穩(wěn)定性，適用于侵蝕作用較大的河岸。近年來我國學者在研究該技術的過程中，對原有的二維結構進行改進，研究出三維結構的混凝土連鎖結構塊體，大幅度提升了抗沖刷、抗滑和生態(tài)性能。

（2）水泥生態(tài)種植基技術。

該種植基由固、液、氣三相構成，具備一定強度的多孔材料，固體物質主要由土壤、低堿水泥及有機肥料構成，液體物質主要由水和填充的保水劑構成，由秸稈等物質形成的空隙為氣體部分提供了和外界交換的條件，還可在表面種植綠植起到綠化和抗沖刷作用。

（3）植被型生態(tài)混凝土護坡。

該技術因其生產效率高、機械化程度高以及可全坡面噴植的特點，在河道護坡方面被廣泛采用。為減少生態(tài)磚之間的滑動，可采用連鎖式砌塊技術固定生態(tài)磚。該護坡可強化生態(tài)磚和坡面之間的穩(wěn)固性，加強坡面的生態(tài)性和抗沖擊能力，避免水土流失。

（4）土壤固化劑技術。

該技術以水泥和土壤為主體，加入固化劑促進土壤之間的物理化學反應，改善土壤顆粒間的連接結構和接觸關系，提高了土壤的抗壓、抗?jié)B等性能，為綠植提供生長環(huán)境。該技術廣泛應用于水利工程、道路交通等方面。

3.4 土工材料生態(tài)護坡

（1）生態(tài)袋護岸。

在生態(tài)袋中加入土壤、碎石和肥料等物質，根據生態(tài)袋的柔性特點形成了能夠良好適應坡面角度變化的柔性護坡。關春曼等利用生態(tài)袋、石籠網等材料，改良出了新型生態(tài)擋墻，利用石籠網和廢舊輪胎進行加固的同時結合生態(tài)袋的透水、柔性等特點，相較于傳統(tǒng)的硬質護坡具有生態(tài)環(huán)保、使用壽命長等特點。

（2）土工格室生態(tài)護岸。

該技術因可就地取材的便利性和普適性被廣泛應用于河道防護中。通過在需要保護的坡面鋪設土工格室，在格室空隙中填充碎石、土壤等物質，在表面種植綠植保持水土。實驗證明土工格室抗侵蝕性能良好，對紅壤土邊坡的降雨沖刷防護效果明顯，值得推廣。

（3）三維植被網護坡技術。

該技術包括植被護坡和土工網護坡兩種技術，利用土工網為坡面提供強度，也可利用綠植來保持水土。該技術需要在坡面覆蓋土工材料，為植被生長留夠空間；坡面通過植物根系對土壤進行加固以提高坡面穩(wěn)定性；若選用根系發(fā)達、生命力頑強的植物可以對該技術起到良好的促進效果。

4 生態(tài)護坡新技術

（1）特拉錨墊生態(tài)修復。

采用特拉錨墊固定土壤以減少土壤表面的水分蒸發(fā)和地表徑流對土壤的侵蝕作用，為綠植提供了生長基質，并對其生長起到保護作用。技術由兩個結構組成，反濾層保證透水不淤堵；草皮增強墊保護植物根莖以及抗沖刷。

（2）蜂巢格室約束系統(tǒng)生態(tài)護坡。

應用蜂巢約束技術實現(xiàn)邊坡填充材料約束和穩(wěn)定，通過三維柔性蜂巢網狀結構的蜂巢格室及填料、土工布和植被構建復合覆蓋保護層，具有安全可靠、經濟合理、生態(tài)環(huán)保、穩(wěn)定耐久的特點。

（3）“雷諾護墊+高性能基材層”護坡。

由雷諾護墊和高性能生態(tài)基材層兩部分組成，是一種剛柔結合型護岸技術。剛性部分采用雷諾護墊代替塊石，柔性部分在護墊表層覆蓋一層高性能生態(tài)基材。該護岸抗沖性能較好，能夠穩(wěn)固邊坡，為實際工程設計提供了一定的參考。技術優(yōu)勢：①柔性覆蓋，可適應多種不同坡度的邊坡；②緊密貼合，生態(tài)基材具有柔性，可適應坡度起伏的邊坡；③加速生長，同時具有保護作用。

5 結語

本文通過對當前幾種較成熟的技術和幾種新技術進行分類比較，發(fā)現(xiàn)生態(tài)護坡的發(fā)展越來越貼合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，這也是未來生態(tài)護坡的主要發(fā)展方向。