高原城鎮河道演變與生態護岸措施

張東艷,宗永臣

(西藏農牧學院水利土木工程學院，西藏 林芝 860000)

護岸是城市獨特的線性景觀，也是城市休閑最頻繁的區域之一[1]。傳統的護岸工程側重于河道渠化和疏浚、河岸的加固和堤防的建設，對河道自然環境很少進行全面評估，導致生態環境問題加劇[2-4]。Seifert提出的“近自然河溪整治”概念[5]形成了生態護岸理念雛形，隨著傳統水利工程弊端凸顯，生態護岸技術逐步得到發展和廣泛應用。現有生態護岸形式分類方法不一[6-7]，按照使用材料分為自然原型護岸、自然改造型護岸和復合型護岸。生態護岸技術在滿足防洪要求下，還具備水土保持、優化河岸景觀、確保生態系統完整性等功能，河岸帶作為水陸錯落帶，能起到凈化水質和保護河流生態系統的作用。

西藏是青藏高原主體，也是我國河流最多的省級行政區之一，城鎮多沿河谷發展，其獨特氣候特征和下墊面條件，使得河流生態脆弱[8]。2015年中央第六次西藏工作座談會提出，西藏在戰略全局中的定位是重要的生態安全屏障，堅持生態保護第一。因此，發展高原城鎮生態護岸，將開發建設與生態保護相結合，有利于保障高原脆弱的河流生態和實施西藏生態安全屏障建設。本文以林芝市八一鎮河道為研究對象，分析河道演變及護岸現狀，設計選擇適合的生態護岸類型。

1 研究區概況

林芝市八一鎮是林芝市行署所在地，地處北緯29°35′～30°17′、東經93°30′～95°05′之間，海拔2 900 m，位于尼洋河畔，距雅魯藏布江與尼洋河交匯處約30 km。八一鎮護岸工程作為城市重點建設項目，既是獨特的風景線，也是市民散步休憩之地，肩負著打造林芝國際旅游城市、改善民生的重要使命。

林芝市水資源極為豐富，境內河流、湖泊、溪流廣布，河流總長度10 536 km，水域面積7.658萬hm2，冰川面積67.282 hm2。林芝市境內主要河流有雅魯藏布江、尼洋河、帕隆藏布、西巴霞曲、丹巴曲、察隅曲、吉太曲，受地形影響，河流均南流出境。林芝市八一鎮主要水系包括尼洋河、銀久弄巴河、福清河、永清河、覺木曲及八及曲，詳見圖1。

圖1 林芝市八一鎮水系

尼洋河全長286 km，流域水資源主要表現為河川徑流，以融水補給為主，由降水和地下水補給共同組成[9]。銀久弄巴河為尼洋河流域右岸一級支流，河流源頭海拔4 320 m，入河口海拔 2 970 m，總河長9.33 km，平均比降約14.5%，全流域面積約 66.4 km2。永清河是尼洋河右岸二級支流，福清河發源于周邊山體，覺木曲及八及曲為山洪溝，水流最終匯入尼洋河。

2 河道演變與護岸現狀

林芝市八一鎮70%地面低于尼洋河河道，八一鎮堤防保護林芝城市面積13.2 km2，人口約7萬人，護岸工程是城市防洪建設的重要工程，尼洋河八一鎮河段河道演變對護岸工程影響深遠。

2.1 尼洋河八一鎮河段河道演變分析

尼洋河源頭為古冰川作用圍谷，海拔5 000 m左右，其許多支流源頭有規模不等的現代冰川。尼洋河流域地處高山峽谷，氣候垂直變化明顯，具有山區小氣候特征，日溫差大，多夜雨、陣雨，降雨主要集中在6—9月，占全年降水量的75%以上。

2.1.1河道變遷

尼洋河八一鎮河段呈兩端寬中間窄的藕節狀，最窄處位于八一大橋，河寬僅0.5 km。八一二橋以下河段為兩個連續彎道，呈反“S”形，河寬一般超過2 km，最寬約4 km。結合1970年和1982年航測圖分析，1970—1982年尼洋河主流擺動頻繁，特別是八一大橋以下河段水流散亂，沒有相對穩定的主河槽；洲灘沖刷侵蝕強烈，心灘普遍下移，1970—1982年移動150～180 m，下移速率為12.5～23.3 m/a；凹岸部位侵蝕強烈，年侵蝕6.7～10.0 m。20世紀70年代，八一大橋建成后，橋墩改變了原有水流特性，大橋以下主流趨向右岸，橋梁下游心灘上提約 425 m，年平均上提約35 m，對下游河勢產生了重大影響。

根據2009年和2014年實測地形分析，八一鎮河段近期演變規律表現為河段多支多汊，沒有一汊占絕對優勢，河寬相對較窄河段，水流分為2或3股，且各汊深泓高程相差不大；永清河河口以下水流分匯頻繁，深泓年際間平面擺動范圍很大，汊道數量也有變化，邊(心)灘和深槽有沖有淤。

2.1.2河道演變趨勢

八一鎮河段河床由漂石、卵石夾少量粗砂堆積而成，具有明顯的游蕩特征。尤其是八一二橋以下河段寬淺散亂，心灘發育，洲汊縱橫，主流擺動不定，灘槽極不分明，河口處河床被分為5或6股匯入雅魯藏布江。心灘的位置及形態隨流量大小而異，洪水期心灘多被淹沒，河床岸邊遭受沖刷，洪水過后則發生堆積，表現出明顯的“漲沖落淤”規律，年內基本處于沖淤平衡狀態。

八一鎮河段總體河勢格局基本保持不變，河道游蕩、分汊屬性不變。在水流貼岸段，近岸河槽沖刷可能造成護岸工程損毀甚至垮塌。流量不大時，凸岸邊灘保持相對穩定，不會發生較大沖淤變化。若遇到較大洪水，凸岸邊灘可能被沖刷切割，導致該段河勢發生較大調整。因此，在凸岸邊灘采取工程措施，防止凸岸邊灘被沖刷切割，保持河勢穩定，是十分必要的。

2.2 護岸現狀

林芝市八一鎮護岸主要包括防洪堤、內河河道及山洪溝堤岸。其中防洪堤于1998年開始興建，經過多年治理，目前城區防洪堤總長約26.7 km，其中左岸堤防長約10.2 km，右岸約16.5 km，與其上下游階地形成防洪保護圈，分別保護左岸八一鎮主城區和右岸城區。

由于西藏特殊的氣候和水文地質條件，尼洋河河道主流擺動頻繁，沒有穩定主河槽，且尼洋河洪水流速較大、推移質較多；八一鎮河段堤防建于20世紀末，兩岸堤防腳槽基礎埋深較淺，護腳塊石粒徑不能滿足抗沖要求。這些因素導致堤防在運行過程中，頂沖河段護腳鉛絲籠塊石沖毀，堤腳受淘刷，堤防兩岸出現不同程度的險情，造成了重大經濟損失，對防洪極為不利。統計顯示，左岸于2004年、2008年、2011—2013年，右岸于2004年、2006年、2013年出現較大險情，兩岸均出現堤防腳槽沖刷破壞、迎水面護坡破壞、堤段破壞情況。此外，左岸還出現部分堤防基礎懸空，堤身部分砂卵石沖毀，13座丁壩損壞險情；右岸出現2座丁壩及部分路面損壞情況，且出現八一大橋垮塌重大險情。

福清河和永清河是林芝市八一鎮內河，雨水直接排入城市內河，為城市提供親水環境。內河以城市排澇功能為主，兼具部分排洪功能。內河河道堤岸為硬質護岸，隔絕了土壤與水體之間的物質交換，使得鳥類、昆蟲類等動物失去了棲息、繁衍和避難的場所，導致整個水域生態系統的結構被破壞、大大削弱了水體的自凈能力。

八一鎮除其他小山洪溝外，主要有3條山洪溝，分別為覺木曲、八及曲和銀久弄巴河。3條山洪溝分別匯集國道G318以西、省道S306以東的山洪，山洪排入河道，最終匯入尼洋河。其中，覺木曲堤線總長度2.728 km，匯集國道G318以西山洪，覺木曲洪峰流量為268 m3/s。山洪溝內局部碎石淤積嚴重、溝壁垮塌，需要清淤、加固和拓寬。

3 生態護岸設計

設計建設生態護岸是從生物多樣性保護角度出發，在滿足防洪功能的前提下，以維護和恢復河流、江岸的自然形態為前提，利用石頭、木材、多孔環保混凝土和自然材質制成的柔性結構對河岸進行加固，防止河道淤積、侵蝕和下切。采用多孔護岸材料形成透水護岸可保證地表徑流與地下水之間物質、能量的交換，為植物的生長提供有利條件，為野生動物提供棲息地，形成一個協調、一致、互益的整體。

3.1 生態護岸設計要點

3.1.1遵守自然法則，尊重民族文化

保留河流兩岸既有植被、淤積洲島、抽水植物、水草堆積、苔蘚地等，形成彎曲的河道、河岔、緩坡、陡坡、洲島、急流、淺灘等水深和水面寬度多變的河道斷面，恢復自然河流的形狀，創造水流的多樣性，形成生物棲息場所，恢復自然環境。

在生態護岸設計過程中統籌考慮城市景觀與當地藏族風俗，美化沿河標志性建筑物，如尼洋閣；尊重當地民族文化，保護沿線觀賞性植物及其附屬裝飾，如大柏樹、野生桃樹等植物和周圍經幡及附屬設施；采用具有當地名族文化特色的觀景臺或休憩棧道等，促進城市生態文化建設和可持續發展。

3.1.2采用原生材料，營造濱水景觀

生態護岸的原生材料主要包括植物及天然建筑材料。植物作為工程材料，主要利用喬木、灌木、水生植物的發達根系纖維來固定岸坡，采用自然工法形成“植物加筋土”，即把植物當作結構的一部分，增加土的抗剪強度，防止坡岸坍塌。

天然建筑材料包括卵石、山石、石籠、木樁、仿木樁等，這些材料紋理和亮度富于變化，采用傳統工藝綜合使用這些材料，結合植物配置，可以營造豐富多彩的水邊景觀。利用生態護岸具有自然特征的環境景觀，在季節變化中產生不同的景觀效應，保護和創造濱水的自然景觀，滿足人們對景觀的審美要求。

3.1.3去直改緩，注重生物多樣性

傳統意義上的河道護岸是從河道坡岸的穩定性及河道的行洪排澇能力出發，很大程度上忽略了對周邊環境以及生態系統的影響。目前林芝市八一鎮河道多為直墻斷面，可以全部或部分拆除直墻，改為緩坡，形成水陸過渡帶，從而貫通水與植物間的連續性，便于兩棲動物的爬行，形成較好的生態網絡。此外，通過擺放巨石、汀步、丁壩等方法形成人工深潭和沙灘，為水生動物和兩棲類動物提供棲息、繁衍和避難場所。沙礫堆及其周圍的急灘、河床間隙、沙洲上積水坑的位置在洪水季節都會有很大的變化，形成多樣的生息環境，其中汀步、巖石保證了河流縱向的連通性，形成魚道，能更好地保護水域空間的生物多樣性。

3.2 生態護岸選擇

當前，林芝市八一鎮河道仍主要采用水泥混凝土硬質護岸，根據尼洋河河道變遷情況及護岸現狀，綜合選擇自然原型、自然改造型和復合型3種類型生態護岸。

3.2.1自然原型護岸

自然原型護岸是最接近自然的護岸，是在西藏特殊氣候條件下，采用種植植被保持自然特性的植物護岸。對林芝市八一鎮河道未用石塊堆砌及未形成硬質河岸的河段、濕地兩岸及灘地植樹種草[10-11]，盡量營造自然型的駁岸，恢復近岸區的生物棲息地，構建緩沖區，促進林芝八一鎮河流、濕地的生物多樣性，打造自然河灘景觀。

3.2.2自然改造型護岸

自然改造型護岸是在種植植被的基礎上，采用石材、木材等天然材料增強河岸的抗沖刷性。林芝市八一鎮植被、石材豐富，結合河岸特點，可在尼洋河河道腹地開闊、流速緩慢河段，對河岸本體結構進行改造。采用松木樁-拋石生態護岸(圖2)，即在對河堤進行護岸處理時，將松木樁打入泥里，并由內及外布設粒徑逐漸放大的天然石塊護岸介質。這種結構可有效地保護岸堤，減輕河岸沖刷，防止水土流失，為水生生態系統的發育創造條件。該護岸是自然河床形式的延伸，與其他人工護岸形式相比，更趨向于自然，節約投資和建設費用。

圖2 松木樁-拋石生態護岸

3.2.3復合型護岸

復合型護岸是在自然改造型護岸的基礎上，采用混凝土、鋼筋混凝土、新型土工材料、土壤固化劑等材料，加強抗水流沖刷能力，能抵御更大洪水的生態護岸。對于林芝八一鎮沖刷能力較強、大流量、高腐蝕性的河段，保護要求較高，可選擇以下幾種復合型護岸。

a.生態格網擋墻。生態格網擋墻是將特種鋼絲編制成雙絞、蜂巢形網目格網片，按需組裝成箱籠并裝入石塊等填充料后連接成一體的結構。在工程預算允許下，可以采用格賓網箱裝入河卵石等填充料(圖3)，分層連接成整體擋土結構，隨后在外表層上附上種植土，撒播草籽，建成柔性護岸結構[12]。該結構具有較強的抗沖刷能力、極佳的穩定性和整體性，有利于保持河道橫向水土交換。在自然環境下可正常使用100年，且能很好地同自然環境融合[5]，適用于尼洋河水流湍急河段以及山洪溝內碎石淤積嚴重和溝壁垮塌段。

圖3 格賓網箱生態護岸

b.混凝土砌塊護岸。混凝土砌塊護岸(圖4)是生態護岸發展初期最常見的形式之一，是由一組尺寸、形狀和質量一致的預制混凝土塊，用一系列繩索相互連接而形成的連鎖型矩陣，具有滲水、柔性、能植草、防沖刷、穩定、抗高切應力等優點。為增強抗沖能力，常水位以下部分采用空心孔洞較小的預制混凝土塊；常水位以上部分，采用空心孔洞較大的預制混凝土塊，結合綠化措施，增強生態效果。混凝土砌塊護岸技術成熟，施工方便快捷，耐用持久，節省總工程投資及后期維修費用，該護岸適用于林芝市八一鎮河道中采用斜坡式護岸和拐點較多的河段。

圖4 混凝土砌塊護岸

c.生態混凝土護岸。生態混凝土是由石灰石、水泥和添加劑等傳統材料制成，其中包含活性炭浮石、分子篩和零價鐵的改性混凝土，水凈化效果較好[13]。生態混凝土護岸是將草籽、種植土、水泥、添加劑和水混合拌和后，利用高壓噴射黏結在坡面上，或者制成多孔隙預制塊[14]，其透水性、透氣性及類似土壤的呼吸功能較強，草籽發芽后從生態混凝土孔隙中生長出來，覆蓋坡面。

尼洋河生態護岸護腳可根據河段特點，采用混凝土橫梁或者格賓網箱，護坡布置混凝土框格結構增強其穩定性及防沖能力，撒播帶草籽的種植土(圖5)，起到河流防護和河堤綠化效果。生態混凝土護岸強度與普通混凝土相當，抗沖刷能力強，能保證水分的正常蒸發和滲透，有利于水體和土壤物質的能量交換，為植物、微生物的生長提供適宜的空間，且生態景觀效果好。

除以上生態護岸以外，可結合河道具體情況，綜合考慮經濟、生態、文化、科技等各方面因素，因地制宜進行設計。河道水位隨著季節變化大，夏季水位上漲,冬季為枯水季節，水位降低，可將河段劃分為常淹區、變化區、常露區，不同區由下至上分別采用格賓網箱護岸、生態混凝土護岸或者混凝土砌塊護岸、植物護岸3種形式，以達到防洪及生態最佳效果。在不影響防洪安全前提下，可適當保留當地優勢護岸，逐步將河流水系硬質護岸改造為生態護岸。對于未開發河段護岸，充分利用有限條件，發展有利于當地生態環境可持續發展的護岸形式，促進護岸環境與周圍環境的和諧發展。

圖5 生態混凝土護岸

4 結 論

a.1970—1982年尼洋河主流擺動頻繁，洲灘沖刷侵蝕強烈，心灘普遍下移；尼洋河八一鎮河段近期演變中河段多支多汊，沒有一汊占絕對優勢；2009—2014年八一鎮河段總體河勢格局基本保持不變，河道游蕩分汊屬性不會改變。

b.目前尼洋河干流河段堤防防洪問題凸顯，內河河道堤岸為硬質護岸，不利于城市水體自然修復，山洪溝內局部碎石淤積嚴重、溝壁垮塌，需要對該水系硬質岸線進行生態改造或延伸，恢復其生態功能。

c.從尊重民族文化、遵守自然法則、采用原生材料、營造濱水景觀、去直改緩、注重生物多樣性的設計角度出發，根據林芝市八一鎮水系河岸現狀及防洪要求，結合現有條件，綜合選擇自然原型護岸、自然改造型護岸和復合型護岸3類生態護岸，設計采用植物護岸、松木樁-拋石護岸、生態格網擋墻、混凝土砌塊護岸和生態混凝土護岸等生態護岸形式。