生態護坡技術在河道治理中的應用研究

邢來順，曹珈琪，張 勇

（北京京水建設集團有限公司，北京 102400）

長期以來，由于森林砍伐，沿江美麗的風景遭到嚴重破壞，導致水土流失等自然災害，從而影響了河流的通航和泄洪能力。在社會經濟發展的同時，注重生態建設，投入大量人力物力治理河道，采用生態護坡技術來改善河道環境。

1 研究背景及意義

河流就是由于特定氣候和地理以及水文條件長期演變形成的完全平衡的一種生態系統。許多的河流管理項目破壞了原有的生物多樣性，也降低了水凈化與恢復的能力，并且導致了河流生態系統的退化。伴隨著社會經濟的發展，特別是生態文明的發展，河流管理的方法與方式已經成為了人們關注的焦點。在河流治理之初，就考慮了排水、防洪、航運、灌溉、沖刷與水土保持的功能。護坡作為河流中的一部分，也是河流的線性景觀，是連接人力資源和水資源的紐帶，是河流管理的重要組成部分。傳統的護坡方法主要從力學角度考慮邊坡的穩定性。由于護坡材料以硬質材料為主，阻礙了河流水體與周圍生態環境的正常交換過程，使各種動植物和微生物無法正常生存，因此傳統的硬坡護坡已不能滿足當前生態河流治理的需要。隨著生態護坡技術的應用和發展，生態護坡在改善河流水環境、生態系統和周邊景觀環境方面發揮著極為重要的作用。

2 傳統護坡對河道環境的影響

2.1 對觀賞環境的影響

不斷凈化河流的整潔美麗，傳統的混凝土護岸結構完全覆蓋了原有的河岸，原有的草本植物和小灌木消失了，現代城市中人們對河流環境的要求是清新美麗。傳統的混凝土護坡形式與周圍環境不相適應，不能滿足現代城市的要求。此外，傳統的混凝土結構一旦受到破壞，也會影響到河流周邊的環境，不利于改善城市形象和居住環境。

2.2 對生活環境的影響

首先，混凝土護坡材料添加膨脹劑和其他添加劑。因為混凝土護坡浸在水里很長一段時間，混凝土護坡的原材料和添加劑會發生水化反應和碳化反應。城市的水源主要來源于城市的河道。如果公民喝的水與添加劑混合很長一段時間，會影響他們的健康。其次就是，混凝土護坡缺乏植被覆蓋度，不能凈化空氣和水質。河水一旦被污染到，刺鼻的氣味就會擴散到周邊居民的生活區。最后，由于混凝土護坡結構相對簡單，沒有適當的植被，觀賞性差，必然影響周邊居民的情緒和居住環境。

2.3 對自然環境的影響

傳統的混凝土護坡結構覆蓋了整條河流，許多水生動植物失去了原有的生態環境。這些水生動物本來打算在河床上筑巢，但堅硬的混凝土結構擋住了它們的去路。水生植物需要在河岸的淤泥中生根，但卻受到混凝土結構的阻礙。混凝土護坡結構破壞了整個河流生態系統，部分護坡幾乎延伸到河底，形成了綜合護坡結構，對水生態環境的影響會更大。

3 生態護坡概述

3.1 定義

生態護坡是一種應用力學、生態學和土壤科學相結合的護坡技術。植被覆蓋使植物根系和土壤層緊密相連，加強了防護坡土壤層，防止了土壤侵蝕，使防護坡結構趨于穩定。

3.2 優勢

第一，保護河流生態系統的多樣性。砂石和混凝土護岸能加速水流，顯著增強水流的侵蝕能力。部分微生物會直接進入下游，導致生物多樣性的下降，周圍生態環境的可持續發展被直接影響。第二，有利于修復河岸綠化景觀。對傳統護坡的改進是采用環保材料和節能技術進行生態護坡。它不僅能滿足防洪、水澇、排水的需要，又能與周圍環境交換，形成一個開放、平衡的生態系統。第三，調整水溫，保持生態系統的平衡。在傳統護坡條件下，水溫變化大，不利于對溫度敏感的生物和魚類產卵，容易滋生細菌。生態護坡植被或灌木覆蓋可以調整光線，避免不正常的水溫變化。生態護坡在水文生態環境方面發揮著積極的作用。總的來說，堤防建成后，沿河生物物種將減少約33%，生態邊坡防護有良好的透水性，各種生物的生存環境能夠有利維持。第四，可提高水質和自凈化能力。傳統的護坡工程要平整、清潔、堅硬。沒有植物防護屏障，很容易引起垃圾和污染物進入水中，水的純凈度會迅速惡化。生態邊坡防護可以有效防止雜質和垃圾，正確過濾污染物，保護水源。此外，生態邊坡保護的材料多為滲透性良好的環保材料，有利于水、土壤和生物之間的能量和物質循環，提高了水的自凈化能力。

4 生態護坡的設計原則

4.1 安全性

風浪和水流的侵蝕直接影響河道的安全和穩定。河道護坡是減少河道、保護岸坡侵蝕的基本要求。因此，生態護坡設計的首要原則是抗侵蝕、安全和穩定。

4.2 自然性

為了保持河流原有的空間環境和自然屬性，應遵循“遇彎即彎，易寬即寬”的原則。隨著水平和地形的變化，必須盡可能保持原有地貌，恢復河道的水平和垂直連接。這也是治理河流，保證水系正常運行的措施之一。

4.3 生態性

河道的生態護坡應當為水生植物的生長提供適宜的環境，護坡結構應該滿足孔隙度要求，保持地下水與河流之間的信息交換，充分利用護坡植物維持河流的生態平衡，從而可以有效提高河流自凈能力和岸坡整體穩定性，應盡量避免苛刻單調的護坡結構。

4.4 地域性

不同的河流水文地貌和地質以及河勢等環境條件具有顯著的地域特征和差異。必須充分考慮區域內施工場地的規章制度和生態景觀。岸坡設計應結合防洪規劃和自然岸線的特點，因地制宜，保證區域環境與河流景觀的協調性。不能完全照搬其他河道治理的方法。另一方面，生態護坡要滿足資源消耗的需要，節約成本，充分利用當地材料，有效利用可再生資源，提高資源利用率，盡量將可再生資源作為工程材料。

5 河道治理當中主要應用的生態護坡技術

5.1 三維排水柔性生態袋護坡

柔性生態袋具有很強的滲透性，但對土壤的滲透性有一定的抑制作用，袋內所填充的營養土壤與生長劑，通過坡體與袋形成了整體，從而形成了復合穩定的生態坡體。立體排水柔性生態袋不易變形，可在生態袋內填充牧草種子等。在根系進入邊坡前，形成三維植被，固定土壤，減少雨水沖刷。隨著植物根系的不斷生長，坡面土壤固定，防止水土流失，網狀根系與土壤相互進行交織，從而也形成了比較強大的復合系統。

5.2 骨架植被護坡

骨架植被護坡是以混凝土、砂漿、石料為骨架，種植草坪等植物，有效提高邊坡的穩定性，保證邊坡生態功能。植被骨架護坡是一種將工程護坡與生態護坡相結合的護坡方法，它大大拓展了其應用范圍，并對土質邊坡和全風化巖質邊坡具有較好的適應性。一般情況下，骨架植被護坡的坡度小于1∶0.75，在受河水強烈沖刷的情況下，坡度應小于1∶1。

5.3 現澆植被型生態混凝土護坡技術

現澆綠色生態混凝土護坡主要由隨機復合多孔混凝土組成，一般由水土保持原料、肥料、透水混凝土材料、種植土壤等組成。主要含有少量摻有硅灰、礦渣水泥和粗骨料的細料。施工時砌體和碎石的粒度應滿足植物生長的要求。利用植物根系的附著和生長空間，實現混凝土構件的綠化，使環境保護與工程施工有效結合+655。草型生態混凝土護坡由上至下為70 mm厚土籽、100 mm生態混凝土和30 m粗砂組成，孔隙率為25%~30%，最小抗壓強度為7 MPa。生態混凝土適用于植草澆框，綠化率必須在95%以上。這種護坡一般適用于高邊坡地區，生態效益好，但投資較大，由于對骨料級配和施工工藝要求嚴格，常用于城市河流治理工程中。

5.4 天然鵝卵石散鋪護坡

上游山地型河道具有典型的洪水漲落、水流湍急的特點，可以概括為“一短兩快四大”。河谷型河流易發生洪水侵蝕、河床淤積加劇、河岸陡峭崩塌、漫灘堆積、河岸寬度窄、河岸線不穩定、洪水承載能力差，對沿河城鎮的安全構成潛在威脅。雖然傳統的護坡或混凝土擋土墻可以滿足防滑穩定和防洪安全的要求，但剛性護坡對生態景觀影響不大。在實踐工程經驗的基礎上，結合同類工程設計方案，因地制宜，充分考慮自然生態和防洪，最后選擇卵石護岸，充分發揮其生態效益，體現河流的自然特征。通過修建海灘和山脊，天然鵝卵石散落護坡更適合于廣闊的淺水區域，創造出一種奇特的河流景觀，它通常建在急流或彎道的正常水位以下。

5.5 新型預制混凝土塊護坡

平原河流治理工程的石材采購難以保證其施工的質量。環保的要求比較高，主要用于城市面臨護坡中的河道管理項目。預制塊體的護坡具有管理維護比較方便、工期相對比較短、強度比較高、穩定性比較好、機械化施工以及工廠預制等等特點。高孔隙率對于壩坡變形及波的衰減適應性是有利的。本地草籽可以在孔隙之中進行生長，并且投資成本比較適中。新型預制混凝土砌塊護坡具有保持水土、填充與美化城市形象等功能，也能夠滿足生態環境以及現代生活的需求。在應用的范圍、自鎖、鏈等等方面也有了很大差異。新型預制件的生態護坡技術其在大三角中普遍得到了應用。在近年，一種新型的大型三角形預制混凝土砌塊生態護坡在河流生態治理工程當中也得到了很廣泛的應用，具有了十分良好的經濟效益與環境效益。工程實踐則表明，由于風浪、船浪、洪水、暴雨等因素的影響，河道的淤積與防波堤的問題十分嚴重。當預制塊面向水側設置的時候，應該使用鋼絞線進行連接固定。水下施工中的基本條件也是使用鉸鏈、一層土工布與100 mm厚的碎石墊層。為了護岸的生態效果能夠突出，在水面以上的預制塊開口之間可以種三葉草、苜蓿等等低矮的草。在種植之前可以鋪40~100 mm腐殖質土，這樣成活率可以提高。

5.6 三維植被網草皮護坡

植草護坡也是一種實用、經濟、應用廣泛的技術措施。它可以利用植物的根系來鞏固土壤，從而加固了斜坡的土壤。植被可以顯著減少邊坡的長度與降雨的入滲，提高了土壤抗剪的強度，改善了邊坡的穩定性。三維植被網草坪護坡也是一種綜合護坡的形式，利用三維網墊、植物草與植物在表面消散波浪。三維網墊由聚乙烯、聚丙烯與其他聚合物材料制成。復合種植基地的整合還包括種植土壤、播種草籽、礫石等等。三維網格墊由平行于土壤方向的二維拉伸平面網格和垂直于土壤方向的多層網格而組成。為了使多層的網格空間在垂直方向之上更加穩定，網格層之間的節點通過熱熔焊進行連接。草皮完全生長以后，土層、土工布墊層與草層牢固地結合在了一起，從而形成了一個堅實且穩定的整體。網狀結構的空間十分大，不僅僅可以填充土壤與沙子，還可以為草坪提供更好的生長環境。

6 結束語

綜上所述，在治理河流過程當中，不可避免地會在一定程度上破壞河岸原有植被，也會影響原有河岸的土層結構，導致其出現松動現象，這將大大降低河流治理初期的抗侵蝕能力。這時，土壤侵蝕加劇，河流淤積等相關的問題極有可能發生。最后，也就影響了河流泄洪、生態和航運的正常功能。近些年來，為充分滿足社會生態文明建設的需要，大量河流治理建設項目開工建設。這時，為了提高河流治理的效果，應用生態護坡技術保護生態河流治理項目所造成的各種影響。值得注意的是，在生態護坡技術的具體應用中，需要對存在的問題進行研究和分析，并結合實際情況，保證生態護坡技術的選擇更加合理。