河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)綜述

趙航 方佳敏 付旭輝 田鵬 劉志慶 龔敖

摘 要：目前，河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越受到我國(guó)社會(huì)重視。本文分析了不同技術(shù)的特點(diǎn)與它的適用性和局限性，總結(jié)了不同生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的適用環(huán)境：人工植草護(hù)坡適用于流量較小的河道且不能處于長(zhǎng)期淹沒的環(huán)境;土工格室制草護(hù)坡對(duì)于基礎(chǔ)墊層等都可以應(yīng)用;石籠生態(tài)護(hù)坡只能應(yīng)用于較小變形的岸坡;漿砌片石骨架植草護(hù)坡適用于坡度較緩的各種土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡;特拉錨墊修復(fù)技術(shù)可適用于土質(zhì)、堆積體和基巖岸坡。

關(guān)鍵詞：生態(tài)護(hù)坡;岸坡侵蝕;植物

中圖分類號(hào)：U617.8? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0113-04

近年來，越來越多的工程建設(shè)，造成了巖土邊坡的生態(tài)破壞，且較難恢復(fù)，如圖1所示。傳統(tǒng)的邊坡工程加固措施，大多采用砌石擋墻及噴混泥土等護(hù)坡結(jié)構(gòu)，僅僅只起到了一個(gè)保護(hù)水土流失的作用，談不上對(duì)生態(tài)環(huán)境有保護(hù)作用，相反的只會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境的和諧。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)逐漸應(yīng)用到工程建設(shè)中。

生態(tài)退化的主因是岸坡侵蝕，由于岸坡侵蝕引發(fā)的水土流失、河道淤積、岸坡坍塌和生態(tài)系統(tǒng)的破壞等一系列問題。岸坡的生態(tài)修復(fù)與重建的主要研究方向是采用將工程措施和生態(tài)措施相結(jié)合來進(jìn)行重建生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)護(hù)坡。目前對(duì)于生態(tài)護(hù)坡的相關(guān)研究有許多，例如土工格室護(hù)坡、石籠填石型護(hù)坡、編柳拋石型護(hù)坡、生態(tài)袋型護(hù)坡、生物活性無土植被毯護(hù)坡、鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡、聯(lián)鎖式水工砌塊護(hù)坡、噴混植生式護(hù)坡等方法，這些方法采用的工程方式與結(jié)構(gòu)不同，其針對(duì)性與修復(fù)效果也不一。

1生態(tài)護(hù)坡發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)內(nèi)外生態(tài)護(hù)坡研究現(xiàn)狀

四十年代開始，美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)道路兩岸的邊坡采取了一系列的措施，進(jìn)行植被修復(fù)工作（程洪， 2006）[1]，如頒布相關(guān)法律要求公路兩岸必須進(jìn)行綠化、對(duì)公路兩岸進(jìn)行草皮種植試驗(yàn)、采用機(jī)械化撒播方式等（程積民，2006）[2];在中世紀(jì)，法國(guó)、瑞士采用栽植柳樹對(duì)運(yùn)河邊坡的防護(hù)（Barthes，2000; Bischetti，2005 ）[3]，并且這種植物防護(hù)措施被引進(jìn)到歐洲，主要有德國(guó)、奧地利等國(guó)家，至此植物防護(hù)在歐洲得到了廣泛的應(yīng)用;歐洲國(guó)家主要是以防止坡地受到雨水侵蝕為目的進(jìn)行研究的（Aerts R， 2006; Czarnes S，2000）[4]。日本植物護(hù)坡的起源于17世紀(jì)初，日本德川五代將軍綱吉就通過種植草和樹苗的方法來對(duì)荒山進(jìn)行生態(tài)治理;至20世紀(jì)中期，川端勇作開始采用種植外來草種的方法對(duì)道路邊坡進(jìn)行防護(hù)，自此對(duì)于邊坡的綠化和防護(hù)上開始引進(jìn)新型的外來草種[5]。

1993年，我國(guó)三維植被網(wǎng)、土工網(wǎng)、土工格柵等技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且結(jié)合了植草技術(shù)應(yīng)用于工程。楊方社等（2017）[6]主要研究了柔性植物攔沙機(jī)理。閻潔等（2004）[7]研究了柔性植物阻水固沙機(jī)理。

對(duì)于植草護(hù)坡的理論研究，國(guó)外學(xué)者根據(jù)不同的學(xué)科研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同，其中巖土工程學(xué)者主要致力于研究植物的根系對(duì)土壤的加固作用[8]，劉彥東（2014）[9]主要致力于研究植物根系與土壤含水率之間的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)近幾年來的研究主要是關(guān)于植物的根系抗拉抗剪作用及根系對(duì)于土體的影響研究。王可鈞等（2003）[10]研究了林木的根系對(duì)土壤固結(jié)的能力，分析了土壤的抗沖刷指數(shù)與根系長(zhǎng)度、根系的生物量之間的相關(guān)關(guān)系;吳淑安等（1999）[11]通過研究指出，含有植被根系的已讓可以有效降低土壤的崩解速率，且土中含根系數(shù)量與土壤的崩解速率成反比，根系的存在還可以有效增強(qiáng)土壤的抗侵蝕性。盧立霞等（2006）[12]選取三峽水庫附近的植物，對(duì)植物的直根與小直徑的須根與土壤抗沖刷能力的影響做了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中有許多小直徑須根比有直根的土壤復(fù)合物對(duì)土壤的抗沖刷性提高作用更加明顯，并根據(jù)不同種類植物的根系特性，提出了幾種能夠適宜在三峽庫區(qū)周圍環(huán)境和土壤，同時(shí)又能起到土體免被沖刷的植被。

1.2現(xiàn)有生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題

目前，關(guān)于生態(tài)護(hù)坡技術(shù)已經(jīng)有很多，但許多技術(shù)還不成熟與完善，在生態(tài)性與護(hù)坡效果無法很好的平衡，推廣應(yīng)用范圍不夠廣泛。現(xiàn)有生態(tài)護(hù)坡技術(shù)如下：

1.2.1人工種草護(hù)坡

人工植草護(hù)坡如圖2所示，不受土壤條件差、氣象環(huán)境惡劣等影響，但是護(hù)坡易被雨沖刷形成雨霖溝，護(hù)坡效果差。長(zhǎng)期浸泡在水下、行洪流速超過 3m/s 的土堤迎水坡面和防洪重點(diǎn)地段（如河流彎道）不適宜植草護(hù)坡。

1.2.2土工格室制草護(hù)坡

土工格室植草護(hù)坡如圖3所示，土工格室柔性結(jié)構(gòu)層作為承重結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較多，如無鋪砌的道路路面，公路路面基層，形式各樣的場(chǎng)地基層，鐵路基床、道床，船的下水坡，基礎(chǔ)墊層等都可以應(yīng)用[13]。

1.2.3蜂巢式網(wǎng)格植草護(hù)坡

蜂巢式網(wǎng)格植草護(hù)坡如圖4所示，它的受力結(jié)構(gòu)合理，能防止坡面沖刷，保護(hù)草皮生長(zhǎng)，但其造價(jià)較高，整體的固土效果方面效果不是很好。

1.2.4石籠護(hù)坡

石籠護(hù)坡如圖5所示，付燕燕（2018）[14]研究了石籠護(hù)坡的特性。它的優(yōu)點(diǎn)為具有較好的柔韌性、透水性以及防浪能力等。

1.2.5漿砌片石骨架植草護(hù)坡

漿砌片石骨架植草護(hù)坡如圖6所示，它能減輕坡面沖刷，保護(hù)草皮生長(zhǎng)，但具有一定的局限性，僅適用坡度較緩的各種土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡。

現(xiàn)目前，大多數(shù)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)采用的工程方式與結(jié)構(gòu)不同，其針對(duì)性與修復(fù)效果也不一，存在的主要問題有適用范圍較小，對(duì)邊坡坡度和邊坡穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，施工工藝復(fù)雜。一部分技術(shù)造價(jià)較高且護(hù)坡效果有限。

1.2.6特拉錨墊生態(tài)修復(fù)技術(shù)

相較于以上生態(tài)護(hù)坡，特拉錨墊修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)較為突出。特拉錨墊修復(fù)技術(shù)采用墊子將土壤固定住減少水流沖刷把土壤帶走，為植被提供生長(zhǎng)基質(zhì)，并給其上生長(zhǎng)的植被進(jìn)行保護(hù)，增強(qiáng)岸坡的抗沖刷性能。特拉錨墊修復(fù)技術(shù)如圖7所示，是由三個(gè)結(jié)構(gòu)組成：①反濾層，是由復(fù)合土工膜組成，具有長(zhǎng)期透水不淤堵的性能，可有效降低沖刷98%以上。②草皮增強(qiáng)墊，可有效保護(hù)墊在植被恢復(fù)前保護(hù)植物根莖，增強(qiáng)河道和岸坡的抗沖刷能力和減少植物的抗沖蝕疲勞。③特拉錨系統(tǒng)可有效固定土體表面材料，緊固地表附屬設(shè)施。

其優(yōu)點(diǎn)在于：其一，一種環(huán)境友好型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，特拉錨墊會(huì)提供植物生長(zhǎng)的基質(zhì)并保護(hù)其生長(zhǎng)，植物根莖可以穿透其間，增強(qiáng)植被抗沖刷性能，有助于消落帶的生態(tài)修復(fù)與重建。特拉錨墊技術(shù)所采用的原料都是符合國(guó)家級(jí)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成傷害，可以在不破壞生態(tài)群落的條件下恢復(fù)植被;其二，特拉錨墊技術(shù)適用范圍廣泛，根據(jù)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行可選擇具有不同的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，特拉錨可提供3-10KN范圍的抗拉拔力，可適用于土質(zhì)、堆積體和基巖岸坡。可有效固定土體表面材料，緊固地表附屬設(shè)施。

2 生態(tài)護(hù)坡工程發(fā)展趨勢(shì)

目前，河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越受到我國(guó)社會(huì)重視。生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是一個(gè)綜合性、復(fù)雜性的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展將會(huì)越來越完善。它的發(fā)展趨勢(shì)：

（1）結(jié)合水利的實(shí)施，巖土工程信息數(shù)據(jù)庫，建立生態(tài)修復(fù)大數(shù)據(jù)中心。

（2）結(jié)合水文變化、岸坡的土壤等信息，建立生態(tài)修復(fù)種子庫，推動(dòng)江河湖泊生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

（3）在不破壞生態(tài)群落的條件下恢復(fù)植被。

（4）生態(tài)修復(fù)技術(shù)能在不同氣象，不同土體條件，不同下墊面情況下保護(hù)植物生長(zhǎng)。

（5）采用的原料符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

論文歸納了現(xiàn)有的生態(tài)護(hù)坡，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外在生態(tài)護(hù)坡方面的研究現(xiàn)狀，分析了其技術(shù)差異及存在的問題，總結(jié)了不同生態(tài)護(hù)坡的適用環(huán)境，得結(jié)論如下：

（1）人工植草護(hù)坡適用于流量較小的河道且不能處于長(zhǎng)期淹沒的環(huán)境;

（2）土工格室制草護(hù)坡對(duì)于形式各樣的場(chǎng)地基層，鐵路基床、道床，基礎(chǔ)墊層等都可以應(yīng)用;

（3）石籠生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用于較小的變形的岸坡;

（4）漿砌片石骨架植草護(hù)坡適用于坡度較緩的各種土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡;

（5）特拉錨墊可適用于土質(zhì)、堆積體和基巖岸坡。

參考文獻(xiàn)：

[1]程洪， 謝濤， 唐春，等. 植物根系力學(xué)與固土作用機(jī)理研究綜述[J]. 水土保持通報(bào)， 2006（01）：101-106.

[2]陳云明， 梁一民， 程積民. THE ZONAL CHARACTER OF VEGETATION CONSTRUCTION ON LOESS PLATEAU%黃土高原林草植被建設(shè)的地帶性特征[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)， 2002， 026（003）：339-345.

[3]Mattia C ，? Bischetti G B ，? Gentile F . Biotechnical Characteristics of Root Systems of Typical Mediterranean Species[J]. Plant and Soil， 2005， 278（1-2）：23-32.

[4]Czarnes S ，? Dexter A R ，? Bartoli F . Wetting and drying cycles in the maize rhizosphere under controlled conditions. Mechanics of the root-adhering soil[J]. Plant & Soil， 2000， 221（2）：253-271.

[5]劉世奇. 植被護(hù)坡技術(shù)及綜合防護(hù)體系研究[D]. 中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）， 2004.

[6]楊方社， 張鴻敏， 李懷恩，等. 沙棘柔性壩攔沙效應(yīng)的試驗(yàn)研究[J]. 泥沙研究， 2017， 042（003）：74-80.

[7]閻潔， 周著， 邱秀云， et al. 植物"柔性壩"阻水試驗(yàn)及固沙機(jī)理分析[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2004（03）：42-47.

[8]駱仁祥，張春霞，王福升， 等.毛竹等3個(gè)竹種的根系分布特征及其林地土壤抗沖性比較研究[J].竹子研究匯刊，2009，28（4）：23-26. DOI：10.3969/j.issn.1000-6567.2009.04.005.

[9]劉彥東.植物對(duì)河道水流特性的影響研究[D].天津：天津大學(xué)，2014. DOI：10.7666/d.D654150.

[10]王可鈞， 李焯芬. 植物固坡的力學(xué)簡(jiǎn)析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 1998， 017（006）：687-691.

[11]吳淑安， 蔡強(qiáng)國(guó). 土壤表土中植物根系影響其抗蝕性的模擬降雨試驗(yàn)研究—以張家口試驗(yàn)區(qū)為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 1999， 013（003）：35-43.

[12]盧立霞， 曾波， LU Lixia，等. 三峽庫區(qū)嘉陵江岸生優(yōu)勢(shì)須根系植物根系對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)研究[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2006， 31（3）：157-161.

[13]史旦達(dá)，劉文白，水偉厚，等. 單、雙向塑料土工格柵與不同填料界面作用特性對(duì)比試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)， 2009， 30（8）： 32-39.

[14]付燕燕.格賓石籠護(hù)坡在中小河流治理中的應(yīng)用及造價(jià)分析[J].廣東水利水電，2018，（3）：66-68.