生態護坡技術在生態河道建設中的運用

謝斌華

（常州市武進區水利綜合管理服務中心嘉澤分中心 江蘇常州 213153）

傳統的河岸護坡設計中，一般采用硬質護坡作為主要的形式，硬質護坡會破壞正常的景觀環境，還并不具備生態效益，容易造成水體水質惡化，影響居民的生活環境，雖然在防洪、泄洪、耐久性方面具有很多優勢，但是已經不能滿足現在城市生態建設的理念要求。為了滿足生態建設的需求，目前，對護坡的建設都以生態護坡為主，可以改變河道的生態建設效果，提升河道生態的穩定性。由于生態護坡的結構更為復雜，因此，在實際應用中，需要綜合考慮河道建設的各方面需求，確保生態護坡的建設效果。

1 我國生態護坡技術運用的現狀

河道除了具有航運、泄洪等功能，還具有生態調控和涵養水源的功能。但是傳統的河道治理工作多單純重視航運和泄洪的效果，對生態調控和涵養水源并不重視，因此，無法生長動植物的硬質護坡就成為了河道護坡的主要形式。雖然硬質護坡的壽命長、結構穩定、耐沖刷，但是會降低河道的生態調控和涵養水源功能，存在很多方面的不足，會對周圍產生比較嚴重的破壞。

1.1 硬質護坡對景觀環境的破壞

很多景觀都在河道的附近設置，景觀建設中，需要景觀和自然環境結合，才能獲得最好的景觀建設效果，由于硬質邊坡會導致景觀遠離自然環境，因此，景觀建設效果也就大打折扣。例如，很多地區的河道邊坡都會給城市居民提供親水環境，但是硬質邊坡很難給城市的居民帶來良好的親水體驗，難以滿足城市居民的親水需求。因此，目前需要使用生態邊坡強化河道周邊的生態建設，配合景觀設施提升景觀建設效果。

1.2 硬質護坡對動植物生命環境的破壞

傳統的硬質邊坡會占用生態環境的空間，而且并不會發揮生態作用，因此，造成了生態環境的破壞。原本的水生、陸生動植物生存環境被混凝土覆蓋，生物因此失去了生存環境［1］。河流、淺地下水、地表水之間的交換直接被硬質邊坡所阻斷，不能實現自然滲透，河岸也失去了原有的過濾功能，河水中會淤積大量的污染物質，造成河水十分渾濁。很多地區河流兩岸的生態環境都受到了傳統邊坡的不利影響，而且河流岸坡使用石料、水泥等材料進行修筑時，原本在生態系統中發揮水源涵養、水質凈化功能的水生生物不能生存，導致河流的自潔能力嚴重降低，并且導致水質出現進一步的惡化問題。陽光的作用下，由于缺少其他生物競爭水中的營養，水中微生物會快速生長，使得水中容易滋生蚊蟲、病菌等。硬質護坡不能有效消解水流動的動能，會導致水流速過快，水中生物大量減少，以及岸上的天然植物缺乏，進一步影響了水鳥的生活。結合目前的調查結果，在建立硬質邊坡之后，水生生物減少了一半以上，沿岸的物種也大批量減少。

1.3 硬質護坡對居民生活環境的影響

硬質邊坡的建設項目施工中，會在混凝土中加入大量的是試劑，如減水劑、膨脹劑、早強劑等，隨著建設結束，由于硬質邊坡和水接觸，導致這些外加劑會溶解在水中，給河水環境、水質帶來嚴重的負面影響。由于硬質邊坡失去了天然的植物過濾、吸附功能，導致很多地表有機質經過水徑流的作用匯入到河流，會對水體造成比較嚴重的污染，影響居民的生活環境。雖然邊坡并非導致環境出現惡化的關鍵因素，但是自然原本的環境被硬質混凝土結構所覆蓋，會嚴重影響人文景觀的和諧，很難滿足居民對生活環境的要求。

2 生態護坡技術在生態河道建設中的運用策略

生態護坡技術是涉及水力學、生態學、景觀學、土壤學等多門學科的技術，因此，目前在學界對意義并沒有普遍共識。一些學者認為生態護坡技術就是在坡岸上種植植物，但是這種認識方式還具有一定的片面性，并不能概括生態護坡在整個河道中的作用。結合目前的理解，認為生態護坡要結合自然生態環境建設、水位變動控制、保護地區水土資源的功能［2］。因此，一般將生態護坡概括為在保護河道行洪排澇功能的前提下，具有預防水土流失、保證河道穩定的系統，即生態護坡。生態護坡能夠實現與周圍自然環境的物質交流，是一個和周邊生態系統聯系密切的開放式系統。通過建設生態護坡，可以滿足河道生態系統平衡的需求，完善河道兩側的生態建設。在生態護坡的系統內食物鏈十分復雜，可以實現系統內的物質循環。生態護坡也可以實現水流、地下水、地表水系統之間的交換，岸坡和水流之間也有沖刷和阻礙關系，屬一種動力式的生態系統。在社會作用上，由于生態護坡的存在，實現了生態系統和自然系統之間的聯系，有利于城市社會建設和生態系統建設之間的協調發展。由于建設生態護坡是一個持續性的過程，因此，需要采取合適的策略，開展建設工作。

2.1 生態河道護坡技術的應用原則

通過在袋體內固定植物的生長基質，以及通過生長基質和植物根系的配合，可以產生錨固作用，有利于實現生態護坡的穩定性，抵抗周圍水流沖刷。合理的生態護坡建設能夠美化城市環境，節約城市環境保護的投資，是目前在河道建設中廣泛使用的治理方法。設計時，需要遵循以下原則。

（1）安全性。生態護坡具有保護河道安全的作用，因此，在設計過程中，需要滿足安全性設計的要求，包括具有較強的防洪、護岸能力，控制成本時，也要充分考慮安全需求。

（2）生態性。生態護坡必然具有非常明顯的生態特征，需要實現水生、陸生、水陸兩生動物、植物的生長空間建設，并且不能在建設中錯誤選擇動植物導致生態入侵問題。所以，設計之前，需要對當地的生態環境、水文環境進行調查分析，確保生態設計的合理性。

（3）美觀性。生態護坡是城市的一部分，需要通過建立河岸生態系統提升城市環境的美觀程度。所以，設計人員需要加強生態護坡在視覺方面的設計，比如，合理使用柔性設計和提升生態護坡的層次感［3］。

（4）親水性。為了避免由于生態護坡建設導致二次污染應該使用自然材料，根據親水性要求，選擇合適的護岸類型，滿足城市居民對親水性的需求。

（4）環保性。生態護坡的建設應該避免產生二次污染，因此，在建設時，應該合理選擇材料，避免材料中的有害物質影響水體。

2.2 生態護坡綠色植物的選擇

生態護坡的植物選擇需要考慮植物的錨固作用，充分利用植物的根系和莖葉，提升土地的結持力和降低由于雨水、河流對護坡的沖擊。因此，生態護坡在選擇植物時，需要考慮兩方面：一方面要分析植物系統控制侵蝕的力學機制，另一方面也要分析植物系統在控制水侵蝕的水文機制。植物可以分為草本植物和木本植物兩大類，這兩種植物的生態特性并不相同，在力學特性上也有很大不同，作用機理也有非常大的區別。結合植物根系的形態特征，可以分為草本根系和木本根系。木本根系可以進一步分為水平根系和垂直根系，從力學角度分析，可以分為淺根系和深根系兩種類型。

淺根系擁有加筋作用，通過植草根系，可以在土中形成盤根錯節的結構，構成邊坡土體在延伸范圍內形成和草根的復合材料，草根可以視為有預應力的三維加筋材料［4］。淺根系的錨固作用中，木本根系的垂直根系主根比較粗壯，能扎入比較深的土壤中，垂直深根穿過邊坡的軟弱層或者滑動面，可以錨固產生錨固作用，實現對邊坡的加固，構成錨桿或者抗滑樁的結構。

植被的地上部分的莖葉、枯枝、落葉能夠減少降雨對地面的直接接觸和沖擊，草本植物具有非常強的控制土壤侵蝕能力，利用降雨截留、土壤增滲、土壤固結等作用，能提升邊坡的穩定性，延長邊坡的壽命，還能改善邊坡的小氣候，降低土壤表面的侵蝕問題。

選擇植被時，需要考慮建設植被的群落，確保在一定生長條件下某些植物是可以構成穩定的生態體系，提升植物植被和環境之間的相互作用，形成特有的內部環境。不同條件下形成的植物群落在構建時也需要遵循生態多樣性原理，以便可以產生邊緣效應［5］。由于不同季節植物群落的形式不同，而且植物群落的發展也會導致群落演替，在建立生態護坡的過程中，也要考慮植物群落替代的過程，建立植物的更替路徑，并確保植物群落的結構變化依然能滿足生態護坡的建設需求。

植物栽植之前，需要對工程區域的植被類型進行充分調查，然后考慮植物的適應性、安全性、景觀效果、生態平衡等問題，進行選擇。樹種應該滿足當地的氣候條件要求，而且要避免出現生物入侵損害，確保抵抗病蟲害的作用。為了確保生態邊坡可以維持較長時間的穩定，需要確保植物擁有足夠長的生命周期。根據管理等方面的情況，要選擇易于管理的植物，保證環境的美化效果。

2.3 生態護坡建設結構的選擇

2.3.1 護岸形式

目前，常見的硬防護形式包括坡式、壩式、墻式護岸。使用壩式，能夠實現控制主流、穩定河勢、保證河岸穩定的作用，但是也會影響水流的流動，河岸原有的平順狀態也會由于壩式護岸改變，造成水流的沖擊力增加，容易造成對河道兩岸更嚴重的破壞。墻式具有強度高、耐用性強、占地面積小的特點，但是施工工序比較繁瑣，工程建設比較困難，而且造價非常高。坡式護岸是最傳統的護岸形式，這種護岸結構會在一定范圍內敷設耐沖擊材料，構成連續覆蓋式的防護，對河床的影響比較低［6］。

2.3.2 護岸組成材料

通常，生態護坡的材料包括土工格柵、連接口、生態袋、輔助材料，也可以將植物種子、肥料、土壤混裝在纖維網中直接固定在邊坡表面進行綠化。工程中，最為常用的方法是生態袋，生態袋的常用材料為PE膜，這種材料可以回收、無毒、抗紫外線、孔隙度較高，而且強度很高并且不會降解，能滿足內部填充物透水性的要求，保證所有的材料都在生態袋內部填充，可以確保噴灑和播種的效果，提升綠化水平。在河岸生態護岸工程中，會大量使用軟性巖土材料，能夠給各種動植物的生長提供足夠的空間，各種永久結構在土建時也要盡量減少水泥、混凝土、石頭等不利于動植物生長的材料，避免高污染硬質材料的使用，確保與自然環境之間的協調。

2.3.3 結構設計

生態河道護坡一般包括加筋結構和不加筋結構兩部分，根據現場情況，可以轉換兩種結構，一方面可以大幅度降低材料的使用，并且也能進一步提升生態護岸的建設效果，滿足生態防護的需求。近年來興起了三腳架結構設計，可以向三腳架中加入各種合適的材料和土壤，完成基于三腳架的綠色植物種植，方便建立一個完整的生態系統。在選擇結構時，需要考慮土木工程和植物系統之間的構造和結合，通過建立一個再生的自然防護系統，保證植物在土壤表面覆蓋，減少水土流失對生態護岸造成的影響，控制河道水流對護岸的沖擊力。結構設計工作中，也要有效減少對混凝土的材料的使用，以及考慮在不同季節下生態護岸的造型變化，滿足各類植物的生長需求。

3 工程實踐

3.1 工程概況

某河岸的生態治理中，對河岸進行了全新的建設，新建堤防4800m，對原有堤防加厚1090m，新建總長12 000m的河道換，根據50年一遇的標準進行防洪規劃。

3.2 護岸材料選擇和設計

結合工程的實際情況，本工程采用了坡式護岸的形式，常用材料包括干砌石、混凝土板、水工連鎖磚等。護岸的防護軸線位置結合現有的護岸情況，通過實現上下游之間的平順銜接，保持河道原本的流向和狀態，避免建設過多導致出現大量填方和挖掘工作，從而保證河道的穩定生態狀況，減少建設對河道的擾動。為了保證提供通暢的泄洪渠道，將護岸工程分成了五段，即三段左岸和兩段右岸，護岸使用了綠濱墊護岸，護岸下設置綠濱墊進行水平防護，尺寸為4m×3m×0.3m，所使用的網箱孔尺寸為80mm×80mm。

3.3 經濟效益比較

通過分析，使用混凝土護板坡相對比較貴，而使用干砌石護岸最為便宜，并且結合之前的建設情況，使用了具有較強抗沖擊力而且生態效果更好的綠濱墊邊坡進行施工。

3.4 建設效果

通過建設表明，采取生態護坡，相比傳統的護坡設計具有非常明顯的優勢，有效避免了傳統護坡過于呆板、僵硬的特征，更有利于環保、綠化、工程結構的一體化。通過在不同季節搭配不同的植物，有效提升了護坡的美觀程度，大量植物的種植使得該河段的水源涵養能力提升，河水的水質相比以往更好，能滿足人與自然和諧發展的需求，而且邊坡的成本非常低。在后期管理和維護上，由于植物能自行生長，通過生態建設讓植物可以根據自然規律更替，因此，維護壓力相對很低，降低了生態邊坡的管理費用。

4 結語

生態護坡是現代河道建設的重要環節，傳統的硬質護坡結構已經不能滿足生態建設要求，并且對生態環境也造成了一定的破壞，設計人員必須從生態建設角度開展生態護坡的設計工作。實際設計中，應該合理進行生態護坡植物種類的選擇，遵守生態護坡的設計原則，根據現場地質條件、生態條件，使用合適的生態護坡結構，確保生態護坡可以發揮生態保護的作用，提升生態護坡的穩定性，為城市建設更為和諧的生態環境。