生態型魚巢砌塊護岸技術的研究現狀與應用前景

蘇國青，韓雷，王正君，李樹航，狄高健

(1.黑龍江大學 水利電力學院,黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省水利科學研究院,黑龍江 哈爾濱 150080)

河流是魚類、微生物等水生生物重要的棲息地，為生物的生長、活動和繁殖提供了空間。然而，水利工程特別是護坡工程的建設對這些自然棲息地造成了很大的危害。其中以魚類的影響最為明顯：一方面，河岸硬質化不僅使得魚類正常活動空間減小，影響河流生態穩定；另一方面，光滑的河岸也破壞了洪水期間魚類的天然庇護所，使魚類暴露在惡劣的水環境中，危害魚類的生長和繁殖，迫使魚類遷移，進而導致生物多樣性減少，破壞水生態系統。鑒于此，新型魚巢砌塊生態護岸技術應運而生，其目的就是利用魚巢砌塊的空腔結構人為構建魚巢，為魚類創建出流速較小、干擾較小的生活空間，以此修復河流水生態系統。

1 魚巢砌塊生態護岸技術概述

1.1 研究背景

隨著社會不斷發展，回歸自然、生態環保、親水景觀等觀念深入人心，人們對城市河流的生態景觀需求越來越高。而傳統水利工程建設雖然滿足防洪、通航、防止水土流失等功能，但是河道渠化、硬質化也阻斷了自然河流的連續性，對河流生態系統造成不利影響，產生了脅迫[1]。

在這種背景下，為了修復河流生態，滿足人們的親水需求，促進人與自然和諧相處，河道護岸技術也由傳統的混凝土、石料、砂漿、瀝青等護岸措施逐步向生態型護岸技術發展。但是，常見的諸如：干砌石護岸、草皮護岸、生態混凝土護岸、格賓墊護岸等生態修復措施均注重借助植被根系的力學效應和水文效應來達到防治水土流失、修復河流生態系統的目的，雖然也具備生態、造景功能，但對河流生境和生物物種多樣性保護有所不足。因此，為了在河道行洪期間保護水生生物，維護河流水生態系統平衡，魚巢砌塊生態護岸構件應運而生。

1.2 定義與類別

目前，魚巢砌塊有關概念還沒有明確，本文僅根據個人認知提出初步意見以供參考。根據調查收集和總結現有魚巢砌塊應用發明的特點，可以初步認為魚巢砌塊是一種具備空腔結構、近水壁面有開孔，能通過砌塊間組合連接構造出人工魚巢，為魚類或其他水生動、植物提供適宜棲息、生存空間的預制混凝土構件。通常按照材料不同，將魚巢砌塊分為無砂混凝土魚巢砌塊和普通混凝土魚巢砌塊；根據砌塊的外形特點，可將魚巢砌塊分為常規型和異體型；根據砌塊空腔開孔方向和數量的不同，可將魚巢砌塊分為通透型和分割型；按照鏈接方式的區別，魚巢砌塊也可分為錨固型和嵌合型。其具體分類及特點見表1。

表1 魚巢砌塊分類標準及特點

1.3 主要功能特點

魚巢砌塊作為一種新型生態護岸構件，在保留了傳統硬質護砌防止水土流失、抵抗沖刷侵蝕等護岸功能的同時，也因為其多孔的結構特點，可以在魚巢附近生成紊亂的水流，降低流速，增加水中溶氧量，有利于提高生物多樣性。魚巢砌塊的功能特點主要有下幾個方面：

(1)安全可靠，適用性廣。魚巢砌塊生態護岸構件通常會布置鋼筋，所以砌塊具有較高的強度和良好的抗變形能力，而且各塊之間相互柔性連接，錯位布置，能適應大多的河岸曲線，最終安裝成型的生態護岸具有較高的抗壓強度和抗沖擊能力，在維持護岸結構的穩定和安全以及水流、波浪侵蝕方面具有明顯的優勢。

(2)生態環保，促進人與自然和諧相處。魚巢砌塊護岸具備良好的生態修復功能，能對水生動植物群落的生存環境進行修復和保護，為水生動植物提供生長、生存空間，進而減輕人類活動對生態系統的擾亂，促進人與自然環境的和諧相處，具有較好的生態效益和綜合社會效益。

(3)功能全面，填補現有生態護岸技術的不足。在河道行洪期水流流速增大時，可以為游泳能力較弱的魚類與其他小型水生生物提供一個安全的庇護場所，以利于保護河流生態系統的多樣性。

(4)施工便捷，綜合效益高。與傳統漿砌石、干砌石或現澆混凝土相比，生態魚巢砌塊由于其模塊化結構特點與預制特性，具有施工便捷，占地少、節省投資、施工周期短，受氣候等環境因素影響小等優勢，整體施工過程簡單明了，工程質量易于控制和保證。

2 新型魚巢砌塊生態護岸技術研究現狀

目前，魚巢砌塊生態護岸技術在國外除了日、韓兩國研究應用得較多，相關研究也相對比較成熟外，歐洲和北美等國家的學者雖然也對生態護岸進行了大量的研究，但主要側重植物對河流生態恢復的影響，在河道汛期保護魚類方面，尚未提出代表性的研究成果。國內對魚巢砌塊的研究起步于21世紀初，近些年來漸漸興起，雖然在工程應用領域國內學者做了許多嘗試，提出多種魚巢砌塊的體型結構與護岸形式，但在相關理論的研究方面卻相對不足。

2.1 國外相關研究進展

經濟快速發展帶來的河川污染造成了人水關系逐漸疏離。而隨著環保意識的增長，人們為解決親水問題開始提出種種河川治理方案。其中，1973年(昭和48年)，將最初被開發出來為美化高速公路的景觀綠化塊應用到堤岸工程。發展到1977年(昭和52年)，開發出一種既可作為魚類和水生生物的棲息地，也可以在洪水期間作為魚類庇護所，防止魚苗和其他魚類被沖走的空心混凝土砌塊——魚巢砌塊[2]。進入20世紀80年代后，日本興起“實施有助于河川環境保護和創造的河川工程”，在這種背景下，魚巢砌塊開始廣泛應用于日本“多自然型河川”工法。20世紀90年代至21世紀初，日本對魚巢砌塊的研究逐漸從應用轉向理論，具體研究內容包括砌塊材料對魚類行為的影響，魚巢砌塊的聚魚效果和魚類保護效果，不同魚類喜愛的砌塊結構等[3-5]。發展至今，魚巢砌塊已被廣泛應用于日本河川生態治理，相關發明創造繁多，研究體系完備。

2.2 國內相關研究進展

2002年華清青生態環保科技(北京)公司根據韓國植草砌塊系列產品，發明了兩種具有植物根系固定和魚類生存功能的多孔混凝土砌塊，明確指出魚巢砌塊是為魚類提供生存空間[6]。這是國內首次出現“魚巢砌塊”概念，對之后魚巢砌塊的結構設計和理論研究產生了重大影響[7]。王興勇，郭軍，劉樹坤，陳興等人根據常見幾種魚類的游泳能力，提出了魚巢砌塊基本結構及尺寸大小，通過數值模擬研究了不同連接方式下魚巢砌塊的水力特性，從內外流場分布以及流態等方面驗證了魚巢砌塊對魚類生存的保護作用[8-9]。

趙進勇、魏保義、王曉峰對魚巢砌塊的概念、功能、材料、施工工藝等進行了探討[10]。在此之后，何旭升、逄勇、魯一暉等人研究了魚巢砌塊在凈化城市河流水體中發揮的作用[11]。董哲仁，孫東亞，彭靜闡述了水利工程對河流生態系統脅迫及其機理，反思了傳統水利工程規劃設計理念和方法的缺陷，認為魚巢砌塊在岸坡防護、加強河道內棲息地結構能發揮很好的作用[12]。徐云偉，田雷，徐恒則具體介紹了魚巢砌塊在模擬自然結構方面的特點[13]。

宋睿、高禮洪等通過研究魚巢砌塊在麗水甌江修復工程中的應用以及施工后河流兩岸植被生長情況和水生生物物種種類、數量增幅，對魚巢砌塊護岸構件應具備的生態、景觀功能進行了驗證，為魚巢砌塊在類似河流生態修復工程中的應用提供了借鑒經驗[14-16]。楊小宸在收集和歸納了現有城市河道生態防護型式的優缺點的基礎上，提出了一種新型生態魚巢護岸技術，并將該技術成功應用于城市河道治理工程[17]。陳興生通過將魚巢砌塊與漿砌石、現澆混凝土等傳統護岸技術進行對比，發現魚巢砌塊在整體性能、結構穩定性、施工便捷性和綜合效益等方面更具優勢[18]。韓莉娟、邢浩翰進行了魚類對孔隙結構喜愛程度的對比試驗，得出魚類喜愛的孔隙特點，并由此提出了多孔型生態護岸塊體(魚巢砌塊)的設計原則與鋪設方式[19-20]。梅凌云、陳港回、何雯、劉志峰等人以長江中下游地區城市——南京為例，淺析了新型魚巢砌塊單體的設計方法以及拼接方法，并對現有砌筑方式無法滿足親水、觀賞等景觀需求的缺陷進行改進，提出一種新型魚巢砌塊護岸結構[21-22]。

3 生態型魚巢砌塊護岸技術應用前景

在水生態文明建設越來越受到重視的今天，集防洪、排澇、生態、景觀等功能于一體的生態型魚巢砌塊護岸技術的出現可以說是大勢所趨。同傳統護岸形式相比，生態型魚巢砌塊護岸技術在政策支持、社會認可、技術優勢、投資效益等方面具有極大的優勢。這些優勢為魚巢砌塊護岸技術的推廣和應用打下了堅實的基礎。

(1)政策支持方面。生態型魚巢砌塊護岸技術的出現，有利于提高河流生態系統的多樣性，促進人與自然和諧相處，是對國家生態文明建設號召的積極響應，符合國家的十四五發展規劃。

(2)社會認可方面。魚巢砌塊護岸技術作為一種新型生態護岸型式社會認可度較高。隨著人們環保意識的增長以及國家對生態文明建設的呼吁，人與自然和諧相處的理念深入人心。同傳統“三面光”的護岸工程而言，具備相同功效且更美觀、環保、和諧的生態護岸更易被民眾認可。

(3)技術優勢方面。生態型魚巢砌塊護岸技術彌補了傳統護岸技術對生態系統造成脅迫以及常見生態護岸形式對魚類保護力度不足的缺陷，利用魚巢砌塊本身的結構特點構建出魚類生存、繁衍、躲避洪水的庇護空間，改善了河道生境多樣性，具備更優秀的生態效益。

(4)投資效益方面。目前，國內兼顧魚類保護功能生態護岸技術及相關產品較少，而生態護岸工程作為全國堤壩工程建設的熱點，其建設規模也在逐年增長。由此可以看出，魚巢護岸技術將在未來很長一段時間內保持技術領先地位，投資效益可期。

綜上所述，生態型魚巢砌塊護岸技術在未來河道生態治理和修復中具有良好的應用前景。

4 結 語

本文根據收集到的專利發明與相關資料，梳理了國內外魚巢砌塊護岸技術的發展歷程與研究現狀。魚巢砌塊生態護岸的研究最早起源于日本，21世紀初傳入我國作為現有生態護岸結構形式的一種補充。目前，國內對魚巢砌塊的研究偏應用、輕理論，在很多方面還需要深入研究；提出了魚巢砌塊生態護岸技術的核心構件——魚巢砌塊的定義，分類及主要功能特點；同時，從政策支持、社會認可、技術優勢、投資效益等方面的優勢分析魚巢砌塊護岸技術具備良好的應用前景。