生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用研究

邢來順，曹珈琪，張 勇

（北京京水建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102400）

長期以來，由于森林砍伐，沿江美麗的風(fēng)景遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致水土流失等自然災(zāi)害，從而影響了河流的通航和泄洪能力。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，注重生態(tài)建設(shè)，投入大量人力物力治理河道，采用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)來改善河道環(huán)境。

1 研究背景及意義

河流就是由于特定氣候和地理以及水文條件長期演變形成的完全平衡的一種生態(tài)系統(tǒng)。許多的河流管理項(xiàng)目破壞了原有的生物多樣性，也降低了水凈化與恢復(fù)的能力，并且導(dǎo)致了河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是生態(tài)文明的發(fā)展，河流管理的方法與方式已經(jīng)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在河流治理之初，就考慮了排水、防洪、航運(yùn)、灌溉、沖刷與水土保持的功能。護(hù)坡作為河流中的一部分，也是河流的線性景觀，是連接人力資源和水資源的紐帶，是河流管理的重要組成部分。傳統(tǒng)的護(hù)坡方法主要從力學(xué)角度考慮邊坡的穩(wěn)定性。由于護(hù)坡材料以硬質(zhì)材料為主，阻礙了河流水體與周圍生態(tài)環(huán)境的正常交換過程，使各種動(dòng)植物和微生物無法正常生存，因此傳統(tǒng)的硬坡護(hù)坡已不能滿足當(dāng)前生態(tài)河流治理的需要。隨著生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，生態(tài)護(hù)坡在改善河流水環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和周邊景觀環(huán)境方面發(fā)揮著極為重要的作用。

2 傳統(tǒng)護(hù)坡對(duì)河道環(huán)境的影響

2.1 對(duì)觀賞環(huán)境的影響

不斷凈化河流的整潔美麗，傳統(tǒng)的混凝土護(hù)岸結(jié)構(gòu)完全覆蓋了原有的河岸，原有的草本植物和小灌木消失了，現(xiàn)代城市中人們對(duì)河流環(huán)境的要求是清新美麗。傳統(tǒng)的混凝土護(hù)坡形式與周圍環(huán)境不相適應(yīng)，不能滿足現(xiàn)代城市的要求。此外，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)一旦受到破壞，也會(huì)影響到河流周邊的環(huán)境，不利于改善城市形象和居住環(huán)境。

2.2 對(duì)生活環(huán)境的影響

首先，混凝土護(hù)坡材料添加膨脹劑和其他添加劑。因?yàn)榛炷磷o(hù)坡浸在水里很長一段時(shí)間，混凝土護(hù)坡的原材料和添加劑會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)和碳化反應(yīng)。城市的水源主要來源于城市的河道。如果公民喝的水與添加劑混合很長一段時(shí)間，會(huì)影響他們的健康。其次就是，混凝土護(hù)坡缺乏植被覆蓋度，不能凈化空氣和水質(zhì)。河水一旦被污染到，刺鼻的氣味就會(huì)擴(kuò)散到周邊居民的生活區(qū)。最后，由于混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，沒有適當(dāng)?shù)闹脖?，觀賞性差，必然影響周邊居民的情緒和居住環(huán)境。

2.3 對(duì)自然環(huán)境的影響

傳統(tǒng)的混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)覆蓋了整條河流，許多水生動(dòng)植物失去了原有的生態(tài)環(huán)境。這些水生動(dòng)物本來打算在河床上筑巢，但堅(jiān)硬的混凝土結(jié)構(gòu)擋住了它們的去路。水生植物需要在河岸的淤泥中生根，但卻受到混凝土結(jié)構(gòu)的阻礙。混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)破壞了整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)，部分護(hù)坡幾乎延伸到河底，形成了綜合護(hù)坡結(jié)構(gòu)，對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響會(huì)更大。

3 生態(tài)護(hù)坡概述

3.1 定義

生態(tài)護(hù)坡是一種應(yīng)用力學(xué)、生態(tài)學(xué)和土壤科學(xué)相結(jié)合的護(hù)坡技術(shù)。植被覆蓋使植物根系和土壤層緊密相連，加強(qiáng)了防護(hù)坡土壤層，防止了土壤侵蝕，使防護(hù)坡結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3.2 優(yōu)勢

第一，保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。砂石和混凝土護(hù)岸能加速水流，顯著增強(qiáng)水流的侵蝕能力。部分微生物會(huì)直接進(jìn)入下游，導(dǎo)致生物多樣性的下降，周圍生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展被直接影響。第二，有利于修復(fù)河岸綠化景觀。對(duì)傳統(tǒng)護(hù)坡的改進(jìn)是采用環(huán)保材料和節(jié)能技術(shù)進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡。它不僅能滿足防洪、水澇、排水的需要，又能與周圍環(huán)境交換，形成一個(gè)開放、平衡的生態(tài)系統(tǒng)。第三，調(diào)整水溫，保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。在傳統(tǒng)護(hù)坡條件下，水溫變化大，不利于對(duì)溫度敏感的生物和魚類產(chǎn)卵，容易滋生細(xì)菌。生態(tài)護(hù)坡植被或灌木覆蓋可以調(diào)整光線，避免不正常的水溫變化。生態(tài)護(hù)坡在水文生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著積極的作用?？偟膩碚f，堤防建成后，沿河生物物種將減少約33%，生態(tài)邊坡防護(hù)有良好的透水性，各種生物的生存環(huán)境能夠有利維持。第四，可提高水質(zhì)和自凈化能力。傳統(tǒng)的護(hù)坡工程要平整、清潔、堅(jiān)硬。沒有植物防護(hù)屏障，很容易引起垃圾和污染物進(jìn)入水中，水的純凈度會(huì)迅速惡化。生態(tài)邊坡防護(hù)可以有效防止雜質(zhì)和垃圾，正確過濾污染物，保護(hù)水源。此外，生態(tài)邊坡保護(hù)的材料多為滲透性良好的環(huán)保材料，有利于水、土壤和生物之間的能量和物質(zhì)循環(huán)，提高了水的自凈化能力。

4 生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)原則

4.1 安全性

風(fēng)浪和水流的侵蝕直接影響河道的安全和穩(wěn)定。河道護(hù)坡是減少河道、保護(hù)岸坡侵蝕的基本要求。因此，生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)的首要原則是抗侵蝕、安全和穩(wěn)定。

4.2 自然性

為了保持河流原有的空間環(huán)境和自然屬性，應(yīng)遵循“遇彎即彎，易寬即寬”的原則。隨著水平和地形的變化，必須盡可能保持原有地貌，恢復(fù)河道的水平和垂直連接。這也是治理河流，保證水系正常運(yùn)行的措施之一。

4.3 生態(tài)性

河道的生態(tài)護(hù)坡應(yīng)當(dāng)為水生植物的生長提供適宜的環(huán)境，護(hù)坡結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足孔隙度要求，保持地下水與河流之間的信息交換，充分利用護(hù)坡植物維持河流的生態(tài)平衡，從而可以有效提高河流自凈能力和岸坡整體穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免苛刻單調(diào)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

4.4 地域性

不同的河流水文地貌和地質(zhì)以及河勢等環(huán)境條件具有顯著的地域特征和差異。必須充分考慮區(qū)域內(nèi)施工場地的規(guī)章制度和生態(tài)景觀。岸坡設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合防洪規(guī)劃和自然岸線的特點(diǎn)，因地制宜，保證區(qū)域環(huán)境與河流景觀的協(xié)調(diào)性。不能完全照搬其他河道治理的方法。另一方面，生態(tài)護(hù)坡要滿足資源消耗的需要，節(jié)約成本，充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，有效利用可再生資源，提高資源利用率，盡量將可再生資源作為工程材料。

5 河道治理當(dāng)中主要應(yīng)用的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

5.1 三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡

柔性生態(tài)袋具有很強(qiáng)的滲透性，但對(duì)土壤的滲透性有一定的抑制作用，袋內(nèi)所填充的營養(yǎng)土壤與生長劑，通過坡體與袋形成了整體，從而形成了復(fù)合穩(wěn)定的生態(tài)坡體。立體排水柔性生態(tài)袋不易變形，可在生態(tài)袋內(nèi)填充牧草種子等。在根系進(jìn)入邊坡前，形成三維植被，固定土壤，減少雨水沖刷。隨著植物根系的不斷生長，坡面土壤固定，防止水土流失，網(wǎng)狀根系與土壤相互進(jìn)行交織，從而也形成了比較強(qiáng)大的復(fù)合系統(tǒng)。

5.2 骨架植被護(hù)坡

骨架植被護(hù)坡是以混凝土、砂漿、石料為骨架，種植草坪等植物，有效提高邊坡的穩(wěn)定性，保證邊坡生態(tài)功能。植被骨架護(hù)坡是一種將工程護(hù)坡與生態(tài)護(hù)坡相結(jié)合的護(hù)坡方法，它大大拓展了其應(yīng)用范圍，并對(duì)土質(zhì)邊坡和全風(fēng)化巖質(zhì)邊坡具有較好的適應(yīng)性。一般情況下，骨架植被護(hù)坡的坡度小于1∶0.75，在受河水強(qiáng)烈沖刷的情況下，坡度應(yīng)小于1∶1。

5.3 現(xiàn)澆植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)

現(xiàn)澆綠色生態(tài)混凝土護(hù)坡主要由隨機(jī)復(fù)合多孔混凝土組成，一般由水土保持原料、肥料、透水混凝土材料、種植土壤等組成。主要含有少量摻有硅灰、礦渣水泥和粗骨料的細(xì)料。施工時(shí)砌體和碎石的粒度應(yīng)滿足植物生長的要求。利用植物根系的附著和生長空間，實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件的綠化，使環(huán)境保護(hù)與工程施工有效結(jié)合+655。草型生態(tài)混凝土護(hù)坡由上至下為70 mm厚土籽、100 mm生態(tài)混凝土和30 m粗砂組成，孔隙率為25%~30%，最小抗壓強(qiáng)度為7 MPa。生態(tài)混凝土適用于植草澆框，綠化率必須在95%以上。這種護(hù)坡一般適用于高邊坡地區(qū)，生態(tài)效益好，但投資較大，由于對(duì)骨料級(jí)配和施工工藝要求嚴(yán)格，常用于城市河流治理工程中。

5.4 天然鵝卵石散鋪?zhàn)o(hù)坡

上游山地型河道具有典型的洪水漲落、水流湍急的特點(diǎn)，可以概括為“一短兩快四大”。河谷型河流易發(fā)生洪水侵蝕、河床淤積加劇、河岸陡峭崩塌、漫灘堆積、河岸寬度窄、河岸線不穩(wěn)定、洪水承載能力差，對(duì)沿河城鎮(zhèn)的安全構(gòu)成潛在威脅。雖然傳統(tǒng)的護(hù)坡或混凝土擋土墻可以滿足防滑穩(wěn)定和防洪安全的要求，但剛性護(hù)坡對(duì)生態(tài)景觀影響不大。在實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合同類工程設(shè)計(jì)方案，因地制宜，充分考慮自然生態(tài)和防洪，最后選擇卵石護(hù)岸，充分發(fā)揮其生態(tài)效益，體現(xiàn)河流的自然特征。通過修建海灘和山脊，天然鵝卵石散落護(hù)坡更適合于廣闊的淺水區(qū)域，創(chuàng)造出一種奇特的河流景觀，它通常建在急流或彎道的正常水位以下。

5.5 新型預(yù)制混凝土塊護(hù)坡

平原河流治理工程的石材采購難以保證其施工的質(zhì)量。環(huán)保的要求比較高，主要用于城市面臨護(hù)坡中的河道管理項(xiàng)目。預(yù)制塊體的護(hù)坡具有管理維護(hù)比較方便、工期相對(duì)比較短、強(qiáng)度比較高、穩(wěn)定性比較好、機(jī)械化施工以及工廠預(yù)制等等特點(diǎn)。高孔隙率對(duì)于壩坡變形及波的衰減適應(yīng)性是有利的。本地草籽可以在孔隙之中進(jìn)行生長，并且投資成本比較適中。新型預(yù)制混凝土砌塊護(hù)坡具有保持水土、填充與美化城市形象等功能，也能夠滿足生態(tài)環(huán)境以及現(xiàn)代生活的需求。在應(yīng)用的范圍、自鎖、鏈等等方面也有了很大差異。新型預(yù)制件的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)其在大三角中普遍得到了應(yīng)用。在近年，一種新型的大型三角形預(yù)制混凝土砌塊生態(tài)護(hù)坡在河流生態(tài)治理工程當(dāng)中也得到了很廣泛的應(yīng)用，具有了十分良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。工程實(shí)踐則表明，由于風(fēng)浪、船浪、洪水、暴雨等因素的影響，河道的淤積與防波堤的問題十分嚴(yán)重。當(dāng)預(yù)制塊面向水側(cè)設(shè)置的時(shí)候，應(yīng)該使用鋼絞線進(jìn)行連接固定。水下施工中的基本條件也是使用鉸鏈、一層土工布與100 mm厚的碎石墊層。為了護(hù)岸的生態(tài)效果能夠突出，在水面以上的預(yù)制塊開口之間可以種三葉草、苜蓿等等低矮的草。在種植之前可以鋪40~100 mm腐殖質(zhì)土，這樣成活率可以提高。

5.6 三維植被網(wǎng)草皮護(hù)坡

植草護(hù)坡也是一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛的技術(shù)措施。它可以利用植物的根系來鞏固土壤，從而加固了斜坡的土壤。植被可以顯著減少邊坡的長度與降雨的入滲，提高了土壤抗剪的強(qiáng)度，改善了邊坡的穩(wěn)定性。三維植被網(wǎng)草坪護(hù)坡也是一種綜合護(hù)坡的形式，利用三維網(wǎng)墊、植物草與植物在表面消散波浪。三維網(wǎng)墊由聚乙烯、聚丙烯與其他聚合物材料制成。復(fù)合種植基地的整合還包括種植土壤、播種草籽、礫石等等。三維網(wǎng)格墊由平行于土壤方向的二維拉伸平面網(wǎng)格和垂直于土壤方向的多層網(wǎng)格而組成。為了使多層的網(wǎng)格空間在垂直方向之上更加穩(wěn)定，網(wǎng)格層之間的節(jié)點(diǎn)通過熱熔焊進(jìn)行連接。草皮完全生長以后，土層、土工布?jí)|層與草層牢固地結(jié)合在了一起，從而形成了一個(gè)堅(jiān)實(shí)且穩(wěn)定的整體。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空間十分大，不僅僅可以填充土壤與沙子，還可以為草坪提供更好的生長環(huán)境。

6 結(jié)束語

綜上所述，在治理河流過程當(dāng)中，不可避免地會(huì)在一定程度上破壞河岸原有植被，也會(huì)影響原有河岸的土層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，這將大大降低河流治理初期的抗侵蝕能力。這時(shí)，土壤侵蝕加劇，河流淤積等相關(guān)的問題極有可能發(fā)生。最后，也就影響了河流泄洪、生態(tài)和航運(yùn)的正常功能。近些年來，為充分滿足社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)的需要，大量河流治理建設(shè)項(xiàng)目開工建設(shè)。這時(shí)，為了提高河流治理的效果，應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)保護(hù)生態(tài)河流治理項(xiàng)目所造成的各種影響。值得注意的是，在生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的具體應(yīng)用中，需要對(duì)存在的問題進(jìn)行研究和分析，并結(jié)合實(shí)際情況，保證生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的選擇更加合理。