自然型河流生態護岸技術研究

甘美娜 王棟宇 溫瑩 趙強民 胡傳偉

（棕櫚生態城鎮發展股份有限公司 廣東廣州 510627）

自然型河流生態護岸技術研究

甘美娜 王棟宇 溫瑩 趙強民 胡傳偉

（棕櫚生態城鎮發展股份有限公司 廣東廣州 510627）

從分析河溪生態系統退化影響因素入手，提出對濱水景觀修復應進行自然型生態護岸建設方面的完善和補充。自然型生態護岸是一個系統，包括植生護底和植被護坡。為了給自然型護岸坡面景觀綠化提供穩固且生態的基礎，總結七種主要的植生護底技術，并列表對比它們的適用范圍、作用和使用注意要點。植被護坡有較多的技術類型。案例分析表明，種互花米草的自然型生態護岸具有較好的經濟性。根系研究和項目應用表明，河流植被護坡優選品種是藍花草。

風景園林；生態護岸；土壤生物工程；植生護底

1 引言

本研究以自然型河流生態護岸為研究對象，探討護底工程和護坡工程的生態技術。植生護底的樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁的方法、技術在自然型護岸使用可為坡面綠化打下穩固且生態的基礎，探討這些技術的適用范圍、作用和使用注意要點。20世紀60年代后期，歐洲國家認識到導致河溪生態系統退化的根本原因是傳統的河流治理工程[1]。護岸是河溪生態系統的重要組成部分，目前的河流規劃設計對生態方面的理念和方法技術有著較大的需求，特別在是水質凈化方面。根據邊際效應，水陸交界地方有著重要的生態作用，生態型護岸備受關注，特別是自然型河流生態護岸技術。

2 生態護岸

外國一般把生態護岸定義為：“借助土木工程措施，單獨使用綠色植被，或者綠色植被與非生命材料相結合，旨在減輕坡面的不穩定性和侵蝕的護坡”[2～3]。發達國家很早就對這方面展開研究，瑞士、德國在20世紀80年代末提出了“自然型護岸”技術，日本在90年代初提出了“多自然型河道治理”技術，同時美國在80～90年代出版了數部“土壤生態工程（Soil Bioengineering）”的經典書籍[1]。日本的生態護岸比較著名，其主要類型有自然型、半自然型和人工型，自然型生態護岸又細分為植物、干砌石和原木格子護岸三種[4]。土壤生物工程技術的施工有扦插、灌叢墊、梢捆、層栽、埋根、籬墻、原木擋墻等十幾種方式，主要是前五種方式搭配靈活、施工方便、應用廣泛[5]。

根據文獻分析，歐洲、日本、美國在生態護岸的內涵、分類、技術細節方面略有不同，但是他們在單獨使用綠色植被方面的研究都較多，應該跟使用生物材料更符合生態原則有關。自然型生態護岸有如下優勢：在經濟效果方面，生物材料柔韌細軟、材源豐盛、施工簡便迅速、養護成本較低；在景觀效果方面，植被綠化覆蓋率較高，約80～95%，護岸結構有利于植物生長，促進濱水植物群落的形成；在生態效果方面，用萌芽木樁以利護坡植物生長，能提供立即性保護層，護岸的高滲透性方便水、陸系統交換物質，材料無二次污染等后遺癥。中國古人在4000余年前已利用柴枕/柴排進行河道治理，因此，國內經驗結合國外先進技術將更有利于恢復國內退化的河流生態系統。本文以自然型河流生態護岸為研究對象，探討護底工程和護坡工程的生態技術及其應用效果。

2.1 植生護底

護岸工程包括“護坡工程”和“護底工程”兩部分，通常以河道多年平均枯水位為界，界限以下的部分又稱為“護腳工程”。護岸治理原則是先護底后護坡，根基穩固才能防沖、防浪、防塌和抗冰凍，從而為護坡工程提供保障。自然型生態護岸可以分為植生護底部分和植被護坡部分。

生態護岸的基本類型分為自然原型護岸、自然型護岸和多種人工自然型護岸三種，其中自然型護岸分為柴籠、枝條捆包、植被格、木籠墻、樹枝沉床、樹木鋪面、原木與根系填料鋪面、棕纖維卷等[6]。我國柴枕法中的植生護底技術有七種，即樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁護底技術[7]2～6。仔細分析以上的多種方法和技術，發現它們之間有著相通之處。柴枕法在植生護底方面的劃分更細致，故以其七種類型的技術為主，結合自然型護岸中的相關形式，從類型、做法、適用范圍、作用和使用注意要點五個方面做對比，形成表格（表1）。

使用這七種植生護底技術可以加強土壤生物工程護岸的護底工程，增強防洪、抗蝕等水利工程性能。在有防洪等剛性要求時，自然型生態護岸宜采用護底工程和護坡工程配合的結構形式。

2.2 植被護坡

自然型生態護岸的水上邊坡部分是濱水景觀和動植物生境的重要組成部分，主要以植被覆蓋為主。植被護坡的類型有很多，如草皮、人工種草、液壓噴播植草、樹樁、樹枝壓條、休眠樹干、植被格等。該處的植物品種、結構、層次，優勢群落的篩選，以及抗污染能力，都需結合當地條件做進一步研究。植物篩選需考慮環境適應性、耐淹性、成活率、生物多樣性等條件。華南地區濱水緩沖帶淹水深度約20cm的優選植物是朱蕉和朱纓花，它們至少可耐淹28d，次選為夾竹桃、錦繡杜鵑和灰莉，紫葉狼尾草可耐淹7d，朱槿可耐淹4d[8～9]，這些品種可以配置在最高水位線附近。

以種護花米草（Spartina alterniflora）的自然型生態護岸為例，植被護坡在經濟性方面的表現較好。互花米草是一種從美國引進的多年生禾本科植物，在水深3m內浸泡5h/d無損，耐鹽堿土，可消浪50%以上。從浙江省龍江水閘使用拋石和互花米草護岸的經濟效益對比，后者的促淤效果明顯較好[7]129～130。前者造價約為后者的40倍（表2），可見植物護岸技術的經濟優勢。在廣東茂名市水東鎮水東灣濱海濕地使用該品種，可以在沿海灘涂上防止土壤流失、促淤，還可以防沖、防浪和防塌，保護硬質海堤，觀察到其間有鳥類出沒，對因建造海堤而退化了的濱海動植物生境的修復起了一定作用（圖1）。

表1 植生護底方法對比表

表2 浙江省龍江水閘拋石與互花米草護岸效益比較表

圖1 水東灣濱海濕地互花米草

與入侵植物互花米草不同，藍花草（又名翠蘆莉）（Ruellia brittoniana Leonard）不屬于入侵物種，而且景觀效果更好（圖2）。為研究藍花草的根系在冬季至春季的萌發情況，在2016年11月4號剪藍花草長勢相近的枝條6枝進行室內水培，切條的切口不進行處理。藍花草成活率100%，不定根根系生長情況相近：在12月中旬其新萌發的根系發育良好、須根較發達，根系長度約15cm（圖3），在次年3月初根系已長達50cm（圖4）。藍花草的抗逆性較強，適應范圍較廣，耐旱和耐淹性較強，扦插繁殖成活率較高，具有做自然型河流植被護坡的潛力。

圖2 藍花草的花朵

圖3 藍花草12月中旬根系生長情況

圖4 藍花草次年3月中根系生長情況

2.3 生態護岸是一個系統

每一條河流都有它的特點，所以每一條河流都有它的規律，這就要求針對每一條河流的護岸有相應的生態治理和修復的方法。河流護岸是一個復雜的生態系統，不但涉及水域生態系統、陸地生態系統，還有水陸交界帶。區域、地形、氣候、水文、土壤等因素影響著河流護岸的形狀、流速、營養成分等，形成多樣的動物、植物、微生物等生境。因此，在選擇護底技術和護坡技術的組合模式時需要綜合考慮。

美國在做河流護岸景觀規劃時，一般會借鑒當地河流的歷史數據，假如缺失會用相鄰河流或情況相近河流的數據來建立模型，通過模擬、分析手段來確定生態設計方案。我國在相關數據的公開、查詢等方面可以借鑒美國模式。

3 應用

梅州市的芹洋半島濕地公園，沿梅江芹洋半島U形水系的北岸建設，總長約4.7km，項目分兩期建設。第一期工程范圍為廣州大橋上下游段1.5km處，該段的濕地公園建設在2015年11月已完成七成，在2016年2月下旬已經建成開放。該市的第一季度降雨量是多年同期的2.7倍，1月份降雨量達305mm，創下歷史紀錄。在2016年3月19～24日，該市普降暴雨，部分地區還出現冰雹和6～8級短時雷雨大風等強對流天氣，致使該市提前開汛。持續強降水使江河水位暴漲，梅江橫山水文站超警戒水位[10]。芹洋半島的羅樂大橋的施工縮小了過水斷面，抬高了梅江水位。第一季度降雨量創紀錄、提前開汛以及羅樂大橋施工影響，導致了4月中旬梅江平均水位比去年同期高了約20cm[11]。

上述情況使得公園濱江處的植物，處于較長時間的淹水脅迫狀態，導致葉片枯黃、脫落，嚴重的出現植株枯萎。但是，根據2016年3月23日的現場照片可知，藍花草的葉色仍然濃綠，沒有脫葉現象（圖5），耐水淹能力得到了工程實例驗證。梅州市在2016年降雨量達到2497.6mm，創造了歷史記錄。從2017年1月的現場照片（圖6）可以看到經過修剪的藍花草生長狀況良好，經受住了較大降雨量的考驗。

圖5 藍花草植被護坡（2016年3月）

圖6 藍花草植被護坡（2017年1月）

對于遭受河流洪水破壞的岸坡（圖7），根據情況綜合應用自然型河流生態護岸技術，將塌方駁岸處陡坡地形重新修整為緩坡地形，以松木樁夾石塊做護腳，以連接植生做護坡（圖8）。從2017年5月的現場照片可知，經過一年多的時間，該生態修復岸坡的景觀效果較好，植被生長良好（圖9）。

圖7 此段岸坡遭受河流洪水破壞

圖8 生態護岸做法剖面圖

圖9 生態修復效果

在坡度較陡處使用植生石籠技術（圖10左岸），在坡度較緩處應用連接植生技術（圖10右岸），在一年多的時間里，經受住了2016年的較大降雨和水位變化，右岸新的植被已經基本完全覆蓋原來的石籠（圖11），左岸的園林植物藍花草植被開花效果較好、覆蓋度較高，避免了土地裸露，實現了岸坡復綠。

圖10 植生石籠（左）與連接植生（右）（2016年3月建成初期）

4 結論

圖11 植生石籠（左）與連接植生（右）（2017年5月）

在有防洪等剛性要求時，自然型生態護岸宜采用植生護底工程和植被護坡工程配合的結構形式。樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁護底技術，可以加強自然型生態護岸或土壤生物工程護岸的護底工程。種護花米草的自然型生態護岸在經濟性和生態性方面呈現較好的效果。自然型生態護岸在非城區或郊區河段、濱海濕地護岸景觀改造工程中，可以以較低成本獲得較明顯生態效果。在選擇護底技術和護坡技術的組合模式時需要綜合考慮。根系研究和項目應用表明，河流植被護坡優選品種是藍花草，以其做植被護坡的主要植物品種，宜在河流緩坡處推廣應用。

注：圖1、4為作者自攝；圖2為吳燕昌、甘美娜、簡向陽拍攝；圖3為簡向陽拍攝；圖5為黃鵬鴻拍攝；圖6、9、11為胡福超拍攝；圖7、8為林模乾拍攝、繪制。

[1]劉瑛.土壤生物工程技術在河岸生態修復中應用效果的研究[D].北京：北京林業大學水土保持學院，2011：1.

[2]Coppin N J，Richarids I G（eds）.Use of vegetation in civil engineering[M].London：Butterworths，1990．

[3]候高健，徐竟成，黃翔峰.河道護岸生態化建設進展[J].環境科學導刊，2009，28（5）：39～43.

[4]黃奕龍.日本河流生態護岸技術及其對深圳的啟示[J].中國農村水利水電，2009（10）：106～108.

[5]錢斌天.土壤生物工程技術植物材料的篩選和施工方式研究[D].北京：北京林業大學水土保持學院，2013：13.

[6]田 碩.城市河道護岸規劃設計中的生態模式[J].中國水利，2006（20）：13～16.

[7]尚文武，張杰，董建軍，等.柴枕法[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[8]甘美娜，王棟宇，吳新旺，等.華南地區幾種常見植物的耐淹性研究[J].現代園藝，2015（3）：11～12.

[9]甘美娜，吳新旺，簡向陽，等.華南地區7種旱生園林灌木的耐淹性研究[J].廣東園林，2017，39（2）：58～64.

[10]張柯，羅碧瑜.2016梅州五大氣候事件發布（第2版）.梅州日報，2017，1.

[11]為什么梅州城區梅江水位長期保持在高位？梅州市梅江區人民政府網站 http：//www.meijiang.gov.cn/mjms/zxzx/ts/2016-04-14/1460615912d264 019.html）.

TV85

A

1005-7897（2017）14-0022-03

2015年生態園林產業技術創新戰略聯盟項目（濱水耐淹植物的篩選及配置技術研究）；廣東省應用型科技研發專項資金項目（2015B020235008）。

2017-7-15

甘美娜（1984-），女，廣東湛江人，中級工程師，碩士，主要從事景觀生態修復相關工作。