河岸帶生態護坡技術研究與應用

張丹丹，史常青，王冬梅

（北京林業大學水土保持學院，北京 100083）

河岸帶又稱濱岸帶、岸邊帶、水陸交錯帶等，是河流生態系統與陸地生態系統進行物質、能量、信息交換的一個重要過渡帶，它介于河流和高地植被之間，受到地表水以及地下水的影響，是一種最典型的生態過渡帶，具有明顯的邊緣效應[1]。Naiman[2]及張建春等[3]將河岸帶功能概括為廊道功能、緩沖帶功能和植物護岸功能。河流生態護坡是在保護、創造生物良好的生態環境和自然景觀的前提下，保證護坡措施具有一定強度和耐久性的同時，兼顧護坡工程的環境效應和生物效應，以期達到恢復生態環境，治理水土流失的目的[4]。

傳統的河道護坡主要使用漿砌或干砌塊石護坡、鋼筋混凝土護坡等，這類護坡工程的造價相對較高，且是水下施工，日后維護工作難以實施。其最大的缺點還在于，它僅僅從滿足河流防洪、排澇、航運和引水等基本功能的角度出發進行設計施工，忽略了與河流同為整體的動物、植物及微生物的生存發展，很少考慮對環境和生態的影響[5]。這類護坡形式易破壞河流航道的生態功能，引起河流生態環境惡化。近年來，以重建受損河岸生態系統為目的，同時融合防洪、生態、景觀和河流自凈效應為一體的生態護坡技術引起人們的廣泛關注，并進行了一系列的研究與探索。

1 河岸帶生態護坡技術研究現狀

1.1 國外研究現狀

發達國家對河流生態退化問題認識較早，很早就開始反思破壞河流自然環境帶來的負面效應，認為傳統的河流治理，主要采用硬質材料建造護岸工程，破壞了河流生態系統。為了有效保護河道岸坡和生態環境，一些學者提出了生態型護坡技術。如：在20世紀80年代末瑞士、德國等國的學者提出了“自然型護岸”技術[6]；德國的萊茵河由于裁彎取直，導致河流流速加快，加劇沖刷，現正進行改造，將水泥河堤改為生態河堤，力求河流回歸自然狀態。20世紀90年代初，日本又首先提出了“親水”觀念，提倡有條件的河流采用木樁、卵石等天然材料修建河堤，開展了“創造多自然型河川計劃”，把生態護坡技術應用于城鎮河道建設中；法國在城市河道建設時要求河道地面工程盡量建成透水的草地，增加水體與土體之間的交換。近20 a來，土壤生物工程（soilbioengineering）護岸技術在歐美風靡一時[7]。該項技術的應用原理與其他工程不同，它采用有生命力植物的根、莖（枝）或整體作為結構的主體元素，按一定方式和方向排列插扦、種植或掩埋在邊坡的不同位置，在植物群落生長和建群過程中加固和穩定邊坡，控制水土流失和實現生態修復。常用的坡面生態工程技術，主要包括土壤保持技術、地表加固技術和生物工程綜合保護技術[8]。這些技術，在歐美國家已經得到廣泛運用，如1995年美國新澤西州雷里坦河曾采用生物護岸工程，用可降解生物纖維編織袋裝土，沿河道坡面形成梯形岸坡并種植植被，200 a一遇的洪水位的考驗證實了它的可靠性，盡管流量大，沖刷力強，但是生物護岸工程基本上沒有損壞。

1.2 我國研究現狀

生態護坡技術的應用起源于中國,但是，我國在生態護坡技術方面的研究起步較晚。1993年我國引進土工材料植草護坡技術，并開發研制出了各種各樣的土工材料產品，如三維植被網、土工格柵、土工網、土工格室等，結合植草技術在各種邊坡工程中陸續獲得應用[9]。2003年，許文年等研究開發了植被混凝土護坡綠化技術。該技術有廣闊推廣前景，實現了工程建設中邊坡防護和綠化兩大功能的有機結合，填補了這一技術領域的空白。近些年在充分吸收國外河道整治和其他領域生態護坡研究成果的基礎上，我國河岸帶生態型護坡技術也取得了長足的發展。如：在廣西漓江治理工程中，胡海泓等[10]提出了石籠擋墻、網籠墊塊護坡、復合植被護坡等生態型護坡技術；季永興等[11]探討了不同材料的生態型護坡結構新方法；夏繼紅等[5]從現代數學、生態學、水力學的角度分析了生態河岸帶今后的發展趨勢；在引灤入唐工程中，陳海波等[12]提出網格反濾生物組合護坡技術；盧志靈根據上海市河道的具體特點，討論了生態型護坡結構形式。

2 河岸帶生態護坡技術方法

河岸帶生態護坡技術是在滿足河道邊坡穩定和安全的基礎上，采用植物及植物與工程材料相結合的方法，實現河流系統與動物、植物、微生物及人類活動相協調的生態技術，以達到一種水體和土體、水體和生物相互涵養，適合生物生長的近自然狀態。目前，國內外常見的河岸帶護坡技術可大致劃分為以下三類[13]：①單純的植被護坡，即利用植被根系的固土功能，保護河道岸坡，可結合河道原有的植被進行護坡；②植被護坡與工程措施相結合，如通過格賓網、生態混凝土現澆網格、生態袋（植被袋） 填土等方式，對植被進行加筋，增強岸坡抗侵蝕的能力；③生態材料護坡，如利用水泥生態種植基進行護坡，或者植被型生態混凝土和土工材料進行護坡。

我國現有河道主要采用石籠結構、土工網復合植被技術、網格反濾生物工程、植被型生態混凝土、水泥生態種植基、多孔質護岸、多自然型護岸等生態型護岸形式治理。另外也有采用自然土質岸坡、自然緩坡、植樹、植草等生態工程護堤，防止水土流失，也為水生植物的生長、水生動物的繁育、兩棲動物的棲息繁衍活動創造條件。下面重點介紹6種在工程中已經得到應用的護岸技術。

2.1 植物護坡

植被護坡是利用植被涵水固土的原理穩定巖土邊坡、美化生態環境的一種新技術，涉及巖土工程、恢復生態學、植物學、景觀生態學等多學科于一體的綜合工程技術。植被護坡主要利用植被根系的土壤增強作用，降低風浪的沖淘，加強土壤的聚合力，提高滑移抵抗力，同時可以美化水利環境[13]。在植物選擇方面應根據當地的地質條件、氣候環境等特點進行選擇，選擇根系發達，適應性強，成活率高，抗病蟲害能力強的植物種。國內很多河道的治理都使用了這一技術，如在吉林省西部嫩江流域，許曉鴻等[14]提出牛毛草[Bulbostylis barbata（Rottb.） kunth.]、草地早熟禾（Poa pratensis L.）、翦股穎（Agrostis atolonifera L.）等多種草本植物為護坡植物，河柳（Salix matsudana）等灌木為迎水坡腳防浪林的植物護坡技術。該技術利用植物地上部分進行消能護坡，利用植物根系的錨固作用，提高坡面表層的抗剪強度，有效地提高了迎水坡面的抗蝕性，大大減少了坡面土壤流失，不僅其護坡效果顯著，且投資僅為工程護坡的10.9%～22.1%。

2.2 自然型護岸

自然型護岸，即以天然的植被、原石、木材等材料來代替傳統的混凝土護岸，盡量創造接近自然型的河道[15]。自然型護岸工程形式又可分為自然原型護岸、自然型護岸、多自然型護岸。自然原型護岸主要采用喬灌混交的方法，充分利用高低錯落的空間和光照條件，以達到最佳郁閉效果，同時利用植物舒展而發達的根系穩固堤岸，增強其抵抗洪水、保護河堤的能力。自然型護岸不僅種植植被，還采用天然石材、木材護底，以增強堤岸抗洪能力，如采用木樁、塊石等具有一定強度的材料保護坡腳，使整個護岸結構的抗沖刷能力大大提高。多自然型護岸，即在自然型護岸的基礎上，再用鋼筋砼等材料，以確保大的抗洪能力[16]。多自然型護岸比自然原型護岸和自然型護岸有更強的抗水流沖刷能力，能抵御更大的洪水，同時也具備其他生態護岸所共有的生態效應，是目前使用最廣泛的一種生態護岸形式。自然型護岸在我國的應用也比較廣泛，如成都府河右岸望江公園段，護岸采用包括坡腳護底、丁壩、石籠在內的多自然化手段；堤防形式采用土堤防，減少人工構造痕跡，創造出被綠色覆蓋的良好護岸；同時注意與公園的竹林（綠色）自然景觀協調，保護現有樹林并納入自然景觀[17]。該項目的成功實施成為成都地區乃至我國的河流生態環境建設、河流整治、湖泊、水庫等建設的典范。

2.3 網石籠結構生態護岸

石籠是一種生態格網結構，現也稱之為格賓網。現代工業化生產的石籠單元普遍采用六面方筐，內設隔網，編網材料有金屬絲、鋼筋和塑料格柵等，網眼通常為菱形或正方形。河流護岸網石籠結構由鍍鋅或噴塑鐵絲網籠裝碎石、肥料及種植土組成，在河道護坡中，一般選用耐銹蝕的噴塑鐵絲網籠。填充的石料之間的孔隙受到人為和自然因素的影響不斷被泥土充填，植物根系深深扎入石料之間的泥土中，從而使工程措施和植被措施相結合。石籠在我國的使用較晚，近10 a才在生態護坡擋土墻和河道護岸工程中大量使用，已經成功實施了很多工程，如太倉長江大堤順堤河生態護岸工程[18]。該工程設計中采用綠格網墊護坡，結合軟結構與植被技術的應用，該工藝適應該河道地質條件差、容易產生局部坍塌的具體情況。即可保護河岸、又促進水與土體之間的自然交換、增強水體自凈能力，實現植被綠化、景觀美化的生態環境，達到工程建筑與生態環境有機結合的目的。該工程在廣大的平原河道工程具有一定的典型性。

2.4 生態袋護坡

生態袋是由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制作而成的土工網袋，網袋內含有草籽，種植時內填種植土，并采用連接扣連接，保證邊坡的穩定性。生態袋是由高分子材料制成的，具有抗老化、高強度、耐酸堿、無毒、不降解等特點，使用壽命高達70 a以上，100%回收，零污染。生態袋護坡技術采用環保的生態袋代替鋼筋混凝土等硬性材料，實現了以柔性的綠色岸坡取代硬性的傳統岸坡。它集土木工程和生態環境綠化為一體，是水利部科技推廣的先進適用技術[19]。由于其生態性、整體性、環保性等特點，這一技術已廣泛應用于水利邊坡生態防護工程中。如北京市植物園湖區，湖邊駁岸形式初始為混凝土柱護坡和隨地形漫坡入水兩種形式，但由于長期的湖水沖刷，土壤流失比較嚴重，導致駁岸失去連貫性與完整性，整體水域景觀效果遭到破壞。后來完全采用適于植被生長、具有生態修復功能的生態袋護坡技術，恢復了受損的駁岸，為植被的生長提供了土壤基質，使得植被的恢復與園林景觀的建立成為可能。作為一項綠色的護坡、綠坡工程系統，生態袋技術值得大力推廣。

2.5 植被型生態混凝土護坡

植被型生態混凝土由植物、多孔滲水混凝土肥料、泥土和保水材料組成，具有高透水性、較大的拔出力、高透氣性和安全性，實質上是一種有著連續孔隙的多孔混凝土，水與空氣容易通過或存在于其連續通道內[20]。這種護坡具有較好的抗沖刷性能，表面的覆草形成堤防迎水坡面的軟覆蓋，具有緩沖性能，草生根后，草、土、混凝土形成一體，可提高堤防邊坡的穩定性，既實現了混凝土護坡，又能在坡上種植花草，美化環境，形成硬化和綠化完美結合，與傳統的漿砌石混凝土護坡相比，生態效應更顯著。植被型生態混凝土的應用在我國剛剛起步，如江蘇省水利廳以生態系統理論為基礎，結合河道整治工程，研發了生態混凝土護砌材料，在江蘇吳江東開發區的龐山中心河和治太重點工程太浦河螞蟻漾段堤防的護岸工程中都得到了應用，實現了混凝土上長草，取得了顯著的社會效益和生態效益[21]。

2.6 土工材料復合種植基護坡

該項護坡技術可分為土工網墊固土種植基、土工格柵固土種植基、土工單元固土種植基等多種形式。其中，土工網墊固土種植基主要是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，通過植物的生長對邊坡進行加固的一門新技術。它綜合了土工網和植物護坡的優點。這一技術已在上海浦東國際機場圍海大堤工程中得到應用。土工格柵固土種植基，是利用土工格柵加固土體，并在格柵內植草，綠化邊坡。土工單元固土種植基是利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片狀材料，經熱熔粘接成蜂窩狀的單元格子體，在蜂窩狀單元中填土植草，起固土護坡作用[22]。在我國城市河道護岸工程中，應用較為廣泛的土工合成材料種植基可分為鐵絲網與碎石復合種植基、土工材料固土種植基等。如在吉林省舒蘭市防洪應急項目拉林河新發護岸工程中，采用“土工格柵石籠護坡+土工格柵網格軟體排護腳”技術對該險工險段進行了治理[22]。該措施的實施，提高了堤岸的抗沖刷能力，確保了新發段河道堤防的安全。不同的生態護坡形式的相對優勢和應用局限對比見表1。

表1 不同生態護坡技術方法對比一覽表

3 結 語

現有的河岸帶生態護坡技術只考慮了河岸帶上的植物，忽略了與其合為一體的動物及微生物。真正意義上的生態護坡應該是在保證邊坡穩定的基礎上，以營造河道邊坡系統的生物多樣性為主要目標。因此，現有生態護坡技術，雖帶有一定的生態色彩，卻是不完善的生態護坡技術。生態護坡在水利工程中的技術含量相對較低，而大多數技術是從國外直接引進的，其生態材料也直接進口，這必然存在許多弊端。如：護坡成本太高，難于大范圍推廣；自然地理條件的差異，導致修復效果不明顯。因此，生態護坡應結合我國實際現有的材料，研發出適合我國的新型生態護坡技術，而不是一味的照搬模仿。新材料的開發，應成為今后生態護坡研究的一個重點。

河岸帶上有豐富的資源，是生物群落生長的敏感地帶，也是珍稀瀕危生物的適宜棲息地，具有很高的生物多樣性。河岸帶具有的獨特邊緣效應，使其各方面的特征都不穩定且脆弱，尤其在過多的人為擾動下，河岸帶生態系統將會作出響應，甚至會造成該生態系統的失衡。現有的護坡技術在一定程度上對河岸帶生態系統平衡產生影響。因此，在生態護坡的同時，盡量保留原有的生物多樣性，采用就地取材的辦法選擇合適的護坡材料，并盡可能地利用自然護岸或近自然護岸的方法，避免過多的大范圍對河岸帶的干擾破壞，維持河岸帶生態系統的自然狀態。另外，還要加強提高人們對河岸帶生態護坡系統重要性的認識，只有這樣才能變被動為主動，自發地保護河岸帶生態系統，使其合理、健康的發展。

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