河道生态护坡 基于河道生态护坡的研究

　　摘要：文章从传统护坡存在的问题分析入手，指出了生态护坡是河坡防护的有效方法，提出了新型生态护坡形式，设计原则，并对生态护坡进行了研究。 　　关键词：河道；护坡；生态；设计
　　 城市河道是城市生态系统的重要组成部分，对城市河道进行综合治理，对于维护城市生态平衡、优化城市景观、改善人居环境具有重要意义。河道生态护坡是为了重建受破坏的河岸生态系统,恢复固坡、截污等生态功能。在河流生态系统中，处于陆生生态系统与水生生态系统交界处的护坡生态系统带，构成了具有边缘效应的生态交错带，它最集中地反映了人类的改造活动和人类河流之间的物质、能量和信息的冲突与交换。因此，开展生态护坡的研究，对于维持并提高城镇河流生态系统的服务功能，保护城镇河流生态系统的健康，具有十分重要的意义。
　　1 传统护坡存在的问题
　　 河岸是水陆交错带,在调节气候、保持水土、防洪除涝方面具有重要的功能。健康的河岸生态系统能使物质通过其界面区的速度和形式保持适当,从而使陆地有利于“水土保持”,水体防止了“富营养化”的出现。绝大部分传统护坡将整个河坡表面封闭起来，隔绝了土壤与水体之间的物质交换，原先生长在岸坡上的生物不能继续生存，生态系统的食物链断开，使土壤和水体中的生物失去了赖以生存的环境。对景观、环境和生态均产生了不良的影响，造成了水体与陆地环境的恶化，破坏了原有平衡，甚至严重威胁着人们赖以生产、生活的生态环境。对生态的影响主要是：
　　 （1）传统硬质护砌的河道中，具有净水功能的水生生物生长非常困难，河水自净能力将大为降低，水质可能恶化。
　　 （2）会导致河水受阳光影响而水温变化过大，不利于维持水中生态平衡，特别是高温季节，容易使传染病菌孳生。
　　 （3）随着水流流速的增大，水中一些生物会被水流冲走，使水中生物减少，岸坡上又缺乏天然植物，直接影响沿河野生生物种类生存，如水鸟。据统计，目前城市河道衬砌后，沿河生物种类减少了70%以上，而水生生物也只相当于原来的50%。
　　 （4）传统的混凝土护坡在施工中均不同程度地使用了一些添加剂，如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等，这些添加剂在水中发生反应，对水质和水环境产生不利的影响。
　　2 生态护坡
　　 生态护坡是河坡防护的有效方法，它是指边坡成型以后，通过种植植物，利用植物根系锚固作用对边坡进行防护、加固，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段。因此，生态护坡是“既满足河道体系的防护作用，又有利于河道系统恢复生态平衡”的系统工程，体现了“人与自然和环境协调发展”的理念。
　　3 新型生态护坡形式
　　3.1 石笼结构生态型护坡
　　 护坡具整体性和柔性，既能够有水流动力牵拽，又能够适应地基沉降变形；在不降低使用功效的同时，有利于自然植被的生长，改善生态和景观；基础处理简单、施工方便，材料费虽高，却省工省时，工程总费用不高，甚至比传统浆砌石或干砌石护坡更经济。
　　3.2 土工网复合植被技术护坡
　　 应用这种技术的护坡虽要求坡基本稳定，河床水流冲刷不很严重，并要选择耐浸泡、枝叶短、根系深的草种，但造价低，施工难度不大，已在我国的珠海国际机场、三峡工程堆石场边坡加固等工程中有了成功的应用经验，在公路护坡中也被较多的采用，但主要限于抗暴雨和坡面径流冲刷。
　　3.3 网格反滤生物工程护坡
　　 即在坡面上砌筑方格，在格内栽种固土植物。该护坡工程的特点是：投资少、见效快、易排水、防冲刷、抗冻涨，为土渠衬砌创出了一条既经济又实惠的新技术。
　　3.4 植物型生态混凝土护坡
　　 它是日本近年来在河道护坡方面研究出的新形式，主要由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土组成。
　　3.5 水泥生态种植基护坡
　　 这种形式在国内国外均有研究，它是由固体、液体和气体三相组成的具有一定强度的多孔性材料。固体物质主要包括适合于植被生长的土壤、肥料、有机质及低碱性的水泥、河砂组成的胶结材料等。
　　3.6 多孔质护坡
　　 主要由混凝土预制件构成的各种带有孔状的适合动植物生存的护坡结构，如不规则鱼巢结构、盒式结构、自然石连接结构形式。它的优点是：多为预制件结构，施工简单快捷；多孔结构符合生态设计原理，利于植物生长、小生物繁殖；有一定的结构强度，耐冲刷；对护坡起着保护作用，防止泥土的流失；对于水质污染有一定的天然净化作用。
　　3.7 多自然型护坡
　　 这种护坡工程的标准形式一般可分为：（1）自然原型护坡。只采用种植植被保护河坡、保持自然河坡特性的护坡，但这种护坡抵抗洪水的能力较差。（2）自然型护坡。不但种植植被，还采用石材、木材等天然材料，增强了护坡抗洪能力。（3）多自然型护坡。在自然型护坡的基础上再巧妙地使用混凝土、钢筋混凝土等材料，既维持自然特性，又确保了护坡的抗洪能力。多自然型护坡除了在生态上最大限度地降低破坏程度，而且在满足护坡功能的角度、工程的费用、施工的难易程度、视觉感官效果上都有较大优势。
　　4 生态护坡设计原则
　　4.1 水力稳定性原则
　　 护坡的设计首先应满足岸坡稳定的要求。岸坡的不稳定性因素主要有：（1）由于岸坡面逐步冲刷引起的不稳定；（2）由于表层土滑动破坏引起的不稳定；（3）由于深层滑动引起的不稳定。因此，应对影响岸坡稳定的水力参数和土工技术参数进行研究，从而实现对护坡的水力稳定性设计。
　　4.2 生态原则
　　 生态护坡设计应与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性、减少对资源的剥夺、保持营养和水循环、维持植物生境和动物栖息地的质量、有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。主要包含以下几个方面。
　　4.2.1 本土原则
　　 设计要因地制宜，在对当地自然环境充分了解的基础上，进行与当地自然环境相和谐的设计。这一原则包括：
　　 （1）尊重传统文化和乡土知识；
　　 （2）适应场所自然过程，设计时要将这些带有场所特征的自然因素考虑进去，从而维护场所的健康；
　　 （3）根据当地实际情况，尽量使用当地材料、植物和建材，使生态护坡与当地自然条件相和谐。
　　4.2.2 保护与节约自然资源原则
　　 对于自然生态系统的物流和能流，生态设计强调的解决之道有4条：
　　 （1）保护不可再生资源，不是万不得已，不得使用；
　　 （2）尽可能减少能源、土地、水、生物资源的使用，提高使用效率；
　　 （3）利用原有材料，包括植被、土壤、砖石等服务于新的功能，可以大大节约资源和能源的耗费；
　　 （4）尽量让护坡处于良性循环中，从而使资源可以再生。
　　5 生态护坡研究
　　5.1 生态护坡新材料的研究
　　 由于现有生态型护坡技术是不完善的生态护坡技术，而且其中大多数技术是从国外直接引进的，其生态材料也直接进口，必然存在许多弊端。如：护坡成本太高，难以大范围推广；由于自然地理条件的差异，导致护坡效果不明显；由于其不是真正意义上的生态护坡，故难以达到修复受污染水体、提高河流自净能力的目的。因此，新材料的开发，应成为今后生态护坡研究的一个重点。国内和国外相继出现了一批用于生态方面的材料和技术，如水力喷草技术、土工材料绿化网、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等等。虽然它们起源时不一定用于河道护坡和护岸结构，但在河道护坡结构使用上可以借鉴和参考。
　　5.2 生态护坡服务功能的研究
　　 生态系统服务功能，是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。处于陆地生态系统与河流生态系统交界处的护坡生态系统，兼有单纯的生态内涵和水利特性的内涵，因而其服务功能应包括行洪排涝功能、生态支持功能和文化美学功能。目前，关于生态护坡的研究，在理论上主要集中于生态护坡的概念、内涵以及行洪排涝功能等方面的宏观性研究；在实践上，主要集中于护坡的材料、施工方法及成本等方面。然而，关于生态护坡生态支持功能，如截留降解污染物、营造生物多样性、提高河流自净能力，以及防止水土流失等定量化的研究，文化美学功能，如景观文化质量和景观美学质量的研究，却不多见。
　　5.3 生态护坡设计的研究
　　 生态护坡的设计，应包括护坡材料、护坡植物、坡比以及护坡结构形式的选择等。直观有效的研究方法是实验方法，通过实验，研究在不同地质条件下，不同护坡材料、护坡植物、坡比以及护坡结构形式等，对水流流态、流速等河道水力特性的影响，对坡面稳定性的影响，对护坡生态系统恢复、重建的影响，对邻近生态系统的影响等，进而总结出生态护坡设计的原则和标准，为生态护坡的设计提供依据。
　　5.4 生态护坡综合评价标准的研究
　　 正是由于关于生态护坡定量化和效应的研究很少，这就给生态护坡的建设、保护与管理，带来了一定的困难。缺乏统一的衡量标准，也造成了目前对生态护坡理解的盲目性和片面性。因此，有必要利用现代数学方法和现代的高新技术手段，对生态护坡进行综合评价研究，提出合理而全面的生态护坡综合评价指标体系，构建可操作的生态护坡综合评价模型，为生态护坡的建设提供理论依据、评价标准、施工标准，从而实现对生态护坡的有效管理和控制。
　　5.5 生态护坡管理的研究
　　 如果说河道整治的最终程序，是对整个流域或城镇进行有效的规划和控制，那么，生态护坡的管理，则应成为重要的第一步。生态护坡的研究，属于多目标、大尺度问题。传统的诸如统计等管理方法，已不适合生态护坡的管理。目前，地理信息系统(GIS)以其强大的数据和信息处理功能，在资源调查和水土流失等方面已得到应用，如利用GIS对内河岸线资源进行评价、河岸稳定性评价；夏继红等提出，将GIS技术应用于生态护岸的统筹规划、优化设计、监控管理和综合评估等方面，可以提高设计管理效率，减少施工的生态干扰，为方案选择提供科学的评判依据。因此，全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)等技术，在生态护坡管理中的应用研究亟待展开。
　　6 结语
　　 不合理的土地利用方式和高强度的开发,会导致河岸生态系统受到严重破坏,在城镇化程度较高的地区表现尤为突出。河道生态护坡的目标正是为了重建受破坏的河岸生态系统,恢复固坡、截污等生态功能。
　　参考文献
　　[1] 田晓静 高金超 王迎风;防洪河道生态护坡工程探析[J]黑龙江水利科技;2009.06
　　[2] 刘海军 张晓翠;生态护坡在庄河市河道治理中的应用[J]吉林水利;2006.S1

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