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生態護岸研究與工程應用趨勢

[日期：2010-09-06] 來源：資源網作者：唐國滔發表評論(0)打印

　　生態護岸是現代河道治理的發展趨勢，是融現代水利工程學、生物科學、環境學、美學等學科于一體的水運工程，主要是利用植物或者植物與土木工程相結合的一種新型護岸形式，十分有助于河流水質的改善。以往人們往往在河道護岸過程中只考慮護岸工程的安全性及耐久性，故多采用干砌石、漿砌石、混凝土、預制塊等材料修筑硬質護岸，隔斷了水生生態系統和陸地生態系統之間的聯系，導致河流失去原本完整的結構和作為生態廊道的功能，進而影響到整個生態系統的穩定，不利于生態環境的保護和水土保持[1]。在外觀上較為單調生硬，多數情況下與周邊的景觀不協調，與目前注重保護生態環境的發展趨勢相違背。因此，做好河道的生態護岸工作為實現碧水藍天、綠樹夾岸、魚蝦洄游的河道生態景觀具有十分重要的意義。

　　1 生態護岸的功能

　　所謂生態護岸是指恢復后的自然河岸或具有自然河岸“可滲透性”的人工護岸，其自然河床與河岸基底具有一定的滲透性，在河岸與河流水體之間，水分交換和調節功能可以等到充分保證，同時其具有較好的抗洪強度和豐富的河流地貌。隨著經濟社會的發展，河道的護岸也從最初的規范水流向這一單一功能，又增加了防洪功能以及提供給人類休閑、觀賞和親近水體等功能，成為我們生活當中多功能的綜合服務設施。

　　1.1 防洪功能

　　生態護岸作為一種新型的護岸型式，本身就具備抵御洪水的能力。生態護岸的植被可以調節地表和地下水文狀況，使水循環途徑發生一定的變化。生態護岸采用自然材料，形成一種“可滲透性”的界面。當洪水來臨時，洪水通過坡面植被大量向堤中滲透儲存，緩解洪峰，起到徑流延滯作用；當枯水季節到來時，儲存在大堤中的水反滲入河，起著滯洪補枯、調節水位的作用。生態護岸中大量根系發達的固土植物，水土保持效果很好，堤岸的抗沖性能大大加強。另外，生態護岸上的大量植被也有涵養水分的作用。

　　1.2 生態功能

　　生態護岸把濱水區植被與堤內植被連成一體，構成一個完整的河流生態系統，是水陸之間的過渡區域。生態護岸的坡面植被可以帶來流速的變化，為魚類及兩棲動物提供覓食、棲息場所，對保持生物多樣性起到一定的作用，植被覆蓋充分的護岸是河岸帶生物多樣性的保障[2]。另外，生態護岸主要是采用天然材料，從而可避免建筑材料中所含的大量化學添加劑對水環境帶來危害。在河道中形成淺灘和深潭，把河岸線做成不規則的，即有寬有窄，使護岸有陡有緩，讓河岸邊的綠地、樹林之間形成水面、綠地網絡，增強岸邊動植物棲息地的連續性。這樣就可營造出豐富的生態環境條件，形成穩定、豐富的生態系統。一個健康的交錯帶能使物質通過其界面區的速度和形式保持適當，景觀異質性和生態多樣性高，為動物以及水生微生物提供了棲息、繁衍和避難的場所等；一個脆弱的水陸交錯帶不但不能使水陸生態系統保持穩定，而且會導致生態不斷向惡性方向發展。

　　1.3 景觀功能

　　生態護岸不僅可以與周圍環境形成相協調的河道景觀，而且可以通過保護和建立豐富的生態系統使河水清澈見底、魚蝦洄游、水草茂盛的自然生態景觀。近些年來，國外大量采用生態護岸技術，改變過去那種“整齊劃一的河道斷面和筆直的河道走向”的靜態美，通常是讓河道在自然力的作用下形成淺灘、深潭，與寬寬窄窄、彎彎曲曲的水路自然銜接。陡峭、平緩的多種構造使多種材料的堤岸渾然一體，營造出豐富多樣的空間，順應現代人類回歸自然的潮流，成為人們休閑、娛樂的場所，也較有助于城市形象的改變與提升，強化地區和城市的識別性。此外，因地制宜的設置一些親水設施，可以讓人與水的關系通過護岸這一載體的靈活變化而得到進一步的升華，促進人與自然的和諧發展。

　　1.4 自凈功能

　　生態護岸可以增強水體的自凈功能，改善河流水質。當污染物排入河流后，首先被細菌和真菌作為營養物而攝取，并將有機物分解為無機物，而細菌、真菌又被原生物吞食。其所產生的無機物如氮、磷等作為營養鹽類又被水中的浮游動物、魚、蝦等所食，這種水體的自凈作用，以食物鏈方式降低污染物濃度，生態護岸上種植在水中的柳樹、蘆葦等水生植物，能從水中吸取無機鹽營養物，其龐大的根系還是大量微生物吸附的介質，有利于水質凈化，可減少岸坡上的營養物質流入河流[3-4]。生態護岸營造出的淺灘、放置的石塊、修建的丁壩、魚道形成水的紊流，有利于氧氣從空氣中進入水中，增加水體的含氧量，有利于好氧生物、魚類等水生生物的生長，促進水體凈化，改善水質，使河水變得更清澈。

　　2 生態護岸的建設

　　生態型護岸作為永久河岸防護工程，在國外已有較廣泛應用，然在在我國還處于探索階段，是一種新型河道護岸方法。隨著經濟社會的發展，對護岸工程尤其是對沿江城市護岸的要求也是越來越高，正在逐步恢復河流自然生態系統，重建“自然型”河道，努力實現人與自然的和諧相處。目前，我國的護岸工程也已開始向生態型發展，植被護岸多和其他類型的護岸結合使用，在美化環境、改善水質等方面考慮，形成了各種不同的生態型護岸。

　　2.1 固化技術護岸

　　固化技術[5]主要是采用無機或有機固化劑、膠結材料和特殊的工藝手段把那些松散的土壤或其他固體物質凝結成具有整體強度的固體材料。其中，固化樁插樁(+植被)是將用建筑垃圾固化而成的固化樁垂直插入河岸常水位帶或按一定角度插入河底，按一定的間距排成堤狀形式，樁間距可根據土質情況進行適當的調整，同時在樁頂處種植植物，植物長成后的根系便會蔓延到河堤土壤中，植物根系將坡岸土壤顆粒聯固在一起，避免土壤流失，同時吸收多余的土壤水分，促進土質河岸與河道水體之間的水分交流。建筑垃圾固化樁護岸技術較適用于各種水力條件復雜的河段，其護岸效果好、施工簡單快速，并可實現廢物利用，成本是傳統混凝土護岸的三分之一左右。土壤整體固化(+植草)是利用固化劑將土壤與一定比例建筑垃圾細料的混合體進行固化，通過固化劑的水化作用引起的系列反應把松散的土壤顆粒凝結成具有整體強度的固化面，抵抗水力剪切作用，控制水土流失。該護岸技術主要解決土質河岸的坡面侵蝕問題，可當日配料當日施工，具有工期短、施工靈活、土壤穩定、效果好等優點。在土壤固化表面上可以撒播一些草種或鋪設草皮，隨著植物根系的不斷生長，其逐漸向固化土中延伸，交錯發達的根系與土壤的固結更加牢固。

　　2.2 扦插——拋石聯合技術護岸

　　扦插——拋石聯合措施[6]就是在拋石施工的基礎上，截取植物的枝條隨即扦插人拋石空隙之中的一種土壤生物工程方法。扦插一拋石聯合措施是由扦插和拋石兩部分構成的，在拋石護岸中鋪放交錯的平砌石塊可以對下層土質、沙質等易侵蝕河岸起到一定的保護作用。因土堤自身要滿足穩定的要求，岸坡就不宜過陡，坡度也應在1.5：l以下。在拋石與岸坡的土壤之間也應鋪設一層碎石級配料加以隔離，在施工設計時還需要考慮拋石的大小和鋪設的厚度等。當拋石設置完工后，便可進行植物枝條扦插施工，其所選枝條長度一般要超過拋石層的厚度。在坡面上枝條可以采取隨機配置的方式，以“大頭朝下，小頭朝上”的方法插入拋石之間的縫隙中。枝條的設置應盡量垂直于坡面，枝條前端露出拋石表面3～5 cm即可，同時在施工前對露出的枝條部分進行削平、加水浸泡枝條、除柳樁旁側的枝條、保證樹皮的完整性及樁底削尖以便易于插人土層，以增加成活率。扦插——拋石聯合措施可以防止水流對岸坡的腐蝕，大大加強了拋石坡面的穩定性，減少了水土流失；可降低河岸附近水流的流速；護岸植物可以有效防止太陽輻射，從而對水溫起到一定的降溫作用；通過植物的覆蓋作用可以為河流生物提供良好的棲息環境；植物還可起到凈化水質的作用。

　　2.3 直立式生態護岸

　　直立式生態護岸較適用于老城區的河道，我們知道在許多城市河道整治的過程中，面臨著許多問題，比如河道狹窄、河道兩岸建筑密集、拓寬河道有限，并涉及高額的拆遷費用；還有的河道位于歷史古鎮，為保護古鎮原貌，需利用現有老墻等問題。根據城市河道生態護岸的設計與實踐，下面的直立式生態護岸結構方案較適用于老城區河道護岸[7]：（1）綠化砼擋墻結構墻體是采用箱式綠化混凝土預制塊疊砌而成的擋墻，箱式綠化混凝土預制塊是由砼應力框、無砂混凝土、反濾隔層組成。墻后采用雙向土工格柵加筋土回填，結構比較穩定和水位降落比較安全，對那些城區拓寬受到限制的河道起到了增加河道過水斷面積，同時提高河道蓄洪除澇能力。另外，結構耐沖刷能力較強，透水性好，有利于植被生長和水體交換，耐腐蝕性強，能有效改善河道水質；結構施工相對方便，工程造價低。（2）漿砌石重力式老擋墻綠化改造護岸結構是將原擋墻視為基質層，采用綠化混凝土作為母質層，采用適當的園林技術培育植被層。這種結構對原墻壁不造成破壞，不影響耐久性，構建生態系統的基本功能，修復后的擋墻自然、美觀，使老擋墻同時具備防洪安全功能和生態景觀功能。（3）綠化砼貼面漿砌石重力式擋墻護岸結構對擋墻主體為漿砌石結構，在墻的迎水面設一定厚度的綠化砼貼面，貼面選用一定強度和抗壓強度的無砂混凝土碎石或卵石，有效孔徑滿足植物根系生長和小型魚類隱蔽和棲息，其具有很好的保土、附土、滯土能力，能適應植物生長。

　　2.4 自嵌式植生擋土墻護岸

　　自嵌式植生擋土墻[8-9]通常是由自嵌式植生擋土塊、塑膠棒、濾水填料、加筋材料和土體組成。該技術主要是依靠自嵌式擋土塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達到穩定的作用，此結構無需砂漿混凝土施工，依靠帶有凸緣的塊與塊之間嵌鎖作用和自身重量來防止滑動傾覆。自嵌式植生擋土塊也可水平分層布置拉接網片構成加筋擋土墻，土體中的拉接網片使塊體擋土墻與土體成為一個整體，從而加大了墻身寬度和重量。這樣砌塊和加筋土共同作用相當于重力式擋土墻抵抗土壓力和頂部荷載等的破壞作用[10]。與其它擋土墻護岸技術相比自嵌式植生擋土墻有較大的革新：(1)相對柔性結構。它對擋土墻基礎要求不是很高，可以承受一定的位移與沉降而不會產生明顯的應力集中，在松軟地基上應用該技術比較適用。(2)采用干壘成墻，允許水持續透過擋土墻，而這一透水作用有效降低了擋土結構后水壓力作用。也是由于這個特性，在河、渠護岸中應用，可以促進擋墻外河水與擋墻內地下水交換，提高了河道、渠道的自凈能力，也有利于各種水生物的生長，是保持生態環境的良好擋土墻結構。(3)砌塊擋土結構可以在現場設計擋土墻位置、層位、高度與施工方法。可以改變砌塊形狀、大小并在可不用機械施工場地進行施工，而無漿砌的施工方法可以大幅度提高施工速度，縮短建設工期。

　　2.5 格賓柔性護岸

　　格賓網箱[11]是由格賓網面構成的長方體箱形構件，是由有一定間隔大小的隔板組成若干單元格，同時用鋼絲對每個隔板的周邊和面板的邊端都進行加固。在護岸施工現場再向格賓網箱里面填充石料，根據不同護岸地區、不同工程等級和不同類別而所采用的填料也是不盡相同，常見的有碎石、片石、卵石、砂礫土石等。所填料的大小一般是格賓網孔大小的1.5倍或2倍選取，也可以用其他材料如磚塊、廢棄的混凝土等。格賓網箱具有極佳的穩定性和整體性，它是由熱軋鋼絲拉伸后形成的網線，經熱鍍鋅或復合防銹處理，再經聚氯乙稀覆塑處理后織成，因此具有非常高的強度和耐腐蝕性，在自然環境中一般可正常使用100年而不改變性狀。同時，格賓網箱護岸結構能與當地的自然環境很好地融合，填料之間的空隙為水氣、養分提供了良好的通道，為水生生物提供了生長空間。這種結構抗沖刷能力非常強，并且具有很高的抗洪強度，適用于水量較大且流速較快的河道，而且造價低廉。

　　3 生態護岸的發展趨勢

　　我國河流生態護岸的研究是從“水利工程”逐漸發展到“生態水利學”、“生態水工學”等概念，同時也有從“環境整治”、“景觀設計”等角度來研究河道濱水護岸的生態化建設[12]。護岸生態化建設逐漸在興起，通過有選擇性地將植被與工程材料相組合使用，從而充分發揮植被和工程材料的組合優勢，是研究的熱點。當前的研究現狀有如下發展趨勢：

　　(1)研究多集中在植被的選擇與搭配、護岸材料的選擇、結構形式的優化等方面，對機理的研究還不多。植被護坡、土工材料復合種植基護坡、植被型生態混凝土護坡等護岸形式都是從表觀和現象來研究生態化護坡，而較少見到從物質流動、能量流動和食物鏈關系等角度來研究生態護岸。

　　(2)生態護岸，除了要重視植被在生態護岸中的作用外，還應重視植物、動物及其它微生物在生態護岸中的作用，而這種系統化的研究還不常見。生態護岸工程是一個“土壤生物工程”，是土壤保持技術、地表加固技術、以及生物技術和工程技術的綜合體。目前護岸功能的研究主要是對護岸植物功能、廊道功能和緩沖帶功能等的研究。因護岸是處于水陸交界地帶，具有非常活躍的物質、能量和信息流動，具有與其它相鄰生態系統更明顯的生物多樣性特征，在以后的研究中應廣泛深入開展綜合功能研究。

　　(3)在生態護岸的設計施工過程中，比較依賴過往的經驗，而缺乏定量性的分析與評價。我國的生態護岸是從“水利學”演變而來的，長期以來在設計和施工中多注重已有的工程實踐和經驗，缺乏相應的系統理論指導，同時也未能及時對已經取得的寶貴經驗進行總結和理論化。隨著人類活動施加于河道環境壓力愈來愈強，在以后的河道護岸建設中更需要實現生態化護岸，所以定量化的分析和評價生態護岸是當前和今后一段時期的迫切需要。

　　(4)生態護岸綜合了生態、經濟、社會和景觀等多種功能，是囊括了園林、生物、環境工程、土木工程等多學科的一門交叉學科。因護岸材料、結構形式有多種多樣，以及受地域和氣候的影響，情況也變得較為復雜，目前在理論上的研究滯后于在工程應用上的需要，還沒有形成統一的規范。不同構成和形式的生態護岸在滿足水利要求的同時，應當有統一的規范來給予指導。

　　4 結語

　　生態護岸是現階段及將來護岸工作的發展趨勢和新要求，同時也是預示著我們水利工程建設發展到“要還自然于河道”的一個重要歷史階段。在大力提倡崇尚自然、重塑生態河道的工程中，人與自然的和諧統一在越來越多的河岸護岸工程建設中被要求，做到既要滿足行洪防洪的最基本需要，又要盡可能地從生態的、可持續發展的角度來處理河道護岸工作。同時，在生態護岸建設中要盡快地融入一些新材料、新技術和新的設計理念，要用生態的手段來解決生態的問題，在護岸的建設當中要切實落實和體現可持續性發展的生態理念。在推廣生態護岸技術的過程中，使得河流重現清澈見底、魚蝦洄游、水草茂盛的自然生態之美，從真正意義上實現“人—經濟—社會—環境”這一復合生態系統的和諧健康發展。

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