河道生態護坡關鍵技術及生態功能

張蛟龍（遼寧省本溪市水務局水利電力勘測設計研究院，遼寧本溪117000）

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河道生態護坡關鍵技術及生態功能

張蛟龍
（遼寧省本溪市水務局水利電力勘測設計研究院，遼寧本溪117000）

本文以某生態河道示范區工程為例，對河道生態護坡關鍵技術進行了研究。本工程主要采用了全系列生態護坡、土壤生物工程護坡以及復合式生物穩定護坡三類生態護坡技術，對生態護坡的生態功能進行了為期三年的生態監測，監測內容主要包括生態護坡完成后不同時間坡岸的生態穩定性和結構穩定性兩方面。進而對監測結果進行了分析，監測結果表明：在監測的三年時間里，該工程的護坡植物長勢良好，根系和新生枝葉均起到了明顯的護坡作用，坡體土體的抗剪強度得到顯著提高，生態護坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結構穩定性；同時，生態護坡還很大程度上改善了河岸的生態環境，有利于本地植物快速恢復起來，增加了河道周邊的生物多樣性。

河道護坡；生態護坡；關鍵技術；生態功能

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.027

1 引言

河岸作為水陸交錯地帶在防洪抗災、水土保持以及調節氣候方面都發揮著特別重要的作用［1］。科學的河道生態系統可以使物質以適當的形式和速度通過界面區，有利于保持陸地的水土，同時，可有效避免河水“富營養化”問題的出現。河道生態護坡的主要目的是通過生態護坡的方式對受損的河岸生態系統進行重建，恢復其應有的生態功能［2］。目前我國有關學者對河道生態護坡進行了大量的研究，但大多只是停留在相關定義的具體闡述上，或只對生態護坡技術的應用方法進行研究，對于已完成的生態護坡工程的生態監控以及效果評估卻很少涉及，因此，無法充分認識到這一技術的演變過程以及其生態功能［3］。本文對某生態河道示范區工程所采用的以植物為主要結構體的生態護坡技術進行了深入的研究，同時，通過長期的生態監測對生態護坡工程的生態功能進行了深入的分析。

2 生態護坡關鍵技術的選取與應用

根據國內外對生態護坡技術的研究理論與具體實踐，可以將以植物為主體結構的生態護坡技術具體的分為三種類型［4］：全系列生態護坡、土壤生物工程護坡以及復合式生物穩定護坡技術。該工程在對工程區域詳細勘察的基礎上，結合河道的周邊環境、水文地質條件、具體的功能定位以及不同生態護坡關鍵技術的應用范圍等因素，對生態護坡關鍵技術進行選取。生態河道示范區（一）采用全系列生態護坡、土壤生物工程護坡以及復合式生物穩定護坡技術（柳枝扦插結合石籠護坡、柳枝扦插結合土工布復合護坡）；生態河道示范區（二）護坡技術以全系列生態護坡為主；生態河道示范區（三）主要采用土壤生物工程護坡（見表1）。

表1 示范區生態護坡類型

3 生態功能研究

從總體上看，生態護坡主要包含兩個方面的生態功能［5］：一是加固河岸，增強河岸的結構穩定性；二是維護河流生態系統的健康，提高河岸的生態穩定性。該工程完工后即對生態護坡進行為期三年的生態監測，以對生態護坡工程的發展動態及生態功能進行科學評估。

3.1 監測指標與監測方法

（1）樣帶設置

監測過程采用固定樣帶法進行樣地設置，即對不同類型的生態護坡均選取2～3個固定樣帶，樣帶從坡頂延伸向常水位，其寬度設定為1.0m，對每個樣帶的常水位、坡腰及坡頂進行動態監測。

（2）監測頻率

在生態護坡植物的第一個生長季節對生態護坡工程每月監測一次，接下來的兩個生長季則每年監測2次。采樣用在連續晴天幾天后進行。

（3）護坡植物的生長狀況及生物量情況

對護坡植物新生枝條的高度、密度進行現場隨機測定，通過隨機挖掘規定數量的整株護坡植物進行新生根系長度測定，并通過相關室內試驗測定護坡植物樣品的新生枝葉和根系的生物量（干重）［6］。

（4）土體的抗剪強度、緊實度及含水率指標

分別在每個固定樣帶內隨機設定15個監測點，在近常水位置、坡頂以及坡腰位置分別設置5個點［7］。為減少測量過程對土壤的擾動，監測中設定了科學的測量順序：首先用W.E.T土壤3參數儀對土壤的含水率情況進行測定，然后用現場剪力測量儀測定土壤的抗剪強度，最后用簡易緊實度儀對土壤的緊實度進行測定，測量位置應為地表以下約15cm處。

（5）河岸生物群落

監測過程中對植物的物種多樣性、植物群落結構以及河岸生態環境等指標進行了分析研究。樣帶選取位置同土壤抗剪強度的測定位置，記錄每個固定樣帶內植物的類型、覆蓋度、密度、高度等情況，同時對樣帶內動物的種類進行記錄。

3.2 監測結果分析

3.2.1 護坡植物生長情況及生物量分析

植物在護坡工程中有很好的護坡工程特性，在穩固坡岸中起到一定的積極作用。植物的枝葉所具有的降雨截留作用良好，同時其土壤增滲作用、徑流延滯作用、蒸騰作用也特別的顯著。植物的根系具有支撐坡體和固結土壤的機械效用。該監測過程中對采用全系列生態護坡以及土壤生物工程護坡的護坡植物的生長情況以及生物量情況進行了測定分析。

該工程采用的土壤生物工程主要包括灌叢墊、柴籠以及活枝扦插3種類型，前兩種類型以杞柳枝為主要植物材料，活枝扦插所使用的植物材料是垂柳枝。使用的植物材料都是沒有葉片和根系的新鮮枝條，將新鮮枝條安置在淺表層土壤中。工程完工兩周后，柳枝首先萌芽，完工后的兩個月時間里坡面的新枝大約每月增長7～10cm；新枝最快生長速率出現在5～10月期間，這一期間新枝大約每月增長35～45cm；10～12月氣候變冷，新枝生長速率變慢，每月增長量大約為5cm。完工后10個月通過現場挖掘的方式測定柳枝的生長情況，結果顯示柳枝和垂柳枝的新生根系的平均深度都在1.0m以上；新枝條的平均高度大約為1.7m，其中最高高度可達3.1m，新枝的蓋度可達90%。綜上，經過10個月的生長后新枝可以對坡岸起到很好的防護作用。

3.2.2 土體抗剪強度及含水率

生態護坡后坡體淺層土內會含有大量的植物根系，根系在土壤中的加筋作用提高了坡岸的穩定性。對于淺層土壤而言其抗剪強度是由根系和土體組成的復合體的抗剪強度，可直接反映出植物根系對土體的加固作用。不同類型生態防護的土體抗剪強度如表2所示。

表2 護坡的淺層土抗剪強度

經過對采集到的數據進行單向方差分析可見：生態護坡處理后的岸坡的土體抗剪強度與裸露對照岸坡的土體抗剪強度之間具有顯著差異。在生態護坡工程完工后初期，各種類型的生態護坡的淺層土壤抗剪強度都不大，這是由于初期新枝根系尚未得到良好的發育，生態護坡正開始進行自生完善；完工后1.5年以及3.0年，測定的坡岸淺層土壤抗剪強度結果表明，隨著生態護坡中植物的不斷生長以及生態護坡系統的不斷完善，各類生態護坡的淺層土體抗剪強度都隨著時間的增長而不斷增大，這一現象在坡腰以及常水位位置處表現更為明顯，這兩個部位的淺層土壤抗剪強度明顯高于對照岸坡［8］。對于采用灌叢墊的生態護坡，其常水位和坡腰位置處的淺層土壤抗剪強度比對照坡岸的淺層土抗剪強度大2～7倍。采用不同方式的生態護坡的坡岸淺層土抗剪強度變化不同，從結果看采用灌叢墊護坡的淺層土壤的抗剪強度隨時間增長最快，明顯大于其他兩種生態護坡淺層土抗剪強度的增長速率。

圖1 淺層土含水率與抗剪強度相關性分析

經檢測各類生態坡岸的淺層土壤的含水率大約在15～39%之間變化，淺層土壤的含水率對其抗剪強度有一定的影響。經過分析發現生態護坡淺層土壤的抗剪強度與其含水率呈顯著的負相關（R2= 0.5154，P=0.001＜0.01）（如圖1所示），呈現這一關系的主要原因是當土壤自身的含水率達到并超過某一數值時，土壤中便會產生過多的自由水，這些水分降低土壤顆粒之間的吸力，導致土壤的緊實度減小，從而降低土壤的抗剪強度。對于采用灌叢墊這一方式的生態護坡，新生得到密集植物滋生具有很強蒸騰作用，有利于及時將淺層土壤中過多的水分排出土體，從而提高土壤抗剪強度，起到更好的護坡作用。

3.2.3 生態護坡對生物多樣性的影響

對于恢復重建已經退化的河岸生態系統而言，首要任務是恢復植物多樣性并對其進行優化組合。護坡工程實施前，我們對該工程區域內的生物情況進行調查，該區域植被覆蓋率低，在高度活動的斜坡上植物很難生長，生物多樣性很低。生態護坡工程完成后，在第一個生長季節，坡岸植被得到很快的恢復，生物物種數量不斷增加，施工完成初期生物樹種量僅為2～3種，一個生長季后已達到14～18種。這一現象在采用活枝扦插與全系列組合護坡的生態護坡中表現的最為明顯［9］。

在坡岸植被恢復的過程中，河岸生態環境也不斷改善，這為野生動物的生殖繁衍提供了良好的條件，經調查當地的生物多樣性得到明顯好轉。生態護坡工程完工后的第一年，現場調查過程中發現植物叢中已有澤蛙、雙叉犀金龜、中華蟾蜍等動物棲息。護坡植物的根系周邊生活著大量的土壤動物。生態護坡完成一段時間后，坡岸的植被逐漸恢復，當地的生物多樣性得到明顯改善。

4 結語

科學的河道生態系統可以使物質以適當的形式和速度通過界面區，有利于保持陸地的水土，同時可有效避免河水“富營養化”問題的出現。而河岸在其中發揮著不可忽視的作用，因此需加大對河道生態護坡關鍵技術的分析和研究，使其充分發揮生態功能，加固河岸，增強河岸的結構穩定性，維護河流生態系統的健康，最終實現其保持河岸的生態穩定性的目的。本文通過對生態護坡技術的研究表明，生態護坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結構穩定性，同時改善了河岸的生態環境，增加了河道周邊的生物多樣性。

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［6］曹仲宏，徐澤.現代城市河道生態護坡淺談［J］.城市道橋與防洪，2011（02）：50-53 +113.

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［8］才厚.凌海市凌河流域生態帶建設規劃［J］.水利規劃與設計，2014（11）：7-8 +63.

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1672-2469（2016）01-0082-03

2015-09-09

張蛟龍（1986年—），男，工程師。