生態(tài)型護(hù)岸在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

石 煒，葛一冬，陳 敏，莊夢(mèng)如，張雙林，陶宇秋，王明東

（1.淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223005；2.淮安市淮泗涵閘管理所，江蘇 淮安 223342；3.江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，江蘇 淮安 223005）

0 引言

我國(guó)是一個(gè)水系較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，自古以來(lái)防治水患都是民生大事，在歷史的積淀下誕生了許多造福后代的水利工程。在科技飛速發(fā)展的社會(huì)環(huán)境下，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境制約較大，使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成重大影響。特別是在當(dāng)前城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活中，河流生態(tài)破壞使得河道功能衰退、水質(zhì)條件下降，水利工程弊端凸顯出來(lái)?；诖?，要在水利工程設(shè)計(jì)中引進(jìn)生態(tài)型護(hù)岸，改善河道功能，提高環(huán)境保護(hù)能力。另外，在生態(tài)型護(hù)岸下，要注重自然生態(tài)平衡，使河道成為城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)的有力依托。

1 生態(tài)型護(hù)岸概述

1.1 生態(tài)型護(hù)岸的方針政策

水利工程設(shè)計(jì)對(duì)于河道治理具有重要作用，要結(jié)合生態(tài)型護(hù)岸實(shí)現(xiàn)“全面規(guī)劃、綜合治理、因勢(shì)利導(dǎo)、重點(diǎn)整治”目標(biāo)。在水利工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)岸，要結(jié)合具體方針政策加大對(duì)河道上下游及左右岸的整治力度，綜合考慮防洪、排澇、供水、灌溉、航運(yùn)、水力發(fā)電、岸線利用、河勢(shì)控制、水生態(tài)環(huán)境等多個(gè)方面。在對(duì)河道變化趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤分析、科學(xué)治理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，體現(xiàn)水利工程設(shè)計(jì)的有效性作用。同時(shí)，加大對(duì)重點(diǎn)河道先整治、再優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整治一段、鞏固一段目標(biāo)。在利用生態(tài)型護(hù)岸進(jìn)行河道治理中，要保護(hù)沿河城鎮(zhèn)、農(nóng)村、農(nóng)田，使河槽遠(yuǎn)離洪水威脅的居民點(diǎn)，提高河道生態(tài)型護(hù)岸功能。另外，要對(duì)違背自然規(guī)律、阻礙防洪防澇安全、影響他人利益的工程進(jìn)行改造和清除，保障我國(guó)水利工程設(shè)計(jì)中生態(tài)型護(hù)岸項(xiàng)目落實(shí)到位，切實(shí)解決我國(guó)河道危機(jī)問(wèn)題。

1.2 生態(tài)型護(hù)岸的基本要求

生態(tài)型護(hù)岸作為一種新型的環(huán)保護(hù)岸方式，一經(jīng)使用得到廣泛好評(píng)，為水利工程設(shè)計(jì)提供全新的理念和模式，凸顯生態(tài)型護(hù)岸的應(yīng)用價(jià)值。生態(tài)型護(hù)岸要符合以下幾個(gè)基本要求：（1）安全性。作為護(hù)岸的新模式、新概念，生態(tài)型護(hù)岸要體現(xiàn)水利設(shè)施的基本功能，要根據(jù)生態(tài)型護(hù)岸是否發(fā)揮防洪、排澇、固岸的作用，決定是否利用生態(tài)型護(hù)岸進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)。（2）物生性。生態(tài)型護(hù)岸要對(duì)本土的原生動(dòng)植物進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)一些不利因素影響河道的生態(tài)平衡，為水下動(dòng)物、植物提供良好的棲息環(huán)境。（3）親水性。通過(guò)使用生態(tài)型護(hù)岸可以使人們?cè)诎踩?、方便條件下與水親近，提高生態(tài)型護(hù)岸的生態(tài)性價(jià)值。比如，設(shè)計(jì)便民行走的臺(tái)階，設(shè)置親水緩臺(tái)等。（4）景觀性。生態(tài)型護(hù)岸完工后，要體現(xiàn)出護(hù)岸的美觀、耐用、安全的特征，要與河岸周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮出生態(tài)型護(hù)岸的美化環(huán)境作用。

2 生態(tài)型護(hù)岸的作用

2.1 水土保持、涵養(yǎng)水源與凈化水質(zhì)

地表水和地下水存在互通、互補(bǔ)的關(guān)系，通過(guò)交換的概念對(duì)生態(tài)護(hù)岸進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)，有利于提高水土保持、涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)的作用。當(dāng)河道水位較高、水源充足的條件下，可以將水源流入地下水之中，為地下水補(bǔ)給提供充足水資源；當(dāng)河道水位較低，水源不足的條件下，可以將地下水補(bǔ)給給河道，使河道保持正常的水位狀態(tài)。在水土保持方面，通過(guò)運(yùn)用生態(tài)型護(hù)岸理念，可以豐富水生植物，并將水中的污染物進(jìn)行生態(tài)分解，將有毒有害物質(zhì)吸收，保證河道水源的干凈、純潔，起到凈化水質(zhì)的作用，凸顯生態(tài)型護(hù)岸的生態(tài)保護(hù)作用。

2.2 保持生物多樣性

保護(hù)生物多樣性旨在通過(guò)生態(tài)型護(hù)岸為河道中的魚(yú)蝦、鳥(niǎo)類等提供豐富的食物，為其提供賴以生存、繁衍生息的空間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)河道周圍環(huán)境生物多樣性目標(biāo)，促進(jìn)水質(zhì)環(huán)境得到改善，從而形成良好的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)?；谖覈?guó)相關(guān)法律法規(guī)，作為河道的守護(hù)者要重視生態(tài)建設(shè)，加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)和生態(tài)示范區(qū)建設(shè)力度，保護(hù)水生生物多樣性，使陸地、海洋處在平穩(wěn)的生態(tài)水系環(huán)境下。另外，要通過(guò)生態(tài)型護(hù)岸的諸多優(yōu)點(diǎn)，為河岸周圍及河道內(nèi)的動(dòng)植物提供良好的繁衍環(huán)境，進(jìn)而保護(hù)生物鏈的銜接，使瀕臨滅絕的植物、動(dòng)物提供生存環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)保護(hù)生物多樣性目標(biāo)作出努力。

2.3 改善生態(tài)環(huán)境

將生態(tài)型護(hù)岸應(yīng)用到水利工程設(shè)計(jì)中，不僅增加了綠化面積，還使水與綠化融合發(fā)展，形成一道獨(dú)特的河道風(fēng)景線。生態(tài)型護(hù)岸以其優(yōu)勢(shì)，將河道治理得水質(zhì)清澈、干凈，在良好的水質(zhì)條件下，為魚(yú)蝦、鳥(niǎo)兒、水生植物等提供生長(zhǎng)、生存的環(huán)境，促使水利工程設(shè)計(jì)與自然環(huán)境發(fā)展融為一體，形成和諧、美好的自然風(fēng)光。水利工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)岸方式，可以全面改善河道治理情況，實(shí)現(xiàn)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)自然和諧的目標(biāo)。特別是在城市河道治理和鄉(xiāng)村河道治理中，結(jié)合生態(tài)型護(hù)岸建設(shè)，可以打造具有觀賞價(jià)值的旅游區(qū)域，為河道兩岸居民正確生產(chǎn)生活提供良好條件，為打造“城水相依、水清岸綠、人水和諧”的生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)力量。

3 生態(tài)型護(hù)岸的類型

在水利工程設(shè)計(jì)中，要針對(duì)生態(tài)型護(hù)岸的類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)護(hù)岸工程中，要采用砌石、鋼筋混凝土等硬質(zhì)材料進(jìn)行河道護(hù)岸，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還不能起到保護(hù)環(huán)境、治理環(huán)境的作用。而生態(tài)型護(hù)岸采用天然石材、植物、木材、多孔性混凝土等材料，不僅施工過(guò)程安全、便捷，還具有美觀、環(huán)保的作用。根據(jù)生態(tài)型護(hù)岸中天然材料的使用比重，對(duì)生態(tài)型護(hù)岸進(jìn)行分類如下。

3.1 自然原型護(hù)岸

在河岸上直接種植植物，依靠植被固定土壤、保護(hù)岸坡的作用，提高河岸的堅(jiān)固性。比如，利用水生植物護(hù)岸、植草護(hù)岸、防護(hù)林護(hù)岸、植物纖維墊護(hù)岸等，都已獲得顯著成效。

3.2 自然型護(hù)岸

在河岸上種植植被，同時(shí)，在岸坡坡腳處，利用木材、石材等天然材料做好護(hù)底，起到穩(wěn)固地基的作用，提高生態(tài)型護(hù)岸的穩(wěn)定性。護(hù)岸形式主要包括：柵欄護(hù)岸、生態(tài)壩護(hù)岸、砌石護(hù)岸、石籠護(hù)岸等方式，體現(xiàn)自然型護(hù)岸的穩(wěn)固、牢靠的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 多自然型護(hù)岸

主要利用鋼筋混凝土、金屬籠箱等人工材料，對(duì)植被護(hù)岸進(jìn)行保護(hù)，提高植被護(hù)岸的抗沖刷功能。同時(shí)，在多自然型護(hù)岸中，可以提高安全性能、提升防護(hù)效果，使軟硬景觀結(jié)合下保持親水功能和景觀功能。多自然護(hù)岸相比于其他護(hù)岸類型，具有工程量大、耗資量大的缺點(diǎn)，要考慮河道的綜合情況進(jìn)行使用。

4 生態(tài)型護(hù)岸在水利工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 植物護(hù)岸

植物護(hù)岸是生態(tài)型護(hù)岸的重要組成部分，植物種類選擇、植物種植數(shù)量等都要根據(jù)植物護(hù)岸的具體參數(shù)進(jìn)行合理性規(guī)劃，體現(xiàn)水利工程設(shè)計(jì)的有效性作用，進(jìn)而發(fā)揮生態(tài)型護(hù)岸的重要價(jià)值?；诖耍谥参镒o(hù)岸過(guò)程中，首先，進(jìn)行植物選擇時(shí)，要結(jié)合水文、氣候、生長(zhǎng)習(xí)性、景觀效果等因素引進(jìn)植物，對(duì)河岸進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在符合種植條件后對(duì)河道水岸進(jìn)行綠化種植，提高植物的生存質(zhì)量。其次，在植物種植數(shù)量上，要結(jié)合整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況，科學(xué)規(guī)范植物種植數(shù)量，避免過(guò)多、過(guò)少影響生態(tài)型護(hù)岸的效果。值得注意的是：當(dāng)河道存在污染問(wèn)題時(shí)，要發(fā)揮植物的凈化作用，有效分解和去除水質(zhì)中的N、P 物質(zhì)[1]。

4.2 混凝土護(hù)岸

混凝土護(hù)岸主要分三種類型：（1）現(xiàn)澆混凝土護(hù)岸。主要是將混凝土加工成混凝土擋土墻和混凝土板樁墻，阻擋抵抗力，減少河水對(duì)河岸的沖擊力。其缺點(diǎn)是將河道與陸地分離，阻礙水生植物生長(zhǎng)。（2）預(yù)制混凝土護(hù)岸。這一護(hù)岸主要適用于變形的河道，可以及時(shí)彌補(bǔ)河道的損壞程度。主要因?yàn)轭A(yù)制混凝土護(hù)岸利用混凝土預(yù)制塊堆砌而成，在預(yù)制塊空隙中具有良好的透水性，可以緩解河道壓力，改變變形河道。（3）生態(tài)混凝土護(hù)岸。主要是在預(yù)制護(hù)岸上加入孔洞，通過(guò)孔洞為水生植物、動(dòng)物等提供良好的生存環(huán)境。生態(tài)混凝土護(hù)岸采用多邊形設(shè)計(jì)，每個(gè)混凝土塊之間都有氣孔，可以根據(jù)水利工程設(shè)計(jì)需求調(diào)整，發(fā)揮生態(tài)混凝土護(hù)岸可塑性作用。

4.3 生態(tài)袋護(hù)岸

生態(tài)袋是一種便攜式的護(hù)岸工具，其特點(diǎn)穩(wěn)定性高、安全性強(qiáng)，具有抗震性作用，也可以通過(guò)袋內(nèi)的位置過(guò)濾水體，使水質(zhì)保持良好生態(tài)特征。在生態(tài)袋護(hù)岸中，可以為植物生長(zhǎng)提供平臺(tái)，為植物提供養(yǎng)分。在生態(tài)型護(hù)岸中，一旦出現(xiàn)石料、木料匱乏的情況下，可以利用生態(tài)袋進(jìn)行護(hù)岸。其缺點(diǎn)是：生態(tài)袋的耐高溫效果較差，容易起火造成不可彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。在干旱季節(jié)，生態(tài)袋漏出水面，暴露于太陽(yáng)之下，容易造成易燃風(fēng)險(xiǎn)[2]。

4.4 自嵌式生態(tài)護(hù)岸

自嵌式生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，主要是利用自嵌塊填充土壤，使河道土壤充實(shí)，并且利用弓子格柵欄對(duì)自嵌塊進(jìn)行攔截，穩(wěn)定自嵌塊，減少水的沖擊力，使水體在穩(wěn)定、安全的環(huán)境下流動(dòng)。在生態(tài)型護(hù)岸中，自嵌式生態(tài)岸技術(shù)所用的材料較少，可以節(jié)省表面處理費(fèi)用、減少人工成本等，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢(shì)。另外，自嵌式生態(tài)護(hù)岸技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，可以提高水利工程設(shè)計(jì)和施工的周期，從根本上提升經(jīng)濟(jì)效益，為河道保護(hù)提供便利條件。

4.5 竹木護(hù)岸

在水流較急、河道較窄、岸邊建有房屋等河道內(nèi)，可以采用竹木護(hù)岸，體現(xiàn)生態(tài)型護(hù)岸的環(huán)保和便捷、安全的優(yōu)勢(shì)。竹木護(hù)岸主要是在房屋建筑位置，打入木樁減少河水的沖擊力，使竹木護(hù)岸發(fā)揮抵抗沖擊力的作用，進(jìn)而保護(hù)房屋建筑位置的安全性。因?yàn)橹衲咀o(hù)岸的適應(yīng)性能力較強(qiáng)，一旦出現(xiàn)地基變形的問(wèn)題，竹木護(hù)岸可以快速與之貼合，在適應(yīng)變形角度、壓力后起到保護(hù)地基的作用。竹木護(hù)岸通過(guò)插入竹木對(duì)護(hù)岸進(jìn)行加固，這一施工工藝避免河道與地下水互換阻礙，使水生植物、動(dòng)物等擁有良好的生存繁衍的環(huán)境。在竹木護(hù)岸施工中，選擇3～4cm 長(zhǎng)、梢徑為10cm 的松木、柳木木樁，利用機(jī)械和人工打樁的方式，將其插入河道土層，保護(hù)河岸岸坡安全。同時(shí)，各個(gè)木樁走向與河岸走勢(shì)保持一致性，外觀上要順暢、協(xié)調(diào)，提高護(hù)岸效果[3]。

4.6 波浪樁生態(tài)環(huán)

波浪樁生態(tài)環(huán)是一種新型的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其截面呈現(xiàn)半圓環(huán)形，混凝土強(qiáng)度≥C80，主筋采用預(yù)應(yīng)力混凝土鋼棒，在生態(tài)型護(hù)岸中具有綠色、節(jié)能、環(huán)保、耐久等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，波浪樁生態(tài)環(huán)護(hù)岸改變了水利工程材料造價(jià)高、成型質(zhì)量低的問(wèn)題。波浪樁生態(tài)環(huán)護(hù)岸采用人工預(yù)制的作業(yè)，具體施工受氣候條件影響較小，無(wú)須降水開(kāi)挖工藝，施工工序主要是通過(guò)穿插作業(yè)，且施工操作簡(jiǎn)單，5 人施工小組日施工約為50～70 延長(zhǎng)米，且施工過(guò)程中，體現(xiàn)無(wú)污染、零排放的優(yōu)勢(shì)。

4.7 階梯式(箱式)護(hù)岸

階梯式生態(tài)護(hù)岸包含工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)等學(xué)科內(nèi)容，主要是對(duì)斜坡、邊坡河岸進(jìn)行支護(hù)，形成由植物組成的綜合護(hù)岸系統(tǒng)。階梯式生態(tài)河道護(hù)岸的優(yōu)點(diǎn)是：耐久性好。主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行護(hù)岸，其穩(wěn)定性較強(qiáng)，不會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生腐蝕、磨損等問(wèn)題；環(huán)保性佳。主要利用碎石、沙土等材料作為填充物，且填充過(guò)程中預(yù)留充足空間，有利于水中生物生長(zhǎng)、筑巢，有利于生態(tài)水系發(fā)展；經(jīng)濟(jì)性高。階梯式護(hù)岸施工簡(jiǎn)便，可以節(jié)約人力物力成本，方便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，體現(xiàn)出階梯式護(hù)岸的經(jīng)濟(jì)適用性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)水利工程河道治理工作中，要科學(xué)引用生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)，在水利工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮其環(huán)保性、安全性、景觀性、物生性等優(yōu)勢(shì)，為體現(xiàn)生態(tài)型護(hù)岸的作用提供重要路徑。生態(tài)型護(hù)岸有利于保護(hù)河岸周圍的生態(tài)環(huán)境，提高河道生態(tài)多樣化水平，使水土保持良好的效果，成為涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)的有力“武器”■