基于土壤生物工程的河道生態護坡技術研究

余錦輝

(福建宏宇工程管理有限公司，福建 漳州 363000)

0 引言

在流水作用下形成河流地貌，可以對地表徑流和地下徑流進行匯總和接納，將其與內陸和大海相連接，作為自然界中物質循環和能量流動的主要途徑。河流作為一個整體的生態系統，具有完整的信息和物質以及能量循環機制，可以與陸地中的生態系統進行物質和能量以及信息交換。而能夠將河流和內陸聯系起來的過渡地帶為河岸，是促進兩者進行交換的重要紐帶，但隨著時間的推移和流水的作用，河道在長期的應用中會存在許多問題，容易發生不同程度的生態破壞，需要對河道進行穩固和修建。隨著城市化的不斷推進，在城市面積逐漸擴大的前提下，河道作為城市中的重要個體，其功能定位發生了很大程度的變化，并且隨著許多功能的設計和應用，城市河道也開始進行擴建工程，在工程施工中經常發生河道淤堵等問題，破壞了原有的地貌形式和植被情況，造成了城市環境的改變[1]。因此才需要對河道進行合理的規劃，促使河道具有穩定地保護岸坡，實現城市內生態環境與人文環境的和諧發展。傳統的城市河道采用工程護坡進行修復，直接將現澆混凝土石塊作為堆砌物料，雖在在一定程度上具有結構穩定性，但存在造價高和修護難度大的問題。本文以此為基礎，選擇土壤生物工程作為護坡修建的條件，設計城市內河道生態護坡技術，為持續發展提供理論支持。

1 工程概況

選擇某省城區多條具有代表性的河道進行采樣，該省的面積為121452km2，包含有3個開發區，全年平均溫度在22.4℃左右，氣候溫和且降雨量較為集中。城市內的河流流域為平原，境內地層發育也完全，包含有花崗巖和砂頁巖，土壤主要為水稻土和沖擊土，具有明顯的分布變化特征[2]。該城市內具有茂密的森林，森林覆蓋率超過52%，內含草本植物600多種，且種類多樣。按照從上游到下游的水流方向完成采樣點設計，對河流的情況進行分析，具體情況見表1。

表1 河流采樣點布置情況

對其現有的護坡情況進行分析。

(1)硬質護坡：為該城區內河道最常見的護坡情況，直接采用鋼筋混凝土石塊搭建完成，呈現溝渠化特點。

(2)原始岸坡：在河流過渡區自然形成，具有自然植被，受河流沖刷影響與陸地形成特殊區域，具有相對穩定性。

(3)生態護坡：整體建造范圍較小，現階段無法滿足防洪排澇要求，也不能發揮風景區的功能[3]。

以現有的河道護坡情況入手，發現植物護坡具有穩定和美觀的特征，因此本文以土壤生物工程為設計方案，研究河道的生態護坡技術。

2 基于土壤生物工程設計河道生態護坡

2.1 選擇植物

以土壤生物工程技術進行護坡設計，需要選擇適合于現有河道生存的植物，以此才能保證植被在后期的生長。以上文中選擇的監測點對河流的水質進行分析，按照國家環保局編訂的HJ/T 91—2002《地表水和水質監測技術規范》標準進行水質采樣，分別以枯水期和豐水期2個階段進行采樣，并將水樣放入至冰箱內保存，在完成分析后對該省河流的現狀進行統計，具體見表2[4]。

表2 河流水質分析 單位：mg/L

根據表中內容所示，綜合所有的水質特征，能夠判斷選擇的河流內水質均為Ⅴ類劣質水，說明該城市內的河道的生態環境已經被破壞[5]。因此不僅需要挑選生命力頑強的植物，還要因地制宜對河道的生態環境進行改良，植物作為土壤生物工程的核心材料，選擇毛白楊和金絲柳作為應用材料，對其特性進行分析。

(1)毛白楊：對土壤的要求不高，能夠在堿性條件下生長，且根系發達，具有較強的生命力，由于該省的溫度和濕度處于中等太偶見，該植物具有抗污染和耐煙塵的特點，且樹葉茂盛枝干挺拔。

(2)金絲柳：該植物的樹形較為優美，只需要安插枝條即可成活，適應性極強，且繁殖能力優異，能夠在濕潤的土壤中快速繁殖[6]。

以選擇的植被材料為生物基礎，設計人工邊坡形態實驗河道生態護坡施工。

2.2 設計邊坡形態扦插施工

本次選擇的植物具有高度適應性，為了保證護坡工程的合理進行，首先對植物材料進水箱培養，觀察植被的生根情況，并了解植被的根系分布情況。臨近所選的河道工程開挖1條臨水邊坡，設置長、寬、深分布為10、5、7m，在其東西向和南北向用推土機堆砌1條邊坡，具體情況如圖1所示[7]。

圖1 河流邊坡設計

根據圖中內容所示，在試驗區內規劃好設計圖，將堆砌好的邊坡壓實整平，將左右兩側的邊坡標記為“A”和“B”[8]。兩側邊坡被平均分為10段，“邊坡A”從東到西依次為A1、A2、A3、A4、A5，“邊坡B”被分為B1、B2、B3、B4、B5，每段長度為5m[8]。在進行護坡植被扦插之前，需要對人工坡面的植物材料適用性進行計算，此次以發芽率和成活率作為評判標準，計算公式如下：

(1)

(2)

式中，q—植被的發芽率[9]，%；e—選擇的植被總樣本，個；w—發芽的樣本數量，個；r—成活率，%；t表示成活的樣本數量[10]，個。對水箱內培育完成的樣本植物進行挑選，以成活率較高的樹苗作為施工對象，選擇合適的方式進行施工。

一般情況下，土壤生物工程的施工技術包含有多種形式，此次選擇植物方格的形式進行扦插，將植物活枝組成不同大小的中空方格結構，大小分別為55、65、75、85、95cm，相鄰方格中扦插的植物采用繩子進行固定。在完成整個護岸施工后，監測此次設計的護岸防護效果。

3 測試分析

上文中通過土壤生物工程技術實現了河道生態護坡施工，為驗證新的方法具有應用效果，采用實驗測試的方法進行論證。以2個階段驗證新方法的有效性：第1階段測試生態護坡的穩定性，即在不同的條件下對此次構建的生態護坡進行安全系數測試，安全系數越大則說明防護效果越好。第2階段測試護坡的抗沖刷性，在整體護坡中選擇多個測試點，在正常的洪水位下檢驗護坡的抗沖刷百分比，比值越高說明防護效果越好。由于此次設計中全部以實驗點作為基礎，因此在進行實驗測試時直接對建設完成的植物邊坡樣本進行測試，驗證本文方法的具體效果。

3.1 穩定性測試結果分析

生態護坡最基本的功能就是結構穩定性，因此在工程評定中需要對建設的護坡安全系數進行統計，根據《堤防設計要求》確定邊坡的最小安全系數要超過1.15K。以此標準對應上文中建造完成的護坡，以正常蓄水位和設計洪水位以及震度條件為標準，其中設計洪水位以10年為標準，震度條件為7級，對不同護岸結構的穩定性進行測試，結果見表3。

表3 邊坡最小安全系數統計結果(K)

根據表中內容所示，選擇不同測試條件進行邊坡穩定性驗證，在本文方法應用下，不同大小的植物方格的安全系數各不相同，但遠超過設計要求，其中正常蓄水位>設計洪水位>震度條件，具有應用價值。分別對植物各自的防護效果進行分析，其中毛白楊的整體防護效果要高于金絲柳的防護效果，且隨著護岸方格的面積增加，其最小安全系數逐漸加大，產生的防護效果更好。

3.2 抗沖刷性測試結果分析

根據上文中的測試結果可知，本文方法設計的護坡具有一定的穩定性，在此基礎上對其抗沖刷性進行分析，由于植物養護土壤均為河道周圍土樣，在設計洪水位下，直接以毛白楊植物設計完成的護岸進行測試，計算每組樣本的抗沖刷百分比。此次抗沖刷性能主要以剩余的土壤量作為基礎，在10年、15年和20年為標準的設計洪水位下進行不間斷地10次沖擊，所剩的土壤量越多說明抗沖刷性能越好，計算方式如下：

(3)

式中，z—沖擊后的剩余土壤占比，%；x—丟失的土壤面積，m2；c—原有土壤面積，m2。將測試數值代入到公式(3)中完成計算，結果見表4。

表4 土壤剩余量統計結果 單位：%

根據表中內容所示，在本文方法應用下對毛白楊植物構建的護坡進行測試，以設計洪水位下完成抗沖刷測試，隨著植物護坡方塊的面積增加，其土壤剩余量會逐漸增多，說明構建的植物護坡方塊越大，其抗沖刷性能越好，綜合兩個階段測試結果可知，以95cm的單一方格為標準，應用毛白楊植物進行護岸構建，可以具備較好的防護效果。

4 結語

本次以土壤生物工程技術為依托，在選定的河道工程中分析了其現有的護岸情況，設計了新的生態護坡施工技術，并在實驗測試中論證了新方法的有效性，具備抗沖刷性和穩定性，可以投入實際工程應用。但由于本次時間有限，在研究過程中僅選擇2種類型植物作為護岸基礎植被，而且均為單獨類型的護岸結構，在應用上可能具有單一性，存在一些不足之處。后續研究中會針對問題所在，挑選更多適用于護岸工程的植被類型，并設計多種護岸結構，為實現生態河道護坡工程的有效施工提供理論支持，對城市環境的可持續發展提供保障。