生態(tài)護岸技術在河道堤防治理工程中的應用

姜成堃 李璐珊 高雪

摘 要：系統(tǒng)分析傳統(tǒng)河道護岸目前存在的主要問題，并介紹了生態(tài)護岸應用現(xiàn)狀與設計原則。在河道堤防治理工程中的應用方面，提出了三維植被網(wǎng)護岸、植物護岸、土工材料復合種植基護岸和植被型生態(tài)混凝土護岸等技術方案，使河道成為生態(tài)景觀廊，創(chuàng)造更加顯著的生態(tài)效益和社會效益。

關鍵詞：河道治理;河道堤防;生態(tài)護岸

中圖法分類號：TV871? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

人民對生態(tài)環(huán)境維護的理念逐步增強，對水環(huán)境的需求越來越高。河道已不僅僅需要具有泄洪、排澇、蓄水等基本功能，而且還需要具備景觀、旅游、生態(tài)等功能。為了適應新形勢的需要，生態(tài)護岸運用綠色生物與土木工程、對河道坡面予以有效防護處理等方式，十分有利于優(yōu)化當?shù)睾拥赖乃髻|(zhì)量。生態(tài)護岸的規(guī)劃應用是如今河道整治工作的大勢所趨，積極構建良好的生態(tài)護岸工程對于清水綠岸的河道生態(tài)環(huán)境具有極高的現(xiàn)實價值。

1? 傳統(tǒng)護岸存在的問題

傳統(tǒng)的河道護岸主要有漿砌或干砌塊石護岸、現(xiàn)澆混凝土護岸、預制混凝土塊體護岸等。長期以來，傳統(tǒng)的河道護岸工程往往局限于防洪、排澇、引水和航運等基本功能。在護岸工程設計中，特別是城市河道，為了控制河勢和確保河道的防洪安全，著力于運用塊石、混凝土等硬質(zhì)材料的結構設計，而很少考慮河道的生態(tài)、景觀、休閑、娛樂等其他功能，這些護岸工程造價相對較高且維護工作難度較大。

1.1? 對生態(tài)的破壞

傳統(tǒng)的護岸工程將整個河岸表面封閉起來，隔絕了土壤與水體之間的物質(zhì)交換，原先生長在岸坡上的生物不能繼續(xù)生存，生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈斷開，使土壤和水體中的生物失去了賴以生存的環(huán)境。凡是使用混凝土塊護岸治理過的河流，水質(zhì)一般低于未治理的河流;已治理過的河流生態(tài)環(huán)境會變得很差，水生生物幾近絕跡，河流本身也因自凈能力下降瀕臨“死亡”。對生態(tài)的影響主要是：用水泥石料修葺的河道中，具有凈水功能的水生生物生長非常困難，河水自凈能力將降低，水質(zhì)可能惡化;會導致河水受陽光影響而使水溫變化過大，不利于維持水中生態(tài)平衡，特別是高溫季節(jié)，容易使傳染病菌孳生;隨著水流流速的增大，水中一些生物會被水流沖走，使水中生物減少，岸上又缺乏天然植物，直接影響了沿河野生生物種類生存，如水鳥。據(jù)統(tǒng)計，目前城市河道岸坡加襯砌后，沿河生物種類減少了70%以上，而水生物也只相當于原來的50%。

1.2? 對環(huán)境的影響

傳統(tǒng)的混凝土護岸在施工中均不同程度地在混凝土中使用了一些添加劑，如早強劑、抗凍劑、膨脹劑等，這些添加劑在水中發(fā)生反應，對水質(zhì)和水環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。岸坡沒有天然植物作為屏障，會使岸邊的垃圾輕易入水，造成污染。這些雖然不是水質(zhì)惡化的主要原因，但它們對進一步加劇了水質(zhì)惡化。

2? 生態(tài)護岸應用現(xiàn)狀

生態(tài)護岸能依靠植物良好的根系而使護岸具有一定的固土和抗沖能力，同時生態(tài)護岸具有造價低、能美化環(huán)境的獨特效果。隨著當前綜合國力的增強和人民生活水平的提高，人們從開始重視環(huán)境保護和生物多樣性的同時，也開始注重水利工程的環(huán)境問題。生態(tài)護岸技術在近幾年也有長足的發(fā)展，各地正在嘗試在不同條件下應用植被草、水力噴播植草技術、土工材料綠化網(wǎng)、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基、土壤固化劑等形式多樣的生態(tài)護岸技術。但總體來說，生態(tài)護岸在水利工程中的應用尚處于試驗和研究階段。

3? 生態(tài)護岸設計原則

3.1? 水力穩(wěn)定性原則

護岸的設計首先應滿足岸坡穩(wěn)定的要求。岸坡的不穩(wěn)定性主要因素，一是由于岸坡面逐步?jīng)_刷引起的不穩(wěn)定;二是由于表層土滑動或深層滑動破壞引起的不穩(wěn)定。因此，應對影響岸坡穩(wěn)定的水力參數(shù)和土工技術參數(shù)進行研究，從而實現(xiàn)對護岸的水力穩(wěn)定性設計。

3.2? 生態(tài)原則

生態(tài)護岸設計應與生態(tài)過程相協(xié)調(diào)，盡量使其對環(huán)境的破壞影響達到最小。這種協(xié)調(diào)意味著設計應以尊重物種多樣性、減少對資源的剝奪、保持營養(yǎng)和水循環(huán)、維持植物生境和動物棲息地的質(zhì)量、有助于改善人居環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的健康為總體原則。主要包含以下幾個方面。

（1）當?shù)卦瓌t。設計應因地制宜，在對當?shù)刈匀画h(huán)境充分了解的基礎上，進行與當?shù)刈匀画h(huán)境相和諧的設計。這一原則包括：尊重傳統(tǒng)文化和鄉(xiāng)土知識;適應場所自然過程，設計時要將這些帶有場所特征的自然因素考慮進去，從而維護場所的健康;根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，盡量使用當?shù)夭牧稀⒅参锖徒ú?，使生態(tài)護岸與當?shù)刈匀粭l件相適應。

（2）保護與節(jié)約自然資源原則。對于自然生態(tài)系統(tǒng)的物流和能流，生態(tài)設計強調(diào)的解決方案包括：保護不可再生資源;盡可能減少能源、土地、水、生物資源的使用，提高使用效率;利用原有材料，包括植被、土壤、磚石等服務于新的功能，大大節(jié)約資源和能源的耗費;盡量讓護岸處于良性循環(huán)中，從而使資源可以再生。

（3）回歸自然原則。自然生態(tài)系統(tǒng)為維持人類生存和滿足其需要提供各種條件和過程，這就是生態(tài)系統(tǒng)的服務。這一原則著重體現(xiàn)在：自然界沒有廢物，每一個健康生態(tài)系統(tǒng)，都有完善的食物鏈和營養(yǎng)級，所以生態(tài)設計應使系統(tǒng)處于健康狀態(tài);邊緣效應，在兩個或多個不同的生態(tài)系統(tǒng)邊緣帶，有更活躍的能流和物流，具有豐富的物種和更高的生產(chǎn)力，也是生物群落最豐富、生態(tài)效益最高的地段。河道岸坡作為水體生態(tài)與陸地生態(tài)之間的邊緣帶，在設計時應充分考慮其邊緣效應;維持生物多樣性，保持有效數(shù)量的動植物種群，保護各種類型及多種演替階段的生態(tài)系統(tǒng)，尊重各種生態(tài)過程及自然的干擾，包括自然火災過程、旱雨季的交替規(guī)律以及洪水的季節(jié)性泛濫。

4? 生態(tài)護岸技術

目前國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了一批用于生態(tài)方面的材料和技術，如三維植被網(wǎng)護岸、植被草、水力噴播植草技術、土工材料綠化網(wǎng)、植被型生態(tài)混凝土等。為檢驗、分析各種生態(tài)護岸工程的優(yōu)缺點和適用條件，以確定河道治理工程最優(yōu)護岸方案，綜合考慮水流、地質(zhì)、交通、景觀燈多種因素，我們選取了部分生態(tài)護岸類型進行分析研究，以便推廣應用。

4.1? 三維植被網(wǎng)護岸

三維植被網(wǎng)護岸是指利用活性植物并結合土工合成材料等工程材料，在坡面構建一個具有自身生長能力的防護系統(tǒng)，通過植物的生長對邊坡進行加固。具體而言就是根據(jù)邊坡地形地貌、土質(zhì)和區(qū)域氣候的特點，在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料并按一定的組合與間距種植多種植物，通過植物的生長活動達到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的。經(jīng)過生態(tài)護岸技術處理，可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯節(jié)的根系，有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度，減小孔隙水壓力和土體自重力，從而大幅度提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。

三維植被網(wǎng)護岸技術綜合了土工網(wǎng)和植物護岸的優(yōu)點，起到了復合護岸的作用。邊坡的植被覆蓋率達到30%以上時，能承受小雨的沖刷，覆蓋率達80%以上時能承受暴雨的沖刷。待植物生長茂盛時，能抵抗沖刷的徑流流速達6m/s，為一般草皮的2倍多。土工網(wǎng)的存在，對減少邊坡土壤的水分蒸發(fā)，增加入滲量有良好的作用。同時，由于土工網(wǎng)材料為黑色的聚乙烯，具有吸熱保溫的作用，可促進種子發(fā)芽，有利于植物生長。

4.2? 植物護岸

發(fā)達根系固土植物在水土保持方面有很好的效果，國內(nèi)外對此研究也較多，采用發(fā)達根系植物進行護岸固土，既可以達到固土保沙，防止水土流失，又可以滿足生態(tài)環(huán)境的需要，還可以進行景觀造景，在河道護岸方面可以借鑒。

但在河道用植物護岸也存在一些問題。護岸易被雨沖刷形成深溝，護岸效果差，影響景觀。因此，長期浸泡在水下、行洪流速超過3m/s的土堤迎水坡面和防洪重點地段（如河流彎道）不適宜植草護岸。

4.3? 土工材料復合種植基護岸

土工材料固土種植基可分為土工網(wǎng)墊固土種植基、土工單元固土種植基等多種形式。

土工網(wǎng)墊固土種植基主要由聚丙烯等高分子材料制成的網(wǎng)墊和種植土、籽等組成。固土網(wǎng)墊是由多層非拉伸網(wǎng)和雙向拉伸平面網(wǎng)組成，在多層網(wǎng)的交接點經(jīng)熱熔后粘接，形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)墊。該網(wǎng)墊質(zhì)地疏松、柔韌，有合適的高度和空間，可充填并存儲土壤和沙粒。植物的根系可以穿過網(wǎng)孔均衡生長，長成后的草皮可使網(wǎng)墊、草皮、泥土表層牢固地結合在一起。固土網(wǎng)墊一般可由人工鋪設，植物種植一般采用草籽加水力噴草技術完成。

另外，還有一種土工單元固土種植基，即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片狀材料經(jīng)熱熔粘接成蜂窩狀單元中填土植草起到固土護岸的作用。這種護岸形式雖然比單純植物護岸抗雨水沖刷效果好一些，但還不能應用到堤防迎水坡面。以后又有進一步發(fā)展，用混凝土、石籠等做成外框來增加坡面穩(wěn)定性，但還是難以抵御較大洪水侵蝕。

4.4? 植被型生態(tài)混凝土護岸

植被型生態(tài)混凝土是日本首先提出的，并在河道護岸方面進行了應用。近年來，我國也開始進行植被型生態(tài)混凝土的研究，并投入到實際工程應用中。

植被型生態(tài)混凝土由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、適量的細摻和料組成，是植被型生態(tài)混凝土的骨架。保水材料以有機質(zhì)保水劑為主，并摻入無機保水劑混合使用，為植物提供必需的水分。表層土鋪設于多孔混凝土表面，形成植被發(fā)芽空間，減少土中水分蒸發(fā)，提供植被發(fā)芽初期的養(yǎng)分和防止草生長初期混凝土表面過熱。很多植被草都能在植被型生態(tài)混凝土上很好生長，在做過的實驗過程中，紫羊毛、無芒雀麥表現(xiàn)出良好的耐堿性和耐旱性，紫羊毛還表現(xiàn)出優(yōu)異的耐寒性能。

在河道護岸或護岸結構中可以利用生態(tài)混凝土預制塊體進行鋪設，或直接作為護岸結構，既實現(xiàn)了混凝土護岸，又能在坡上種植花草，美化環(huán)境，使硬化和綠化完美結合。

植被型生態(tài)混凝土具有較好的抗沖刷性能，上面的覆草具有緩沖性能。由于草根的“錨固”作用，抗滑力增加，草生根后，草、土、混凝土形成一體，更加提高了堤防邊坡的穩(wěn)定性。經(jīng)實測，對邊距45cm的六邊形綠化混凝土孔構件，原重量30kg，長草生根后拔起力達到160kg。

5? 結語

綜上所述，在提倡人與自然和諧相處的今天，河道岸坡治理也從過去的僅注重安全、經(jīng)濟的治理模式向保持邊坡的自然特征的生態(tài)模式轉變。傳統(tǒng)的護岸工程雖然在穩(wěn)固邊坡方面卓有成效，卻忽視了環(huán)境保護和生物生存的需要。所以要加強生態(tài)護坡與工程措施的結合，并努力尋求在創(chuàng)造植被生存環(huán)境的過程中，盡量減少人工雕刻的痕跡。生態(tài)型護岸是一種新型的河道護岸方法，由于具有防浪、防水流沖刷、綠化和美化環(huán)境、滿足生態(tài)環(huán)境要求等特點，其發(fā)展前景廣闊，在工程效果得到保證、條件允許的地方，應注重生態(tài)型護岸的推廣與應用，生態(tài)護岸出現(xiàn)順應了人與自然共生的要求，不僅是河道護岸工程建設的一大進步，也將成為今后河道堤防護岸工程建設的主流。

隨著生態(tài)護岸在河道堤防治理工程中應用普及，在規(guī)劃河道景觀的過程中，水利工程設計人員將針對防護要求和不同的水流、邊界條件，綜合使用物料、地理地貌、水文、操作難易程度等方面來擇選護岸類型，使得河道成為“洪暢、堤固、水清、岸綠、景美”的生態(tài)景觀廊，創(chuàng)造更加顯著的生態(tài)效益和社會效益。

Application of Ecological Bank Protection Technology in River Embankment Treatment Engineering

Jiang Chengkun? ?Li Lushan? ?Gao Xue

（River Reservoir Management and Protection Center，Jimo District，Qingdao City，Qingdao 266200，China）

Abstract：This paper systematically analyzes the main problems existing in traditional river revetment，and introduces the application status and design principles of ecological revetment. In terms of application in river embankment treatment engineering，technical solutions such as three-dimensional vegetation net revetment，plant revetment，geotechnical material composite planting base revetment，and vegetation-type ecological concrete revetment are proposed to make the river channel an ecological landscape corridor and create more significant ecological benefits and social benefit.

Keywords：river management;river embankment;ecological bank protection

3502500338275