河道生態治理中生態材料的應用研究

朱翔華

(燈塔市水利工作服務中心，遼寧 燈塔 111300)

0 引 言

一般地，傳統的河道治理多選用修筑防護堤、硬化河道等護岸措施，以滿足防洪排澇、行洪安全的目標要求[1]。在穩定岸坡、防止河道沖刷等方面這種治理方式發揮著重要作用，但也破壞了微生物、水生物的遷移通道和生存場所，水陸之間的連接通道被阻斷，使得河流的自凈功能逐漸下降，生態系統失去原有的平衡，水環境開始惡化。自1990年，生態技術逐漸被應用于河道治理。因此，以保護河道水生態環境和恢復河道生態多樣性為出發點，以滿足多功能開發和環境、資源可持續發展為目標，以經濟性、可靠性和安全性為條件的生態河道建設，逐漸成為生態、生物、環境、水利等學科領域的研究熱點[2]。

依據水生態文明建設目標和生態理念，現代河道治理要重視生態、社會和行洪排澇功能，充分發揮水系的生態、環境和資源功能，不斷改善生物舒適性、河流安全性，從而實現人水和諧相處及河流系統良性循環[3]。如何選擇適合的生態材料是實現河道治理目標的關鍵，這也是落實生態理念的重要內容。

實踐表明，建筑材料、工程構造、河岸形式等因素與河道治理密切相關。為保證河流系統擁有完整的食物鏈，河道生態治理必須創造多樣性的水生動植物生長環境，而實現物質交換、能量傳遞和完整食物鏈的關鍵就是選擇合適的生態材料。因此，生態材料要符合生態、安全、景美等多功能呢要求，充分利用多孔質特性創造人水和諧的自然景觀。

1 硬質與生態材料的比較

1.1 硬質材料

1)破壞景觀環境。傳統的河道治理比較注重行洪排澇、岸坡穩定等基本功能的實現，因此河道建設時普遍存在河岸河底硬質化、渠系化、斷面規則化等現象。傳統河道治理大多選用混凝土、漿砌石等抗沖能力強的硬質材料，由此構造的河岸耐久性和抗沖刷性好，行洪能力強且水流速度快，可以充分發揮穩定岸坡、行洪排澇等基本功能。雖然這種方式可以保證行洪安全，但硬質的漿砌塊石邊坡、擋墻生硬的阻斷了水陸動植物間的交流，河流孕育生命的功能被潮起潮落留于岸坡上的污濁破壞，以往青翠、綠意的自然景觀消失不見，現代工業文明使得滿目青綠、碧波蕩漾、魚游淺底、大樹庇蔭的河流自然景觀逐漸消失。

2)破壞水生態環境。硬質材料完全覆蓋整個河岸表面，嚴重破壞了水生、陸生動植物原有的生存環境。此外，硬質邊坡阻斷了淺層地下水、地表水與河流之間交換，自然過濾與滲透功能的失去使得河水變得更加渾濁。硬質材料對水生態環境的破壞主要體現在：①采用水泥、石料等材料修筑的河道岸坡，大大降低了河流水質凈化、水源涵養等功能，水生物種難以生存并進一步了加劇水體的惡化；②水流速度的加快使得部分水生物種被沖走，岸坡上天然植物的缺乏和水生物種的減少，不利于水鳥等野生動植物的生存；③河水溫度受到陽光作用出現過大的變化，破壞了水系統平衡，特別是夏季高溫季節易滋生病菌、蚊蠅等，使得河流發黑發臭和水污染加劇。

1.2 生態材料的特點

1)符合岸坡穩定要求。在確保河道行洪安全的基礎上研究應用的生態材料，能夠實現水資源調度、防洪排澇等基本目標，所以生態材料具備抗沖刷及邊坡穩定的功能。

2)符合水陸系統交流的要求。生態河流是一個與周邊生態系統密切聯系、與周圍生態環境物質交流交換的開放式系統，生態材料能夠實現水流、地下與地表水系統間的交流互換。

3)符合水生動植物棲息要求。河流是一個持續優化、不斷改進、自然循環的復雜系統，系統內存在著完整的生物鏈，不同生物能夠互為食物，所以生態材料要創建一個適合水生、陸生、水陸兩生動植物生長的棲息環境。

4)符合自然景觀要求。人水和諧為現代河道建設的主要目標，在實現生態、資源等功能的情況下，河道生態治理還要符合景觀要求。

2 常見的生態材料

2.1 加筋麥克墊

實踐表明，植被是有效控制風力、水流等外在因素引起的平緩坡面水土流失的重要手段。加筋麥克墊是將聚合物絲原料按特定的纏繞方式，制成三維空腔開敞式且孔隙率不低于90%的柔性結構，其主要功能如下：為植被生長提供臨時保護，有效抑制裸露土體的沖刷；此外，能夠提供永久加緊作用，增強植被的抗沖作用。實際上，天然加筋材料有亞麻、黃麻、椰棕墊或柴排等多種植被，因其維持加筋時間較短而具有臨時性特征，采用此類材料構造的岸坡質量并不均勻很容易出現薄弱環節。此外，使用惰性材料的加筋麥克墊提供的加筋時間較長，其服役年限比較久遠屬于永久性材料，并且能夠實現高標準、工廠化生產，防護質量較均勻，其主要特點如下：

1)生態性好。符合生態治理總體要求，具有較強的加筋與植被再生功能，生態性較好。

2)成本較低。加筋麥克墊材料的使用能夠大大節約水泥、石料的用量，其經濟優勢較明顯，總體投資低。

3)安全性強。由加筋麥克墊構造的防護系統抗沖流速可達到4-5m/s，其自然滲透體系能夠快速的消散因水位驟降而引起的孔隙水壓力，從根本上避免崩岸的形成。

4)便于施工與連接?？梢耘c水利工程其它結構牢固的聯結為一體，整體性好、穩定性強。施工過程中不受天氣變化的限制，無需投入大型機械和專業技術人員，所以能夠明顯加快施工效率。

2.2 生態石籠

生態石籠是指按照機械編織的方式，采用經特殊防腐處理且延性較好的低碳鋼絲編織成箱籠，并填充石料的結構，見圖1。生態石籠具有抗沖刷性好、撓性大等優點，石料間的孔隙為微生物、動植物、水土之間的聯系創造了條件，并且具有一定的變形適應性。在孔隙內水生植物能夠茁壯的生長，同時植物根系可以與土壤固結，有利于增強石籠抗沖性和穩定性，在一定程度上延長使用年限。

圖1 生態石籠結構

為了防止鋼筋腐蝕、銹蝕以及延長石籠使用壽命，可采用PVC涂層及鍍鋅層處理鋼絲表面，結合實際工程要求可將石籠制成多種尺寸和形狀，其存在的特點如下：

1)整體穩定性好。格網是利用專用機械編制而成的雙絞網狀結構，即使箱籠出現局部破壞也不會影響其整體性。采用適度變形的低碳鋼絲將全部工程連接成整體，該過程不需要分縫，并且結構整體在出現不均勻沉陷時也不會產生嚴重問題或者裂縫。

2)透水性好。經過填充料的孔隙，可以將擋墻砌體后填土中的水排出，并且通過砌體能夠快速的排出滲入墻后土的地表水，從而減少墻后地下水壓力。

3)可變性更強。在新建生態護岸工程中，可以沿原護腳方向安裝箱籠，墻身長度可以任意的增加。在墻身受力條件和地基承載力允許時，可在原墻身上繼續疊砌，結合實際需要適當提高墻身高度。

4)易于維護。因在順長方向石籠可以加設有隔板網，從而形成獨立的立方體，當網格破壞導致某個立方體出現石塊擾動而被水流沖走時，這僅僅是有限的、局部的口，加之雙向交織的鐵絲網能夠有效的控制局部破壞進一步延伸，維修時只需將局部損壞的網格重新填滿石料修補即可，所以維修較為簡單。

5)施工方便、迅速。依據設計要求，可將網箱體工廠化制成半成品，按設計圖在施工現場定型組裝，并鋪設在開挖好或整理好的基坑、土坡上，然后砌壘、鋪設成擋土墻或護坡，經蓋網加設、填充料灌入等完成施工。該過程具有便于機械化操作、受氣候干擾小、操作便捷等特點，在加快工程進度的同時又能保證施工質量。

2.3 生態袋

生態袋是指用特殊的軟體材料替代硬質石材、鋼筋、混凝土等填充材料，由此形成的營養土可維持植物的生長需求，比較適用于軟性邊坡。這種特殊材料具有透水不透土的特殊功能，土壤中的水分可以自由的交換，但防止土壤、養分等填充物的流失以更好的維持植物生長。透過生態袋植物根系能自由進入基礎土壤生長，類似于把土體與袋體用無數根錨桿連接，從而發揮再次穩固的功能，時間越久邊坡穩定性就越強，這不僅減少了后期維護成本，而且生態袋具有裂口不延伸、不助然、無毒、抗老化、抗紫外線等特點，在實際工程中實現了零污染，具有廣泛的應用前景。

2.4 植生型生態混凝土

植生型生態混凝土的主要構成材料有保水材料、表層土、多孔混凝土、難溶性肥料等，其中多孔混凝土發揮著重要的骨架作用，通常由粗骨料、細料、水泥、礦渣、硅灰等材料組成。無機人工土壤、苔泥炭、高分子吸水材料及其混合物等為工程中普遍選用的保水材料，在表面鋪設表層土創造適于植被生長的環境，并提供生長初期所需的養分。植生型生態混凝土能夠增強岸坡抗沖能力，其主要特點如下：

1)自然植物的生長有利于加速修復生態環境，激發土壤層生物活性恢復物種多樣性。

2)自然結合的土壤與植物根系能夠增強護坡斜面的牢固性，植物根系的生長可以加快松散土壤團?；?/p>

2.5 生態魚槽磚

生態魚槽磚是一種可以提供覓食、繁衍、避難、棲息等場所以滿足水生生物生長需求的多孔質磚塊，有利于實現水生、陸地一體化生態效果。

3 工程實例

3.1 圍場河工程

在項目前期工作中，該工程就貫徹落實生態治河理念，力求與自然、生態、環保、低碳的和諧統一。在水位變動區擬設置防護以有效控制水土流失，以天然斜坡方式作為河道護坡類型；選擇材料時，該項目詳細的比較與分析了不同生態材料特性，并確定護坡結構為生態石籠，全段未使用傳統的硬質材料。在各方面該項目均受到好評，并成為生態治河的典范被廣泛的宣傳推廣。

3.2 高南河護岸工程

高南河護岸工程主要包括人工湖建設和生態護岸治理等內容，治理段長5km，通過實施治理以充分發揮防洪排澇功能。由于該工程位于城市核心區，具有較高的生態景觀要求，在施工過程中嚴格把控質量與選材關，最終成為游暢、景美、岸綠的典范工程。

護岸選型時綜合考慮了沿岸的用地功能，結合不同的用地類型合理劃分防護功能區，并選擇下沉式、跳出式親水平臺等適用于各功能區的護岸型式。

4 結 語

河道治理中硬質材料存在一定的局限性，現已無法適應河道生態治理的要求，生態材料對于改善水環境、恢復水生態等發揮著重要作用，因此被成為維持生態系統的“生命體”。文章全面分析了硬質材料在河道治理中的不足，并結合實踐工程提出生態材料的功能，歸納總結了常見的幾種生態材料及其特點，可為其他河流生態治理和環境保護提供科學指導。