淺析河道整治中的生態(tài)護坡技術(shù)

汪 德 誠

(合肥學(xué)院,安徽 合肥 230601)

1 傳統(tǒng)河道護坡類型及其存在的問題

1.1 傳統(tǒng)河道護坡類型

長久以來，我們對城市河道護坡考慮最多的是行洪速度、河道沖刷、水土保持等問題，常常采用封閉硬質(zhì)的護坡形式來維護城市安全，但是這種封閉硬質(zhì)的護坡破壞了河道的生態(tài)系統(tǒng)平衡，忽略了河道的其他功能[1]。傳統(tǒng)的城市河道治理工程中，大多都是采用漿砌或干砌塊石護坡、預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土護坡、土工膜袋混凝土護坡、框格石塊護坡、鉛絲石籠護坡等。

1.2 傳統(tǒng)河道護坡存在的問題

傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護坡方式雖然可以發(fā)揮出一定的水利功效，也在很多方面做出了成績，但是，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的加強，我們已經(jīng)深刻的認識到這類護坡形式對環(huán)境所帶來的影響，也逐漸意識到它存在的一些問題。

1)封閉的護坡形式使得河道中的生物與微生物丟失了它們賴以生存的環(huán)境，破壞了河道的原生態(tài)水利環(huán)境。同時封閉的坡體表面切斷了河流與地下水相互補充的自然通道；隔絕了與外界的物質(zhì)、信息、能量循環(huán)交換；導(dǎo)致河流的自凈能力遭受破壞、河流自然生態(tài)系統(tǒng)受損，引起了生態(tài)退化的一系列環(huán)境問題。

2)傳統(tǒng)的河道斷面樣式單一、幾何規(guī)則、具有很明顯的渠化特征，這讓自然河流原生態(tài)環(huán)境無法滿足異質(zhì)性的要求，過大的水流速度導(dǎo)致水體中的生物被沖走，間接減少水中的生物多樣性。兩邊硬質(zhì)的護坡表面根本無法有效地延滯降雨過程中的溶解性有機物(Dissolved Organic Matter，DOM)和重金屬(Heavy Metal，HM)等具有代表性的污染物[2]地表徑流污染物，污染物隨雨水一沖而下，加重水體的污染、削弱了水體的環(huán)境承載力。

3)硬質(zhì)的材料與河道環(huán)境的可接受性較差，它們與生物的兼容性較差，抗凍融能力也很一般。同時單調(diào)生硬的護坡型式與我們現(xiàn)在追求回歸自然的不相一致、與周邊環(huán)境也極不協(xié)調(diào)。我們生活在生硬、單調(diào)、灰色、封閉的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，身心健康也在遭受傷害。在這種型式的護坡下，河道也就逐漸失去了原有的風(fēng)采，親水、娛樂休閑的平臺也逐漸減少，整個城市也因此少了一份靈韻與朝氣。

以上情況可以知道，傳統(tǒng)硬性結(jié)構(gòu)護坡對城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了很大影響，不利于生態(tài)水利的建設(shè)，城市河道整治中有必要推行一種生態(tài)型護坡方式，于是生態(tài)護坡技術(shù)便應(yīng)運而生，它除了具備傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護坡形式的優(yōu)點之外，融入了城市河道的自然風(fēng)貌、生態(tài)景觀，順應(yīng)了人與自然和諧相處的要求，還具有調(diào)節(jié)局部小氣候的功能。因此在生態(tài)河道治理中越來越被人們倡導(dǎo)和應(yīng)用。

2 生態(tài)護坡的發(fā)展情況與機理

2.1 生態(tài)護坡的發(fā)展情況

目前，生態(tài)護坡的范圍還很寬泛,國外一般把生態(tài)護坡定義為:“用活的植物,單獨用植物或者植物與土木工程措施和非生命的植物材料相結(jié)合,以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕”[3]。也有人定義成“生態(tài)護坡是利用植物進行坡面保護和侵蝕控制的途徑與手段”[4]，還有定義成“生態(tài)護坡是在邊坡形態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上生態(tài)系統(tǒng)能夠自我運行并能可持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一體”[5]。這些都是有關(guān)生態(tài)護坡的寬泛定義，國內(nèi)外還沒有關(guān)于生態(tài)護坡明確的定義。國內(nèi)生態(tài)護坡發(fā)展較晚，對其定義也大多參照國外研究基礎(chǔ)上進行的，指出生態(tài)護坡是利用植物根系與土體的相互作用來固坡護坡，結(jié)合巖土與環(huán)境兩方面的內(nèi)涵、兼顧防與護兩個方面，使得既滿足穩(wěn)定的要求，又能修復(fù)河道的生態(tài)水利環(huán)境。國外發(fā)達國家對傳統(tǒng)護坡所帶來的問題認識較早，很早就開始研究并提出了有關(guān)于的生態(tài)護坡技術(shù)，20世紀30年代剛開始出現(xiàn)，60年代開始向世界發(fā)展推廣，在各個國家發(fā)展后逐漸有了各自的技術(shù)理念，如：瑞士的“親近自然河流”概念、德國的“自然型護岸”技術(shù)[6]、荷蘭倡導(dǎo)“還河流空間”的新理念[7]；日本的“親水”理念和植被型生態(tài)混凝土技術(shù)[8]、歐美國家的土壤生物工程護岸技術(shù)。同時也有許多模型理論支持者生態(tài)護坡技術(shù)的發(fā)展。如：Turnanina[9]的“根強度與根直徑成反比”理論；Cazzuffi等[10]先后建立的“土體抗剪強度的增加量與植物根面積成正比”理論；Kazutoki Abe[11]的“根系對邊坡抗剪強度影響”公式等。與此相比，我國國內(nèi)對生態(tài)護坡技術(shù)的研究起步較晚，20世紀90年代生態(tài)護坡理念最初在河道堤防管理部門中提出。這些年在充分吸收國外河道整治和其他生態(tài)護坡研究成果的基礎(chǔ)上，我國在生態(tài)護坡理論技術(shù)上也取得了較大的進步與發(fā)展。如：鄢俊[12]研究了各種植草護坡方式的特點和邊坡種草的關(guān)鍵技術(shù)；盧志靈[13]討論了生態(tài)型護坡結(jié)構(gòu)形式；宋云[14]提出的植物淺根加筋理論和深根錨固理論；張俊云的“根直徑與其抗拉強度成反比”的理論公式[15]；季永興等[16]研究的生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)的新方法；俞孔堅等[17]提出的變水位情況下的生態(tài)護岸設(shè)計。現(xiàn)在人們越來越重視環(huán)境友好，也更加注重環(huán)境方面的影響，所以現(xiàn)在很多城鎮(zhèn)河道護坡中，都會優(yōu)先的采用一些環(huán)境友好的生態(tài)型護坡方案，近些年各地也有許多城鎮(zhèn)河流修復(fù)的案例，其中上海4個生態(tài)河道示范區(qū)開展的生態(tài)護坡技術(shù)研究也取得了不錯的成效[18]，江蘇省蘇州河、秦淮河生態(tài)修復(fù)治理都有著不錯的成績。揚州大學(xué)的CT掃描法、三峽大學(xué)研發(fā)的植被混凝土護坡綠化技術(shù)也都得到了較好的應(yīng)用[19]。

2.2 生態(tài)護坡的機理

土壤中空隙水壓力的大小與坡體的穩(wěn)定密切相關(guān)，蒸騰作用可以有效地降低土體中空隙水壓力，蒸騰速率越大，降低土壤空隙水壓力越快，越能增加邊坡的抗剪強度和穩(wěn)定性[20,21]。同時通過植物根系與土壤之間的機械相互作用增加土壤的總體強度，使之固結(jié)為一個系統(tǒng)的整體。植物根系中較為淺層的根系在土壤中不僅限于垂直生長，在土壤中水平分布增長，導(dǎo)致邊坡土體在淺層根系四周成為土與植物根系的復(fù)合體，同時，土壤中較為更加深層的根系垂直穿過坡體的淺層土壤，與土壤之間的相互作用，從而使得整個土體更加趨于穩(wěn)定。另外植物枝葉可以有效地控制降雨對地表造成的侵蝕，很大程度上減少了水土流失、有效地抵抗地表降雨的侵蝕(見表1)。

表1 植被抗侵蝕護坡水文效應(yīng)(+有積極影響；-消極影響)

3 生態(tài)護坡的類型

近些年生態(tài)護坡出現(xiàn)了很多種方法，比如：植草磚類型的生態(tài)護坡、格賓生態(tài)格網(wǎng)護坡、草皮護坡、生態(tài)袋護坡、植物型生態(tài)混凝土護坡、水泥生態(tài)種植基護坡、石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)型護坡等。雖然它們有著各自的不同的方法工藝，但歸結(jié)起來還是有著比較明顯的生態(tài)色彩。這些生態(tài)護坡的方法歸納起來為兩種:1)植物護坡;2)植物—工程措施復(fù)合護坡。植物護坡是指僅僅用植物的根系來進行固土固坡的一種類型，比較適合于坡度不大的坡體。典型方法有草皮護坡、草毯護坡等。植物—工程措施復(fù)合護坡技術(shù)是指通過工程措施提供植物初期的營養(yǎng)質(zhì)，在坡面構(gòu)建一個適合植物生長的防護系統(tǒng)來進行有效地固土護坡方式，典型的有水泥種植基護坡技術(shù)、三維植被網(wǎng)護坡技術(shù)，生態(tài)型混凝土技術(shù)等。無論是哪種類型的生態(tài)護坡較以往的傳統(tǒng)護坡還是有了很大的進步，順應(yīng)了人們追求環(huán)境友好的和諧理念。

4 生態(tài)護坡技術(shù)的結(jié)論與建議

和傳統(tǒng)的硬質(zhì)封閉護坡技術(shù)相比，生態(tài)護坡技術(shù)生態(tài)護坡不僅具有傳統(tǒng)護坡的功效，還融合了河道景觀、文化和生態(tài)多個方面的內(nèi)涵，共同營造出和諧的生態(tài)水利環(huán)境，從而實現(xiàn)人與自然的和諧相處。在社會向著環(huán)境友好型、資源節(jié)約型轉(zhuǎn)變的今天，已經(jīng)逐步成為侵蝕控制和生態(tài)修復(fù)的新方法。在高速公路、鐵路邊坡、渠道、河道邊坡、城市河道治理工程中都有著生態(tài)護坡的影子，在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，南水北調(diào)、引江濟淮、淠史杭灌區(qū)渠道防護工程中，生態(tài)護坡技術(shù)都有著廣闊的應(yīng)用前景。采用友好的生態(tài)護坡技術(shù)，保護生態(tài)系統(tǒng)的健康、營造和諧的生態(tài)水利環(huán)境、構(gòu)造和諧的生態(tài)防護系統(tǒng)必然有著光明的未來。

生態(tài)護坡在我國的廣泛應(yīng)用，幫助我們從一個單調(diào)的水利環(huán)境向著和諧的生態(tài)水利環(huán)境轉(zhuǎn)變，成功的解決了硬化與綠化之間的矛盾，但是生態(tài)護坡技術(shù)在我國起步較晚，很多方面值得我們進一步加強生態(tài)護坡的理論研究做出改進。有兩點建議值得我們?nèi)ニ伎迹?/p>

1)目前生態(tài)護坡技術(shù)還沒有統(tǒng)一的綜合評價指標體系，缺乏統(tǒng)一的衡量標準[22,23]，在綜合評價生態(tài)護坡功能方面僅僅停留在視覺效果上，評價生態(tài)護坡功能的方法并不成熟，所以今后有必要去建立一套合理有效的綜合評級指標體系，要讓我們的生態(tài)護坡評價有一個系統(tǒng)的、綜合的評價體系。2)我國已完成傳統(tǒng)護坡的工程也占有很大的一部分，隨著時間的推移，傳統(tǒng)護坡材料出現(xiàn)損壞、護坡的功能逐漸喪失，那么找到傳統(tǒng)護坡與生態(tài)護坡之間的聯(lián)系，進行城市河道傳統(tǒng)護坡生態(tài)化改造方案研究，努力把傳統(tǒng)的護坡河道改造成和諧的生態(tài)護坡的方法勢必值得我們?nèi)プ龀鎏剿鳌?/p>