河流生態護岸的工程實踐

(長江科學院 河流研究所， 湖北 武漢 210093)

河流生態護岸的工程實踐

閔鳳陽孫貴州王家生李凌云

(長江科學院河流研究所，湖北武漢210093)

傳統河道的岸坡防護常以硬質的岸坡防護為主，造成了水土與營養物質阻隔、坡面景觀單一以及生態系統結構簡單脆弱等一系列問題，生態護岸是河道生態治理的必要手段。以近幾年長江科學院生態護岸為例，介紹了生態護岸方案和效果，以期為以后大江河及中小河流生態治理提供借鑒和參考。

生態護岸； 河流生態；岸坡；生態治理

1 研究背景

河流具有行洪、排澇、供水、灌溉、生態、環保、景觀和文化等功能，是自然環境的重要組成部分。傳統河道治理以防洪排澇、水資源利用及水土保持為主要目的，按照防洪標準進行治理。為了以有限的資金達到較好效果，常采取“渠化”、“硬化”等手段，給河流的水生態環境造成了極大危害。具體體現在：造成河道水質下降；河岸帶生態系統破壞，物種群落單一；河流形態幾何規則化，致使河道的自然屬性遭受破壞，嚴重影響人水和諧[1]。

在這些危害當中，尤以河流硬質護岸表現較為突出。河流硬質護岸是指由堅硬的石塊或混凝土材料組成的與土體完全隔絕的結構體，主要有漿砌或干砌塊石護岸、現澆混凝土護岸等幾種形式[2]。這種傳統的硬質護岸對河流生態環境造成了極大的危害，具體表現在：①硬質護岸隔斷了河道坡面物質和能量的交換與流動，嚴重破壞了生物的棲息地環境；②隔絕了河道附近水域和陸域生態系統間的聯系，不利于河流水體自凈能力的發揮和自然生態系統的恢復；③河岸硬質化造成河岸無植被、生物多樣性單一等，嚴重影響了河岸帶自然風貌和生態景觀[3]。

為解決硬質護岸所帶來的一系列問題，國內外不少學者提出了“生態護岸”概念，但目前尚未統一其定義。一般認為，河道生態護岸是利用植物或者植物與護坡結構相結合，對河道坡面進行防護的一種新型護岸形式。從生態系統的角度來講，除護岸結構本身外，河道生態護岸還包括植物、動物及微生物，系統內部之間與相鄰系統間均發生著物質、能量和信息的交換，具有很強的動態性[4]。生態護岸的真正意義是在滿足河道邊坡穩定的基礎上，以塑造岸坡系統的生物多樣性為目標，在水-土-生物之間，形成物質、信息、能量的循環體系，通過良性循環，進行自我組織和自我修復，使護坡不僅具有景觀效果，還能修復污染的河流水體，提高河流的自凈能力，從而為河流生態系統的健康提供保障[5]。

目前，國內外針對生態護岸問題已經進行了不少的研究和探索，積累了大量的工程實踐經驗，主要有：①植物護岸法，包括植草、植樹(活枝條或木樁)、椰殼纖維卷等；②柴枝土體加筋法，包括活體柴(梢料)捆、活體柴(梢料)排、活體柴(梢料)層、柴枝包等；③硬質結構與植被結合法，包括塊石與植被結合、木框檔土墻與植被結合、石籠墊等；④土工織物法，包括土工織物扁袋、欄網或土工籬笆、植草土工格柵、土工格室等；⑤預制構件法，包括混凝土預制塊、生態型混凝土預制件、生態磚和魚巢磚等。

近年來，長江科學院積極探索了中小河流及大江大河的生態護岸，積累了一定的工程經驗。本文對近幾年在不同區域不同河流實施的生態護岸情況進行簡要介紹。

2 工程實例

2.1 云南景洪勐養河生態護岸工程

2.1.1 自然概況及存在問題

勐養河是瀾滄江左岸一級支流，干流河長54 km，流域面積603 km2，年均流量8.1 m3/s，由南向北匯入瀾滄江。勐養河流域近似呈東南-西北向的矩狀，上游流經高山峽谷地區，切割較深，河谷狹窄，比降較大。河道中游流經勐養鎮勐養壩段，兩岸河谷相對較為開闊，綿延數百米甚至上千米。河道在兩岸低矮農田中蜿蜒穿行，遇大洪水兩岸農田均會被洪水淹沒。此次治理的河段即位于勐養河中游勐養段附近。勐養河下游位于“V”形峽谷內，比降較大，植被覆蓋較為完整。總體而言，勐養河具有山區性河流的典型徑流特征：①徑流年內、年際變化較大；②洪水暴漲暴落，洪峰高，匯流時間短。

圖1 勐養河河道典型橫斷面(單位:cm)

通過實際的調研和沿河道查勘，勐養河河道主要存在以下3個方面問題。

(1) 河道斷面狹小，行洪能力嚴重不足。勐養河河道現狀寬度5～7 m，河道平均深度約 1.5 m，基本上為枯水河槽，過流面積狹小，僅能維持枯期的過流能力，河道的行洪能力嚴重不足。因此，一旦上游來水稍大，就會漫過河道，淹沒周邊農田和房屋，給當地的村民帶來嚴重危害。

(2) 河道蜿蜒曲折，河岸抗沖性能差，岸線不穩。勐養河勐養段彎道過多，河道寬窄不一，河岸低矮。沿河兩岸基本上為沙性紅壤土，加之現狀河道無堤防及護岸工程，抗沖性能差，一遇大洪水，勢必造成河岸沖刷坍塌嚴重，洪水漫灘成災。

(3) 河道淤塞嚴重，影響行洪安全。勐養河勐養段處于丘陵平原地段，兩岸河谷相對較為開闊，沿河兩岸大都為農業用地，土壤抗沖抗蝕性差，降雨時水土流失嚴重，沉積在河道中，導致河道淤塞。部分河道內垃圾、塊石、雜草茂盛，阻水嚴重，一旦洪水發生，將嚴重滯洪，影響行洪安全。

2.1.2 河道斷面及岸坡防護設計

在河道治理中，秉承“安全、自然、生態”的原則，在不改變河道現有河勢，并滿足征地條件的情況下，盡可能采取“灘-槽”相結合的復式河道斷面型式；在城鎮段，征地條件緊張的情況下采取生態擋墻的型式。在岸坡防護設計中，盡量采用有利于植物生長的多孔透水材料，以保證水、土、氣之間的相互聯系，保持河流的橫向連通性[6]。綜合考慮抗沖性能與工程造價等因素，在10 a一遇洪水位以下采用23 cm厚的雷諾護墊護坡，雷諾護墊內充填塊石，且有一定的透水功能，有利于水生植物的生長和岸灘物質交換；10 a一遇洪水位以上采用草皮護坡，植物的種植采取狗牙根等云南當地常見草種；鎮腳采取格賓鎮腳。勐養河河道典型橫斷面見圖1。

2.1.3 工程治理后的河道情況

勐養河河道護岸施工及完工4個月與16個月照片對照見圖2～4。

圖2 勐養河河道護岸施工照片

圖3 勐養河河道完工后照片(4個月后)

圖4 勐養河河道完工后照片(16個月后)

2.2 湖北興山古夫河生態護岸工程

2.2.1 自然概況及存在問題

古夫河為香溪河的一級支流，穿過興山縣新縣城(古夫鎮)，在古夫鎮下游11 km處匯入香溪河。古夫鎮上游約2 km處建有古洞口水庫大壩。古夫河興山縣城段治理工程上游起于古洞口水庫電站尾水出口，下游止于興山縣城南寒溪口，治理河道兩岸長 5.4 km。古夫河左岸上游約 0.9 km尚未采取護岸措施，為自然岸坡；其他 4.5 km岸線已先后進行整治，其中80%的整治岸段采用漿砌護坡或漿砌石垂直擋墻等硬質護岸的型式[7]。

在河道整治工程、河道采砂及其他人類活動等多方面因素影響下，古夫河興山縣城段河道生境遭受到較嚴重破壞，主要體現在以下3個方面。

(1)河床自然幾何形態消失。古夫河興山縣城段經河道整治后，河道灘槽結構消失，斷面形態單一；由于過度采砂，河床變得坑坑洼洼，且采砂坑分布十分凌亂，這將造成河床阻力結構調整和水流流向、流速等發生劇烈變化，尤其是洪水期水流特性發生變化，給河道的防洪帶來安全隱患。

(2)河岸帶功能退化。在古夫河興山縣城段整治的 4.5 km岸段中，以硬質護岸型式的岸段占整個實施岸段的80%左右。長距離、大規模的硬質護岸使得古夫河兩岸河岸帶的生態環境嚴重惡化，生物棲息地空間基本消失。

(3)城市河道功能減弱。作為興山的城市河流，古夫河是縣城居民日常休閑、娛樂、親水、嬉水的主要場所。由于該河道兩岸硬化，河道的生態景觀基本消失，與城市的發展極不協調。

2.2.2 河道岸坡修復設計

古夫河興山縣城段岸坡生境修復包括已實施的混凝土預制六方塊漿砌石護坡的生態化改造和左岸上游約0.9 km原始岸坡生態護岸兩部分內容。

河道岸坡生境修復分為古夫河常水位以下、常水位至馬道、馬道和馬道以上4個部分。具體如下：①常水位以下部分采用生態魚磚的形式，適合水生生物棲息及魚類產卵。②常水位至馬道間之間采用生態袋形式，可供各類濱水植物生長。③馬道采用透水磚鋪設，既可做景觀道路，也可生長植物，美化路面。④馬道以上分兩種情況：一是已有六方塊護坡段，從馬道至堤頂坡面混凝土六方塊部為采用棕櫚石置換(置換面積為20%)，棕櫚石上可直接生長植被，此外，在馬道內側設置植物槽，種植本地藤條攀爬類植物，對馬道以上部分六方塊坡面進行綠化；二是沒有六方塊護坡自然坡面河段，采用雷諾護墊或生態袋等結構型式，在滿足防洪安全同時也能使河岸帶的植被得到恢復[7]。河道岸坡修復典型代表斷面見圖5。

圖5 河道岸坡修復典型代表斷面(據文獻[7]修改)

2.2.3 工程治理后的河道情況

古夫河興山縣城段河道護坡見圖6。

圖6 古夫河興山縣城段河道護岸

2.3 下荊江典型岸段生態防護工程

2.3.1 自然概況及存在問題

下荊江上起藕池口，下至洞庭湖出口處的城陵磯，全長約175.7 km，為典型的蜿蜒型河道。20世紀60年代末至70年代初，下荊江經歷了3次裁彎工程，裁彎工程實施后，河道河長明顯縮短。同時，河道兩岸也在不斷實施河勢控制工程與護岸工程，河道擺動幅度明顯減小，岸線穩定性也明顯得到了增強[8]。目前下荊江已成為限制性彎曲河道，由石首、沙灘子、調關、中洲子、監利、上車灣、荊江門、熊家洲、七弓嶺、觀音洲共10個彎曲段組成。

目前該段存在的主要問題如下：①石首河段河勢還在進一步的調整中、監利河彎主支汊易位等河勢問題可能依然突出；②原列入隱蔽工程的有18.58 km尚未實施，這些地段年久失修、破損嚴重；③近年已得到新護和加固的局部地段依然存在不同程度的險情。

2.3.2 典型河段生態防護設計

從整治線按1∶2.5～1∶3削坡至設計枯水位，在灘頂高程下5 m處設置寬 0.5 m的馬道，灘坡身由墊層及面層組成，根據工程設計的需要，不同的岸段可采取不同的生態防護型式：①混凝土預制塊+香根草護坡；②層碼干砌石+香根草+狗芽根護坡；③雷諾護墊護坡。護坡下設漿砌石腳槽及干砌塊石，防止沖刷。

下荊江典型護坡岸段橫斷面見圖7。

圖7 下荊江典型護坡岸段橫斷面(單位:mm)

圖8 監利觀音洲護坡(混凝土預制塊+香根草護坡)

圖9 團結閘上段護坡(層碼干砌石+香根草+狗芽根護坡)

圖10 向家洲護坡(鋼絲網石籠)

2.3.3 工程治理后的河道情況

工程治理后的河道情況見圖8～10。

3 生態護岸效果分析

從上述河道生態護岸的分析來看，不同生態護岸型式均能取得較好的植被恢復效果，但不同的河段及不同型形式之間之間仍存在一定差異。

勐養河位于云南省南部，屬熱帶地區，氣候溫暖濕潤，降雨豐富。工程完工后4個月內，由于還屬干季，降雨量較少，植被生長恢復較慢。但經過一個雨季后，植被生長迅速，在采取雷諾護墊護岸區域基本已覆蓋整個坡面，郁郁蔥蔥，十分繁茂，取得了良好的生態效果。但擋墻區域因缺土缺水的原因，植被生長還較為缺乏，今后可考慮采取種植攀爬的藤蔓植物，對其進行綠化。

興山古夫縣城區的護坡修復主要分已有硬質岸坡的改造及未護岸段的守護，從目前的情況看，由于土質較差，且降雨較少，植被生長較為緩慢。今后應采取人工澆水等措施，促使植被快速生長。

下荊江生態護坡的植被生長狀況與當地的河勢及水流情況有密切的關系：在緩流的觀音洲區域，六方預制塊結構較為穩定，植被恢復較快；在團結閘區域，層碼干砌石植被生長較為迅速，但其結構穩定性不如其他硬質護坡結構，受水流沖刷的影響，部分區域下段干砌石部分已脫落，土質基底出露，需定期維護；在向家洲護岸段，其植被恢復較好，但受流速、水位等因素影響，中下段(易受水淹沒區域)植被生長較少，恢復較為困難。

4 結 語

生態護岸一直是河流生態整治相關研究的熱點，如何快速恢復河道岸坡的植被是河道生態護岸中的重要內容。本文對長江科學院近幾年在不同區域不同河流實施的生態護岸情況作了簡要介紹，包括雷諾護墊、棕櫚石、生態袋、生態魚磚、混凝土預制塊+香根草、層碼干砌石+香根草+狗芽根、鋼絲網石籠等型式，并對生態護岸后的植被恢復效果進行了調查分析。研究發現，實施生態護岸后，植被都能較快地生長，但均存在較大的差異，這與河道所處區域的氣溫、降雨、土壤以及河道岸坡的淹沒狀況(水位)、流速等密切相關。不同淹水情況下的植被恢復情況有顯著區別，生態護岸措施中土壤的滯留效果也是草類植被能否生長的關鍵。同時調查中還發現，一些護岸措施因水流沖刷而脫落，因此，護岸措施的后期維護管理也很重要，今后應改變“重建設、輕管理”的現象，真正為河流岸線的生態化治理和保護提供服務。

[1] 董哲仁.水利工程對生態系統的脅迫[J].水利水電技術，2003，34(7)：1-5.

[2] 謝三桃，朱青. 城市河流硬質護岸生態修復研究進展[J].環境科學與技術，2009，32(5)：83-87.

[3] Kristina M H，Susan J M. Plant ecotypes：genetic differentiation in the age of ecological restoration[J]. Trends in Ecology and Evolution，2003，18(3)：147-155.

[4] 夏繼紅，嚴忠民.國內外城市河道生態型護岸研究現狀及發展趨勢[J].中國水土保持，2004(3)：20-21.

[5] 高之棟，穆如發.河道生態修復技術初步構思[J].水土保持研究，2006，13(6)：32-33.

[6] 趙進勇，廖倫國，董哲仁，等. 重慶市苦溪河生態治理的實踐[J].水利水電技術，2007，38(3)：9-13.

[7] 李凌云，黎禮剛，王家生. 古夫河興山縣城段生境修復研究[J].人民長江，2015，46(3)：77-81.

[8] 周成成，黃召彪，熊小元，等. 三峽水庫蓄水后荊江河段河床沖淤及水位變化特點分析[J] .中國水運，2014(5)：52-53.

(編輯：朱曉紅)

2017-09-15

國家重點研發計劃水資源高效開發利用重點專項課題資助(2017YFC0405306)

閔鳳陽,男，長江科學院河流研究所， 高級工程師.

1006-0081(2017)11-0069-06

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