生態護坡技術在河道堤防中的應用與效果評估

0 引言

在當今時代，隨著人們對生態環境保護的意識日益增強，水利工程領域中的河道堤防建設也正經歷著深刻的變革。傳統河道堤防護坡手段雖能滿足基本的防洪抗災等工程需求，但因其多采用硬質材料，常導致河道生態系統失衡，如生物棲息地破壞、水體自凈能力下降等問題[1-2]。近年來，生態護坡技術作為一種創新型的解決方案，逐漸在河道堤防工程中嶄露頭角并得到廣泛關注。

本研究聚焦于生態護坡技術在河道堤防中的應用與效果評估。先選取具有代表性的河道堤防工程展開深入剖析，詳細介紹其工程概況，涵蓋地理位置、地質條件、堤防規模等要素。再運用專業監測手段與分析方法，對河道堤防的沉降特性進行精確測定與解讀，探究其沉降規律以及可能引發的潛在風險。同時闡述生態護坡的技術原理、植被選擇與配置模式等內容，重點從生態護坡對河道堤防沉降改善作用、對變形的有效控制等維度展開效果分析，通過多維度的數據整合與對比，最終得出關于生態護坡技術在河道堤防工程中綜合效益的科學結論，為河道治理的可持續發展提供堅實的技術支撐[3-4]。

1河道堤防沉降與變形分析

1.1 工程概況

本研究選取位于江蘇省某河道堤防工程作為案例。該河道全長約 12.5km ，本次研究涉及的堤防段長度為3.5km ，起止樁號為 K2+000～K5+500 。堤防堤頂寬度設計為 6m ，堤身高度在 3～5m 之間，平均坡度約為1:2.5。其基礎主要由粉質黏土構成，在地下 5～8m 深度范圍內存在一層厚度約1.2m的砂質土層。該區域屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫 18^°C ，年降水量約 1300mm 。在未進行生態護坡改造前，該河道堤防曾出現多次局部小規模滑坡現象，且坡面植被覆蓋率不足 30% ，對周邊生態環境及居民生活產生了一定的不利影響。

1.2 監測方法

為全面精準地掌握河道堤防的沉降與變形情況，采用多種先進的監測方法。對于沉降監測，在堤防堤頂沿縱向每隔 50m 設置一個沉降觀測點，利用高精度水準儀定期進行水準測量。將測量精度控制在 ±0.1mm 以內，通過對比不同時期觀測點的高程數據，確定沉降量及沉降速率。同時為提高監測數據的可靠性與連續性，還安裝了靜力水準儀自動化監測系統。該系統能夠實時傳輸數據，以便及時發現異常沉降情況。

在堤防變形監測方面，采用全站儀進行堤身位移監測，在堤頂和堤坡關鍵部位設置觀測棱鏡，定期測量其三維坐標變化，從而獲取堤身水平位移和垂直位移信息[5]。

1.3河道堤防沉降分析

河道堤防各位置在一年時間跨度內的沉降值變化曲線如圖1所示。從圖1可以看出，整體而言，各部位的沉降值均呈現出隨時間的推移而逐漸增加的趨勢。在初期階段，由于堤身結構相對穩定且外部影響因素程度較小，因此沉降值的增加幅度較為緩慢，表現出一種漸進

圖1河道堤防各位置一年內沉降值變化曲線

式的微小變化。

而隨著時間的推移，在堤身自重的持續作用、外部環境因素的逐步累積與增強，導致沉降速率逐漸增加，沉降發展較為顯著。直至后期，隨著堤身土體在長期壓力下逐漸趨于密實，以及各種作用力與反作用力之間逐漸達到一種相對平衡的狀態，沉降值的增長速度又逐漸放緩，最終趨于平穩。

通過對河道堤防頂部、中部與底部的沉降值對比分析可知，在一年周期結束時，頂部的沉降值最大，可達13mm ，中部次之為 9.3mm ，底部最小僅為 6.5mm ，呈現出由頂部向底部逐漸遞減的顯著趨勢。這一差異主要源于各部位所承受的荷載大小不同以及所處地質環境和堤身結構特性的差異。頂部承受的附加荷載相對較多，且受外界因素干擾更為直接。而底部受地基的支撐與約束作用較強，從而導致這種沉降值自上而下逐漸減小的分布格局。

1.4河道堤防變形分析

圖2呈現了河道堤防頂部、中部和底部在一年時間內的變形量變化曲線。從圖2可以看出，各部位變形量的變化規律與沉降值的變化規律基本相似。在起始階段，由于堤身整體處于相對穩定的初始狀態，所受外部作用力相對有限且尚未充分累積，各部位的變形量增長極為緩慢，僅以微小的幅度逐步遞增。

圖2河道堤防各位置一年內變形量變化曲線

隨著時間的推進，多種因素開始共同作用并不斷強化，如水流的不斷沖刷、堤身土體因長期受力而產生內部應力調整等，使得變形量增長速度逐漸加快，土體結構的變形發展較為迅猛。直至后期，隨著堤身結構在長期變形過程中逐漸適應并形成一定的自穩機制，同時外部作用力也不再持續增強甚至有所減弱，變形量的增長速率逐步放緩，最終趨近于平穩狀態。

對比各部位變形量的具體數值，可清晰地看到頂部變形量最為突出，高達 26.5mm ，中部次之，為 23mm ，底部則最小，僅為 19.5mm 。這種差異主要歸因于頂部在堤身結構中所處位置最為特殊，直接暴露于外部環境且承受著較大的水流沖擊、風力侵蝕等多種附加荷載。而中部所受荷載相對較小，底部又因與地基緊密相連，受到地基較強的約束與支撐作用，從而導致變形量從頂部向底部逐漸遞減的分布態勢。

2生態護坡應用效果分析

2.1生態護坡技術原理及配置模式

生態護坡技術是一種將生態與工程有機結合的創新護坡形式。其技術原理主要基于植被與工程結構物的相互作用。植被的根系深入堤身土壤，形成天然的錨固系統，顯著增強了堤身土體的內聚力與摩擦力，提升了堤身整體穩定性。同時，植被的莖葉能夠有效削減坡面水流速度，降低水流對坡面的沖刷力，減少土壤侵蝕。

在配置模式方面，采取了梯度配置策略。在堤坡下部及常水位附近，重點種植耐水淹的草本與低矮灌木，形成第一道防護屏障。往上則逐步增加木本植物比例，構建多層次植被群落。此外，配合土工織物、生態袋等工程材料，為植被生長初期提供輔助支撐與防護，待植被生長成熟后，工程材料逐漸與生態系統融合，共同構建起長效穩定的生態護坡體系，既可保障堤防安全，又可促進河道生態的修復與改善[。

2.2運用效果分析

2.2.1生態護坡河道堤防沉降分析

圖3為采用生態護坡前后各部位沉降值變化曲線，從圖3可以看出，在采用生態護坡技術后，從第一個月開始，各部位沉降量相較于未采用生態護坡技術時明顯減小。頂部沉降量從 0.5mm 減小為 0.3mm ，中部從 0.3mm 減小為 0.2mm ，底部從0.2mm減小為 0.1mm 。這是因為生態護坡的植被根系起到了加固土壤的作用，增加了堤身土體的抗剪強度，從而減少了因自重和外部因素導致的沉降。

隨著時間推移至中期，生態護坡系統逐漸穩定發揮的快速增長，各部位水平變形量呈現較為穩定的增長態勢，且與未采用生態護坡時相比，變形量的差距逐漸拉大，表明生態護坡對抑制水平變形的效果愈發顯著。

圖3采用生態護坡前后各部位沉降值變化曲線

到了后期，水平變形量繼續緩慢增加，但增速進一步變緩并趨于穩定，此時頂部、中部、底部的水平位移分別為 13mm 、 10.4mm 、 7.8mm ，相較于未采用生態護坡時分別下降了 50.9% 一 54.8% 與 60% 。這是因為生態護坡技術經過長時間的作用，與堤身已形成較為穩固的防護體系，有效抵抗了水流等外部因素對堤身水平方向的長期影響，保障了河道堤防在水平方向上的結構穩定性。

作用，植被生長更加茂盛，根系網絡更加發達，進一步抑制了沉降的發展。與未采用生態護坡技術相比，各部位沉降量的差距逐漸拉大，表明生態護坡在這段時間對減少沉降的效果愈發顯著。

直至后期，沉降量繼續趨于穩定，頂部、中部、底部的沉降值分別為 7.8mm 、 5.8mm 、4mm，相較于未采用生態護坡時分別降低了 40.4% 一 37.6% 與 38.5% 。這是由于生態護坡技術不僅在物理上加固了堤身，且植被的蒸騰作用等也改善了堤身土體的含水量和力學性質，使得堤身結構能夠更好地保持穩定。

2.2.2生態護坡河道堤防變形分析

圖4為采用生態護坡前后各部位水平位移變化曲線，從圖4可以看出，在采用生態護坡技術后，第一個月頂部水平變形量為 1.2mm ，相較于未采用生態護坡時的2mm有明顯降低。這是因為生態護坡植被的覆蓋，可以削減水流對堤頂的直接沖擊力，其根系也在一定程度上固定了堤身頂部土壤，減少了水平方向的位移趨勢。中部和底部水平變形量也相應減小，底部由于受地基約束和生態護坡的雙重作用，變形量最小。

3結論

本文以江蘇省某河道堤防工程為實例，針對存在的滑坡與植被覆蓋率低等問題，采用先進監測手段測定，生態護坡采用前后各部位的沉降與變形。得到如下結論：

1）生態護坡顯著降低河道堤防沉降量，頂部沉降量降低了 40.4% ，中部降低 37.6% ，底部降低 38.5% 。這得益于植被根系對土壤的加固以及蒸騰作用對土體性質的改善。生態護坡可有效緩解長期沉降問題，極大提升了堤防整體穩定性與耐久性，為河道堤防的長期安全運行奠定了堅實基礎。

2）生態護坡對水平位移抑制作用明顯，頂部水平位移下降 50.9% ，中部下降 54.8% ，底部下降 60% 。憑借植被群落的消能效果與根系的錨固作用，使水平變形量增速減緩并趨于穩定，有力保障了堤身在水平方向的結構穩定性，大幅降低因水平變形過大引發堤身崩塌等危險狀況的概率，對河道堤防安全防護意義重大。

圖4采用生態護坡前后各部位水平位移變化曲線

參考文獻

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隨著時間進至中期，植被形成的群落對水流的消能作用以及根系對堤身的錨固作用共同限制了水平變形量