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生态护岸研究与工程应用趋势

[日期：2010-09-06] 来源：资源网作者：唐国滔发表评论(0)打印

　　生态护岸是现代河道治理的发展趋势，是融现代水利工程学、生物科学、环境学、美学等学科于一体的水运工程，主要是利用植物或者植物与土木工程相结合的一种新型护岸形式，十分有助于河流水质的改善。以往人们往往在河道护岸过程中只考虑护岸工程的安全性及耐久性，故多采用干砌石、浆砌石、混凝土、预制块等材料修筑硬质护岸，隔断了水生生态系统和陆地生态系统之间的联系，导致河流失去原本完整的结构和作为生态廊道的功能，进而影响到整个生态系统的稳定，不利于生态环境的保护和水土保持[1]。在外观上较为单调生硬，多数情况下与周边的景观不协调，与目前注重保护生态环境的发展趋势相违背。因此，做好河道的生态护岸工作为实现碧水蓝天、绿树夹岸、鱼虾洄游的河道生态景观具有十分重要的意义。

　　1 生态护岸的功能

　　所谓生态护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸，其自然河床与河岸基底具有一定的渗透性，在河岸与河流水体之间，水分交换和调节功能可以等到充分保证，同时其具有较好的抗洪强度和丰富的河流地貌。随着经济社会的发展，河道的护岸也从最初的规范水流向这一单一功能，又增加了防洪功能以及提供给人类休闲、观赏和亲近水体等功能，成为我们生活当中多功能的综合服务设施。

　　1.1 防洪功能

　　生态护岸作为一种新型的护岸型式，本身就具备抵御洪水的能力。生态护岸的植被可以调节地表和地下水文状况，使水循环途径发生一定的变化。生态护岸采用自然材料，形成一种“可渗透性”的界面。当洪水来临时，洪水通过坡面植被大量向堤中渗透储存，缓解洪峰，起到径流延滞作用；当枯水季节到来时，储存在大堤中的水反渗入河，起着滞洪补枯、调节水位的作用。生态护岸中大量根系发达的固土植物，水土保持效果很好，堤岸的抗冲性能大大加强。另外，生态护岸上的大量植被也有涵养水分的作用。

　　1.2 生态功能

　　生态护岸把滨水区植被与堤内植被连成一体，构成一个完整的河流生态系统，是水陆之间的过渡区域。生态护岸的坡面植被可以带来流速的变化，为鱼类及两栖动物提供觅食、栖息场所，对保持生物多样性起到一定的作用，植被覆盖充分的护岸是河岸带生物多样性的保障[2]。另外，生态护岸主要是采用天然材料，从而可避免建筑材料中所含的大量化学添加剂对水环境带来危害。在河道中形成浅滩和深潭，把河岸线做成不规则的，即有宽有窄，使护岸有陡有缓，让河岸边的绿地、树林之间形成水面、绿地网络，增强岸边动植物栖息地的连续性。这样就可营造出丰富的生态环境条件，形成稳定、丰富的生态系统。一个健康的交错带能使物质通过其界面区的速度和形式保持适当，景观异质性和生态多样性高，为动物以及水生微生物提供了栖息、繁衍和避难的场所等；一个脆弱的水陆交错带不但不能使水陆生态系统保持稳定，而且会导致生态不断向恶性方向发展。

　　1.3 景观功能

　　生态护岸不仅可以与周围环境形成相协调的河道景观，而且可以通过保护和建立丰富的生态系统使河水清澈见底、鱼虾洄游、水草茂盛的自然生态景观。近些年来，国外大量采用生态护岸技术，改变过去那种“整齐划一的河道断面和笔直的河道走向”的静态美，通常是让河道在自然力的作用下形成浅滩、深潭，与宽宽窄窄、弯弯曲曲的水路自然衔接。陡峭、平缓的多种构造使多种材料的堤岸浑然一体，营造出丰富多样的空间，顺应现代人类回归自然的潮流，成为人们休闲、娱乐的场所，也较有助于城市形象的改变与提升，强化地区和城市的识别性。此外，因地制宜的设置一些亲水设施，可以让人与水的关系通过护岸这一载体的灵活变化而得到进一步的升华，促进人与自然的和谐发展。

　　1.4 自净功能

　　生态护岸可以增强水体的自净功能，改善河流水质。当污染物排入河流后，首先被细菌和真菌作为营养物而摄取，并将有机物分解为无机物，而细菌、真菌又被原生物吞食。其所产生的无机物如氮、磷等作为营养盐类又被水中的浮游动物、鱼、虾等所食，这种水体的自净作用，以食物链方式降低污染物浓度，生态护岸上种植在水中的柳树、芦苇等水生植物，能从水中吸取无机盐营养物，其庞大的根系还是大量微生物吸附的介质，有利于水质净化，可减少岸坡上的营养物质流入河流[3-4]。生态护岸营造出的浅滩、放置的石块、修建的丁坝、鱼道形成水的紊流，有利于氧气从空气中进入水中，增加水体的含氧量，有利于好氧生物、鱼类等水生生物的生长，促进水体净化，改善水质，使河水变得更清澈。

　　2 生态护岸的建设

　　生态型护岸作为永久河岸防护工程，在国外已有较广泛应用，然在在我国还处于探索阶段，是一种新型河道护岸方法。随着经济社会的发展，对护岸工程尤其是对沿江城市护岸的要求也是越来越高，正在逐步恢复河流自然生态系统，重建“自然型”河道，努力实现人与自然的和谐相处。目前，我国的护岸工程也已开始向生态型发展，植被护岸多和其他类型的护岸结合使用，在美化环境、改善水质等方面考虑，形成了各种不同的生态型护岸。

　　2.1 固化技术护岸

　　固化技术[5]主要是采用无机或有机固化剂、胶结材料和特殊的工艺手段把那些松散的土壤或其他固体物质凝结成具有整体强度的固体材料。其中，固化桩插桩(+植被)是将用建筑垃圾固化而成的固化桩垂直插入河岸常水位带或按一定角度插入河底，按一定的间距排成堤状形式，桩间距可根据土质情况进行适当的调整，同时在桩顶处种植植物，植物长成后的根系便会蔓延到河堤土壤中，植物根系将坡岸土壤颗粒联固在一起，避免土壤流失，同时吸收多余的土壤水分，促进土质河岸与河道水体之间的水分交流。建筑垃圾固化桩护岸技术较适用于各种水力条件复杂的河段，其护岸效果好、施工简单快速，并可实现废物利用，成本是传统混凝土护岸的三分之一左右。土壤整体固化(+植草)是利用固化剂将土壤与一定比例建筑垃圾细料的混合体进行固化，通过固化剂的水化作用引起的系列反应把松散的土壤颗粒凝结成具有整体强度的固化面，抵抗水力剪切作用，控制水土流失。该护岸技术主要解决土质河岸的坡面侵蚀问题，可当日配料当日施工，具有工期短、施工灵活、土壤稳定、效果好等优点。在土壤固化表面上可以撒播一些草种或铺设草皮，随着植物根系的不断生长，其逐渐向固化土中延伸，交错发达的根系与土壤的固结更加牢固。

　　2.2 扦插——抛石联合技术护岸

　　扦插——抛石联合措施[6]就是在抛石施工的基础上，截取植物的枝条随即扦插人抛石空隙之中的一种土壤生物工程方法。扦插一抛石联合措施是由扦插和抛石两部分构成的，在抛石护岸中铺放交错的平砌石块可以对下层土质、沙质等易侵蚀河岸起到一定的保护作用。因土堤自身要满足稳定的要求，岸坡就不宜过陡，坡度也应在1.5：l以下。在抛石与岸坡的土壤之间也应铺设一层碎石级配料加以隔离，在施工设计时还需要考虑抛石的大小和铺设的厚度等。当抛石设置完工后，便可进行植物枝条扦插施工，其所选枝条长度一般要超过抛石层的厚度。在坡面上枝条可以采取随机配置的方式，以“大头朝下，小头朝上”的方法插入抛石之间的缝隙中。枝条的设置应尽量垂直于坡面，枝条前端露出抛石表面3～5 cm即可，同时在施工前对露出的枝条部分进行削平、加水浸泡枝条、除柳桩旁侧的枝条、保证树皮的完整性及桩底削尖以便易于插人土层，以增加成活率。扦插——抛石联合措施可以防止水流对岸坡的腐蚀，大大加强了抛石坡面的稳定性，减少了水土流失；可降低河岸附近水流的流速；护岸植物可以有效防止太阳辐射，从而对水温起到一定的降温作用；通过植物的覆盖作用可以为河流生物提供良好的栖息环境；植物还可起到净化水质的作用。

　　2.3 直立式生态护岸

　　直立式生态护岸较适用于老城区的河道，我们知道在许多城市河道整治的过程中，面临着许多问题，比如河道狭窄、河道两岸建筑密集、拓宽河道有限，并涉及高额的拆迁费用；还有的河道位于历史古镇，为保护古镇原貌，需利用现有老墙等问题。根据城市河道生态护岸的设计与实践，下面的直立式生态护岸结构方案较适用于老城区河道护岸[7]：（1）绿化砼挡墙结构墙体是采用箱式绿化混凝土预制块叠砌而成的挡墙，箱式绿化混凝土预制块是由砼应力框、无砂混凝土、反滤隔层组成。墙后采用双向土工格栅加筋土回填，结构比较稳定和水位降落比较安全，对那些城区拓宽受到限制的河道起到了增加河道过水断面积，同时提高河道蓄洪除涝能力。另外，结构耐冲刷能力较强，透水性好，有利于植被生长和水体交换，耐腐蚀性强，能有效改善河道水质；结构施工相对方便，工程造价低。（2）浆砌石重力式老挡墙绿化改造护岸结构是将原挡墙视为基质层，采用绿化混凝土作为母质层，采用适当的园林技术培育植被层。这种结构对原墙壁不造成破坏，不影响耐久性，构建生态系统的基本功能，修复后的挡墙自然、美观，使老挡墙同时具备防洪安全功能和生态景观功能。（3）绿化砼贴面浆砌石重力式挡墙护岸结构对挡墙主体为浆砌石结构，在墙的迎水面设一定厚度的绿化砼贴面，贴面选用一定强度和抗压强度的无砂混凝土碎石或卵石，有效孔径满足植物根系生长和小型鱼类隐蔽和栖息，其具有很好的保土、附土、滞土能力，能适应植物生长。

　　2.4 自嵌式植生挡土墙护岸

　　自嵌式植生挡土墙[8-9]通常是由自嵌式植生挡土块、塑胶棒、滤水填料、加筋材料和土体组成。该技术主要是依靠自嵌式挡土块块体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用，此结构无需砂浆混凝土施工，依靠带有凸缘的块与块之间嵌锁作用和自身重量来防止滑动倾覆。自嵌式植生挡土块也可水平分层布置拉接网片构成加筋挡土墙，土体中的拉接网片使块体挡土墙与土体成为一个整体，从而加大了墙身宽度和重量。这样砌块和加筋土共同作用相当于重力式挡土墙抵抗土压力和顶部荷载等的破坏作用[10]。与其它挡土墙护岸技术相比自嵌式植生挡土墙有较大的革新：(1)相对柔性结构。它对挡土墙基础要求不是很高，可以承受一定的位移与沉降而不会产生明显的应力集中，在松软地基上应用该技术比较适用。(2)采用干垒成墙，允许水持续透过挡土墙，而这一透水作用有效降低了挡土结构后水压力作用。也是由于这个特性，在河、渠护岸中应用，可以促进挡墙外河水与挡墙内地下水交换，提高了河道、渠道的自净能力，也有利于各种水生物的生长，是保持生态环境的良好挡土墙结构。(3)砌块挡土结构可以在现场设计挡土墙位置、层位、高度与施工方法。可以改变砌块形状、大小并在可不用机械施工场地进行施工，而无浆砌的施工方法可以大幅度提高施工速度，缩短建设工期。

　　2.5 格宾柔性护岸

　　格宾网箱[11]是由格宾网面构成的长方体箱形构件，是由有一定间隔大小的隔板组成若干单元格，同时用钢丝对每个隔板的周边和面板的边端都进行加固。在护岸施工现场再向格宾网箱里面填充石料，根据不同护岸地区、不同工程等级和不同类别而所采用的填料也是不尽相同，常见的有碎石、片石、卵石、砂砾土石等。所填料的大小一般是格宾网孔大小的1.5倍或2倍选取，也可以用其他材料如砖块、废弃的混凝土等。格宾网箱具有极佳的稳定性和整体性，它是由热轧钢丝拉伸后形成的网线，经热镀锌或复合防锈处理，再经聚氯乙稀覆塑处理后织成，因此具有非常高的强度和耐腐蚀性，在自然环境中一般可正常使用100年而不改变性状。同时，格宾网箱护岸结构能与当地的自然环境很好地融合，填料之间的空隙为水气、养分提供了良好的通道，为水生生物提供了生长空间。这种结构抗冲刷能力非常强，并且具有很高的抗洪强度，适用于水量较大且流速较快的河道，而且造价低廉。

　　3 生态护岸的发展趋势

　　我国河流生态护岸的研究是从“水利工程”逐渐发展到“生态水利学”、“生态水工学”等概念，同时也有从“环境整治”、“景观设计”等角度来研究河道滨水护岸的生态化建设[12]。护岸生态化建设逐渐在兴起，通过有选择性地将植被与工程材料相组合使用，从而充分发挥植被和工程材料的组合优势，是研究的热点。当前的研究现状有如下发展趋势：

　　(1)研究多集中在植被的选择与搭配、护岸材料的选择、结构形式的优化等方面，对机理的研究还不多。植被护坡、土工材料复合种植基护坡、植被型生态混凝土护坡等护岸形式都是从表观和现象来研究生态化护坡，而较少见到从物质流动、能量流动和食物链关系等角度来研究生态护岸。

　　(2)生态护岸，除了要重视植被在生态护岸中的作用外，还应重视植物、动物及其它微生物在生态护岸中的作用，而这种系统化的研究还不常见。生态护岸工程是一个“土壤生物工程”，是土壤保持技术、地表加固技术、以及生物技术和工程技术的综合体。目前护岸功能的研究主要是对护岸植物功能、廊道功能和缓冲带功能等的研究。因护岸是处于水陆交界地带，具有非常活跃的物质、能量和信息流动，具有与其它相邻生态系统更明显的生物多样性特征，在以后的研究中应广泛深入开展综合功能研究。

　　(3)在生态护岸的设计施工过程中，比较依赖过往的经验，而缺乏定量性的分析与评价。我国的生态护岸是从“水利学”演变而来的，长期以来在设计和施工中多注重已有的工程实践和经验，缺乏相应的系统理论指导，同时也未能及时对已经取得的宝贵经验进行总结和理论化。随着人类活动施加于河道环境压力愈来愈强，在以后的河道护岸建设中更需要实现生态化护岸，所以定量化的分析和评价生态护岸是当前和今后一段时期的迫切需要。

　　(4)生态护岸综合了生态、经济、社会和景观等多种功能，是囊括了园林、生物、环境工程、土木工程等多学科的一门交叉学科。因护岸材料、结构形式有多种多样，以及受地域和气候的影响，情况也变得较为复杂，目前在理论上的研究滞后于在工程应用上的需要，还没有形成统一的规范。不同构成和形式的生态护岸在满足水利要求的同时，应当有统一的规范来给予指导。

　　4 结语

　　生态护岸是现阶段及将来护岸工作的发展趋势和新要求，同时也是预示着我们水利工程建设发展到“要还自然于河道”的一个重要历史阶段。在大力提倡崇尚自然、重塑生态河道的工程中，人与自然的和谐统一在越来越多的河岸护岸工程建设中被要求，做到既要满足行洪防洪的最基本需要，又要尽可能地从生态的、可持续发展的角度来处理河道护岸工作。同时，在生态护岸建设中要尽快地融入一些新材料、新技术和新的设计理念，要用生态的手段来解决生态的问题，在护岸的建设当中要切实落实和体现可持续性发展的生态理念。在推广生态护岸技术的过程中，使得河流重现清澈见底、鱼虾洄游、水草茂盛的自然生态之美，从真正意义上实现“人—经济—社会—环境”这一复合生态系统的和谐健康发展。

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