生態(tài)河道建設(shè)中生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用分析

付默菡

(遼寧省錦州市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 錦州 121000)

近年來(lái)，隨著極端氣候、臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震、高溫的頻繁出現(xiàn)，自然環(huán)境保護(hù)逐漸引起人們的關(guān)注，改善生態(tài)環(huán)境已成為現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。水作為維持地球生命系統(tǒng)及促進(jìn)區(qū)域發(fā)展不可或缺的自然資源，恢復(fù)水生態(tài)、改善水環(huán)境具有極重要的意義，生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)和生態(tài)河道建設(shè)越來(lái)越引起研究者的重視。因此，本文詳細(xì)分析了生態(tài)環(huán)境受河道硬質(zhì)護(hù)坡的影響，并以實(shí)踐工程為基礎(chǔ)，探討了生態(tài)河道建設(shè)中生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡

1.1 破壞景觀環(huán)境

人們安居樂(lè)業(yè)的基本前提是人與自然的和諧，而現(xiàn)代工業(yè)文明與河流碧波蕩漾、大樹(shù)庇蔭、滿(mǎn)目青綠、魚(yú)游淺底的自然景觀已漸行漸遠(yuǎn)，水生與陸生植物被硬質(zhì)的擋墻、水泥塊石邊坡生硬的阻斷，河水孕育生命的功能被岸坡上潮起潮落留下的污濁破壞，而以往綠意、青翠的自然景觀也消失不見(jiàn)[3]。

1.2 破壞水生環(huán)境

整個(gè)河岸表面被傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡完全覆蓋，原有水生、陸生動(dòng)植物生存環(huán)境遭受?chē)?yán)重的破壞；此外，河流與淺地下水、地表水之間的交換被硬質(zhì)邊坡阻斷，由于失去了自然滲透和過(guò)濾功能河水編的渾濁。實(shí)踐表明，生態(tài)環(huán)境受傳統(tǒng)邊坡的不利影響體現(xiàn)在：河流岸坡用石料、水泥等材料修筑時(shí)，具有水質(zhì)凈化、水源涵養(yǎng)等功能的水生物種難以生存，這大大降低了河流的自?xún)裟芰Γ⑦M(jìn)一步加劇水質(zhì)的惡化；受陽(yáng)光作用河水發(fā)生過(guò)大的水溫變化，給水生態(tài)平衡帶來(lái)不利的影響，尤其是夏季高溫季節(jié)極易滋生蚊蠅、病菌等；增大的水流速度會(huì)沖走一些水生物種，水中生物的減少以及岸上天然植物的缺乏，對(duì)水鳥(niǎo)等野生動(dòng)物的生存產(chǎn)生極大的影響。調(diào)查顯示，硬質(zhì)襯砌后的城市河道沿河物種減少率達(dá)到70%，而且水生物也減少近一半以上[4]。

1.3 影響生活環(huán)境

項(xiàng)目建設(shè)施工過(guò)程中傳統(tǒng)的混凝土護(hù)坡或多或少的都會(huì)摻入一定量的外加劑，如膨脹劑、抗凍劑、早強(qiáng)劑等，在水中這些外加劑會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，給河流水環(huán)境與水質(zhì)帶來(lái)負(fù)面影響，特別是對(duì)水生動(dòng)植物生長(zhǎng)造成了極大的影響；此外，失去天然植物過(guò)濾、吸附功能的硬質(zhì)邊坡，地表有機(jī)質(zhì)或有害重金屬等在降水徑流作用下直接匯入河流，對(duì)水體造成污染。雖然，以上因素并非導(dǎo)致水質(zhì)惡化的關(guān)鍵因素，但在一定程度上促進(jìn)了水質(zhì)惡化。河流原有的自然岸坡被硬質(zhì)塊石所覆蓋，這不符合人文景觀和諧、城市環(huán)境優(yōu)美的建設(shè)要求，更加與“返璞歸真、回歸自然”的追求理念相違背。

2 河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

2.1 基本概念

生態(tài)護(hù)坡涉及水力學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)、土壤學(xué)等多門(mén)學(xué)科，對(duì)此學(xué)術(shù)界還未形成普遍適用的定義，有學(xué)者認(rèn)為生態(tài)護(hù)坡就是在岸坡上種植植物，該理解具有一定的片面性[5]。借鑒現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，研究認(rèn)為生態(tài)應(yīng)涉及系統(tǒng)、植物兩大要素，生態(tài)護(hù)坡要有機(jī)結(jié)合自然生態(tài)和水位變動(dòng)區(qū)的水土保持。所以，將生態(tài)護(hù)坡的內(nèi)涵特征概括為：在保證河道行洪排澇功能的條件下，防止水土流失并實(shí)現(xiàn)岸坡穩(wěn)定；生態(tài)護(hù)坡是一個(gè)與周?chē)鷳B(tài)環(huán)境物質(zhì)交流、與周邊生態(tài)系統(tǒng)密切聯(lián)系的開(kāi)放式系統(tǒng)；生態(tài)護(hù)坡有利于促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)平衡，系統(tǒng)內(nèi)存在著復(fù)雜的生物鏈，不同生物互為食物；生態(tài)護(hù)坡能夠?qū)崿F(xiàn)水流、地下與地表水系統(tǒng)間的交流互換，岸坡與水流間存在沖刷、阻礙的關(guān)系，因此屬于動(dòng)力式系統(tǒng)；生態(tài)護(hù)坡與社會(huì)、自然、資源等子系統(tǒng)共同組成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)之間存在協(xié)同發(fā)展、相互協(xié)調(diào)的作用關(guān)系，生態(tài)護(hù)坡在一定程度上決定了其他子系統(tǒng)功能的發(fā)揮，特殊條件下還會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成破壞；生態(tài)護(hù)坡是一個(gè)不斷優(yōu)化、持續(xù)改進(jìn)、良性循環(huán)的系統(tǒng)。

2.2 設(shè)計(jì)原則

在袋體內(nèi)固定植物生長(zhǎng)基質(zhì)，并利用植物根系的“錨固”作用是生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定以及抵抗水流沖刷的根本途徑。因具有美化環(huán)境、節(jié)省投資的優(yōu)勢(shì)，生態(tài)護(hù)坡現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于河道整治工程，對(duì)其設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1)安全性

生態(tài)護(hù)坡必須滿(mǎn)足堤防穩(wěn)定和渠系功能的基本要求，在保證防洪安全的情況下降低投資成本。

2)美觀性

生態(tài)河道建設(shè)應(yīng)盡量美化工程環(huán)境，為了在視覺(jué)中增強(qiáng)護(hù)坡的“軟效果”要減少剛性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

3)生態(tài)性

生態(tài)岸坡應(yīng)創(chuàng)設(shè)一個(gè)適宜水生、陸生和水陸兩生動(dòng)植物生長(zhǎng)的環(huán)境空間，通過(guò)植物調(diào)查和水文分析，確定水位變幅區(qū)間及合適的植物類(lèi)型。

4)親水性

為防止出現(xiàn)二次污染盡可能選用自然材料，并考慮親水要求合理布設(shè)護(hù)岸型式。

2.3 栽種植物

植物栽植前必須充分調(diào)查工程區(qū)域的植被類(lèi)型，然后考慮周邊環(huán)境與栽種植物的地域適應(yīng)性、安全性、景觀協(xié)調(diào)性及生態(tài)平衡問(wèn)題，結(jié)合植被調(diào)查結(jié)果和下列條件合理選擇：樹(shù)種類(lèi)型要適應(yīng)區(qū)域氣象、氣候條件；栽植樹(shù)種對(duì)土壤要求低，盡量選用當(dāng)?shù)卦衅贩N；栽種植物對(duì)周邊環(huán)境不產(chǎn)生較大危害，且具有較強(qiáng)的抗病蟲(chóng)害作用；生態(tài)效果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)或樹(shù)種生命周期長(zhǎng)；⑤栽種植物要易于維護(hù)管理、環(huán)境美化效果良好且具有市場(chǎng)性。

2.4 護(hù)坡結(jié)構(gòu)

2.4.1 護(hù)岸型式

目前，常用的硬防護(hù)型式為壩式、坡式和墻式護(hù)岸。其中，壩式護(hù)岸可利用控導(dǎo)工程來(lái)控導(dǎo)主流、穩(wěn)定河勢(shì)、保堤護(hù)灘，但在一定程度上影響水流流勢(shì)，且河岸原有的平順狀態(tài)因壩式護(hù)岸的修建發(fā)生改變，從而增強(qiáng)水流雙向沖擊力；墻式護(hù)岸兼顧耐用，抗壓強(qiáng)度高，且占地小，但施工程序復(fù)雜且質(zhì)量難以保證，造價(jià)較高；坡式護(hù)岸為傳統(tǒng)的護(hù)岸形式，這種護(hù)岸是在一定的岸坡范圍內(nèi)直接敷設(shè)耐沖材料，從而形成連續(xù)的覆蓋式防護(hù)，對(duì)河床邊界條件的影響較低。

2.4.2 組成材料

一般地，構(gòu)成生態(tài)護(hù)坡的材料有土工格柵、連接扣、生態(tài)袋、輔助材料等，且工程中多選用100%PE制作的生態(tài)袋，這種材料具有可回收、無(wú)毒、不降解、抗老化、抗紫外線、孔隙度和強(qiáng)度高等特點(diǎn)，生態(tài)袋具有保持其內(nèi)部填充物質(zhì)且透水性較好的優(yōu)勢(shì)，各種材料均可較好的填充于生態(tài)袋內(nèi)，其表面可以栽植灌木或噴播植物以達(dá)到良好的綠化效果[6]。

河道生態(tài)護(hù)岸工程采用的軟性巖土材料，可為各類(lèi)動(dòng)植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的空間，各種永久結(jié)構(gòu)土建工程建造時(shí)不再使用石頭、鋼筋、水泥等高成本、高污染、高能耗的硬質(zhì)材料，由此建設(shè)成與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)相處的近自然生態(tài)護(hù)岸，這種新型水生態(tài)修復(fù)技術(shù)逐漸得到廣泛的應(yīng)用。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

義縣大凌河生態(tài)治理工程起點(diǎn)為大凌河左岸支流細(xì)河河口處，河心樁號(hào)K0+000，工程終點(diǎn)為錦阜高速橋，河心樁號(hào)K15+634。建設(shè)內(nèi)容為：新建堤防4 810 m、原有堤防加高培厚1 095 m；新建護(hù)岸5段，護(hù)岸總長(zhǎng)為10 169 m。防洪規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)均為50 a一遇，工程治理范圍如圖1。

圖1 工程位置示意圖

3.2 護(hù)岸材料

本文結(jié)合工程實(shí)際情況和相關(guān)要求最終選用坡式護(hù)岸，常見(jiàn)坡式護(hù)岸材料包括漿砌石、干砌石、混凝土板、水工連鎖轉(zhuǎn)、綠濱墊等，各材料特點(diǎn)如表1，相應(yīng)的護(hù)岸形式如圖2。

圖2 常見(jiàn)護(hù)岸型式

表1 不同護(hù)岸材料特點(diǎn)

3.3 護(hù)坡設(shè)計(jì)

岸坡防護(hù)軸線布置結(jié)合現(xiàn)狀岸坎，上下游平順銜接，遵循河流自然形態(tài)，避免各段岸坡防護(hù)發(fā)生大方量的填方和挖方，減少對(duì)現(xiàn)狀河道、岸坡大面積的土方擾動(dòng)。為確保河道泄洪暢通，提高治理河段整體的抗沖刷能力，將護(hù)岸工程分為五段，其中左岸三段，右岸兩段，岸線治理總長(zhǎng)度為10 169 m，護(hù)岸型式采用綠濱墊護(hù)岸，護(hù)岸下設(shè)置綠濱墊水平防護(hù)，綠濱墊網(wǎng)箱尺寸為4 m×2 m×0.3 m(長(zhǎng)×寬×高)，網(wǎng)箱網(wǎng)孔尺寸為80 mm×100 mm，綠濱墊下鋪設(shè)400 g/m2的濾水土工布，典型斷面圖如圖3。

圖3 綠濱墊防護(hù)典型斷面圖

表2 每延米工程量造價(jià)

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

通過(guò)對(duì)比各方案投資成本可知，不同方案的投資相差不大，其中混凝土板護(hù)坡較貴，而干砌石護(hù)坡最便宜。本文考慮已建工程成功經(jīng)驗(yàn)及工程建設(shè)實(shí)際情況，采用生態(tài)效果較好、抗沖能力較強(qiáng)的綠濱墊護(hù)坡。

3.5 應(yīng)用成效

實(shí)踐表明，生態(tài)護(hù)坡在義縣大凌河河道治理工程中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，具體如下：有效避免了傳統(tǒng)護(hù)坡生硬、呆板的現(xiàn)象，有利于實(shí)現(xiàn)綠化、環(huán)保、工程的一體化；采用不同季節(jié)顏色和形狀多樣的植物，顯著改善了沿河生態(tài)環(huán)境；從根本上解決了木材、石頭等硬質(zhì)材料對(duì)環(huán)境的破壞問(wèn)題；生態(tài)護(hù)坡符合水生態(tài)文明建設(shè)、人與自然和諧相處的發(fā)展要求，相對(duì)于其他護(hù)岸型式，生態(tài)護(hù)岸的投資成本相對(duì)較低[7]。

從后期維護(hù)管理的角度，在植物成活前生態(tài)護(hù)坡需要實(shí)施有效的養(yǎng)護(hù)，而后植物依據(jù)自然規(guī)律更新演替，一般條件下無(wú)需維護(hù)，因此較漿砌石、水工連鎖磚、混凝土板等護(hù)岸，其后期維修管理工作量較少。所以，在生態(tài)環(huán)境越來(lái)越引起重視的背景下，生態(tài)護(hù)坡具有更加廣闊的應(yīng)用前景[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

由于硬質(zhì)岸坡具有一定的局限性，已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)階段河道生態(tài)治理的需求，生態(tài)護(hù)坡作為生態(tài)大系統(tǒng)的“生命體”，對(duì)于恢復(fù)水生態(tài)、改善水環(huán)境發(fā)揮著不可替代的作用，在生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面義縣大凌河生態(tài)治理工程做了有益嘗試。實(shí)踐表明，義縣大凌河河道治理工程取得較好的應(yīng)用效果，為生態(tài)護(hù)岸在河道治理中的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。該工程考慮試驗(yàn)研究成果、遵循生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)原則，堅(jiān)持營(yíng)造生態(tài)環(huán)境、以人為本的理念合理設(shè)計(jì)生態(tài)邊坡，為其他河流生態(tài)整治提供一種新的思路。