多種生態護岸水土保持效果研究

章宏玉

（南通市港航事業發展中心，江蘇 南通 226500）

為了研究各種生態護岸措施實施后隨著時間的推移，護岸效果的變化，選取了連申線航道如皋段四組不同防護類型的排水設施作為研究對象，連續10 年的植被研究和人工模擬降水實驗研究。分析了每個護岸徑流的植被狀況和產沙量數據。結果表明，四種生態護岸實施后，隨著時間的推移，護岸植物種類將隨著當地的土壤植物種類，導致護岸的水土保持作用發生變化，不同類型的生態護岸類型有所不同。單一類型的護岸防護效果也較為一般，應同時使用工程措施與護岸相結合，最終實現生態護岸的水土保持效果，希望能夠為相關工程的順利實施提供技術參考。

1 多種生態護岸水土保持效果研究概述

近年來，隨著人們環境保護意識的提高，采用生態方法保護邊坡已成為環?？茖W技術研究的熱門話題。在實際工作中，還有大量的利用生態護岸進行環保的施工方法，對于防止水土流失和保持穩定都具有重要的作用。生態護岸是指結合工程力學、生態學和植物學等基礎知識來支持邊坡，形成由植物或工程植物組成的綜合性邊坡防護系統的邊坡保護技術。生態護岸工程的水土保持作用的實施與生態護岸系統的固土功能密不可分。生態護岸工程的護岸效果也與護岸體系的選擇密切相關。但是，自然界中存在植物演替現象。實踐表明，經過多年的建設，常見植物種類和大量生態護岸工程對水土保持的影響發生了重大變化。為此，本文在連申線航道如皋段采用四種不同的生態護岸方法，研究了四種不同生態護岸系統的應用現象，通過模擬人工降水條件和強度，并對相同的護岸類型進行了比較，跟蹤了2015 年至2019 年的徑流和砂產量。該研究的目的是了解連申線航道如皋段各種生態護岸系統的演替及其對水土保持的影響，以便為生態護岸技術的未來使用和發展提供信息。

連申線航道如皋段所在段位于亞熱帶季風氣候區。春天多風，夏天炎熱多雨，秋天涼爽，冬季較冷，四個季節不同。常年的年平均日照時間為2764 小時，常年的年平均氣溫為13-22 攝氏度，常年的年平均降水量在1000 毫米以上。

本文選擇的生態護岸工程是連申線航道整治工程項目建設的。徑流區于2013 年建成，生態護岸水土保持研究項目于2015 年開始。徑流區主要配置有C2：直播矮生百慕大加筋麥克墊板樁護岸；A3：鉸鏈式生態護岸+芒草護岸；B2：生態袋+野茭白；B1：生態自嵌塊+蘆葦。斜坡朝北，采用各種技術措施進行綜合配置。

2 研究內容與方法

2.1 研究內容

主要研究內容是從徑流和泥沙產生兩個方面研究4 種類型的生態護岸在5 年內的水土保持作用的動態變化，同時研究植被的類型和水土流失的數量變化，5 年內不同類型的生態護岸以及邊坡荷載。

2.2 研究方法

2.2.1 水土保持作用的調查。從2015 年到2019 年，每年8月人工模擬了4 種不同類型的生態護岸降水。在模擬試驗前5天內沒有降水的條件下，通過徑流區的采集系統對4 種邊坡防護的徑流產生進行了測量。模擬降水的技術指標是：降水高度為2 米，雨滴大小調節范圍為1.7 至2.8 毫米，降水持續時間為30 分鐘，均勻度超過86%，降雨強度的連續變化范圍為20 至150 毫米/小時。

2.2.2 植物序列。2019 年9 月，每年9 月對四種類型的邊坡防護徑流區域的植物物種進行檢查，并研究四種生態型邊坡防護類型的植被覆蓋度。

3 研究結果與分析

3.1 植物序列和植被覆蓋

計算了4 類生態護岸植被類型和不同類型護岸的植被年變化。有關詳細信息，請參見表1 和圖1。

表1 不同類型生態護岸植物統計表

從表1 和圖1 可以看出，生態護岸完成后，護坡上的植物物種在本地本土植物物種的方向上同時跟隨著植物的生長過程，伴隨著研究區域的植被覆蓋已發生變化。其中，B2 和B1 的植被覆蓋度發生了重大變化。原因是B2 和B1 都是結合了工程與生態技術措施的邊坡防護方法。在施工初期，植被覆蓋度較低，隨著時間的推移，植被覆蓋度逐漸增加，C2 和A3 的植被覆蓋度趨于緩慢下降。這是因為早期護理措施更好，播種率更高，最初的覆蓋率增加了。但是，隨著作物輪作的增加，優勢種逐漸被土壤類型取代，導致覆蓋率緩慢下降。

圖1 植被覆蓋變化圖

3.2 生產流程分析

整理了4 組徑流區的月產量和流量數據，如圖2 所示。

圖2 人工模擬不同類型的邊坡防護以及年降水量的產生和排放

從圖2 可以看出，矮生百慕大護坡保護組的C2 直播徑流圖表現在開始時相對較低，然后逐年呈上升趨勢，表明直播的保水效果措施實施后，矮生百慕大的保護逐年減少?？梢哉J為，這種類型的護岸初期的植被覆蓋度相對較大，這有效地減緩了地表徑流的發生，但是隨著作物輪作的進行，其他類型的植物似乎對保水效果產生了不利影響。A3 鉸鏈式生態護岸+芒草護岸，初期布袋坡保護的生產流程最低，但隨著時間的流逝，生產流程呈上升趨勢，2016 年的波動幅度較大。分析的原因是植被序列的變化導致了生產流程的重大變化。B2 生態袋+野茭白護岸的建設初期，生產量最大，但隨著時間的流逝，生產量呈逐年下降的趨勢。原因分析認為，生態袋+野茭白可以有效地阻滯和防止地表徑流的產生，但施工初期的植被覆蓋度較差，后期植被覆蓋度隨時間增加，保水能力提高。與去年同期相比，B1 生態自嵌塊+蘆葦的流量變化不大，保水效果相對穩定。分析的原因可能是蘆葦的密度不斷增大會阻塞地表徑流并減小坡度流量。

3.3 產沙量

如圖3 所示，整理了4 組徑流區的沉積物產量數據。

圖3 逐年不同類型護岸的降水量和泥沙量的人工模擬

圖3 顯示，在施工初期，四種類型的生態護岸的最小出砂量為A3，最大為B2。分析的原因表明，在施工初期，A3 的植被覆蓋率較高，有利于減少水土流失，而B2 的表面更裸露，容易造成土壤流失。C2 和A3 的底泥產量逐年增加，分析認為主要原因是作物序列的出現，導致土壤保護作用的改變。B2 和B1 的出砂率逐年減少。分析的原因是，B2 和B1 是生態和技術措施的組合。在施工初期，植被覆蓋率較低。隨著植被覆蓋的增加，土壤保護能力進一步提高。

4 結論與討論

4.1 結論

4.1.1 生態護岸實施后，隨著時間的推移，護岸植物物種將跟隨本土植物物種變化，從而使坡面的植被覆蓋，實現了較好的水土保持效果。

4.1.2 全面的徑流和出砂數據。在實施了四種類型的生態護岸5 年后，最佳的水土保持效果是生態自嵌塊+蘆葦覆蓋護岸，其次是生態袋+野茭白和鉸鏈式生態護岸+芒草護岸保護，最差的水土保持作用是直播矮生百慕大加筋麥克墊板樁護岸的保護。

4.1.3 從研究結果來看，植物邊坡防護的應用效果受植物順序規律的影響很小，而將技術措施與植物措施相結合以邊坡防護的形式使用將更具可持續性，并有效保護土壤水分。

4.2 討論

研究結果表明，經過多年的護岸工程實施，技術措施與生態措施相結合的護岸效果要好于簡單的生態護岸措施，但結合了邊坡防護方法的建設成本明顯更高于普通生態護岸。研究認為，生態護岸措施的護岸效果不佳的主要原因是受種植演替的影響，在種植護岸相應的植物類型被當地的植物類型替代。在此基礎上，筆者認為，在下一步研究中，我們應著重于選擇具有良好護岸效果的本地物種或不容易被生態護岸實驗替代的植物物種。這樣可以減少經濟投資并確保較長的使用壽命，實現長期的邊坡防護效果。