生態(tài)護(hù)岸研究與工程應(yīng)用趨勢

　　生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)代河道治理的發(fā)展趨勢，是融現(xiàn)代水利工程學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境學(xué)、美學(xué)等學(xué)科于一體的水運(yùn)工程，主要是利用植物或者植物與土木工程相結(jié)合的一種新型護(hù)岸形式，十分有助于河流水質(zhì)的改善。以往人們往往在河道護(hù)岸過程中只考慮護(hù)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(yù)制塊等材料修筑硬質(zhì)護(hù)岸，隔斷了水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，導(dǎo)致河流失去原本完整的結(jié)構(gòu)和作為生態(tài)廊道的功能，進(jìn)而影響到整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水土保持[1]。在外觀上較為單調(diào)生硬，多數(shù)情況下與周邊的景觀不協(xié)調(diào)，與目前注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展趨勢相違背。因此，做好河道的生態(tài)護(hù)岸工作為實現(xiàn)碧水藍(lán)天、綠樹夾岸、魚蝦洄游的河道生態(tài)景觀具有十分重要的意義。

　　1 生態(tài)護(hù)岸的功能

　　所謂生態(tài)護(hù)岸是指恢復(fù)后的自然河岸或具有自然河岸“可滲透性”的人工護(hù)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(diào)節(jié)功能可以等到充分保證，同時其具有較好的抗洪強(qiáng)度和豐富的河流地貌。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，河道的護(hù)岸也從最初的規(guī)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(dāng)中多功能的綜合服務(wù)設(shè)施。

　　1.1 防洪功能

　　生態(tài)護(hù)岸作為一種新型的護(hù)岸型式，本身就具備抵御洪水的能力。生態(tài)護(hù)岸的植被可以調(diào)節(jié)地表和地下水文狀況，使水循環(huán)途徑發(fā)生一定的變化。生態(tài)護(hù)岸采用自然材料，形成一種“可滲透性”的界面。當(dāng)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(dāng)枯水季節(jié)到來時，儲存在大堤中的水反滲入河，起著滯洪補(bǔ)枯、調(diào)節(jié)水位的作用。生態(tài)護(hù)岸中大量根系發(fā)達(dá)的固土植物，水土保持效果很好，堤岸的抗沖性能大大加強(qiáng)。另外，生態(tài)護(hù)岸上的大量植被也有涵養(yǎng)水分的作用。

　　1.2 生態(tài)功能

　　生態(tài)護(hù)岸把濱水區(qū)植被與堤內(nèi)植被連成一體，構(gòu)成一個完整的河流生態(tài)系統(tǒng)，是水陸之間的過渡區(qū)域。生態(tài)護(hù)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(hù)岸是河岸帶生物多樣性的保障[2]。另外，生態(tài)護(hù)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(xué)添加劑對水環(huán)境帶來危害。在河道中形成淺灘和深潭，把河岸線做成不規(guī)則的，即有寬有窄，使護(hù)岸有陡有緩，讓河岸邊的綠地、樹林之間形成水面、綠地網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)岸邊動植物棲息地的連續(xù)性。這樣就可營造出豐富的生態(tài)環(huán)境條件，形成穩(wěn)定、豐富的生態(tài)系統(tǒng)。一個健康的交錯帶能使物質(zhì)通過其界面區(qū)的速度和形式保持適當(dāng)，景觀異質(zhì)性和生態(tài)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(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，而且會導(dǎo)致生態(tài)不斷向惡性方向發(fā)展。

　　1.3 景觀功能

　　生態(tài)護(hù)岸不僅可以與周圍環(huán)境形成相協(xié)調(diào)的河道景觀，而且可以通過保護(hù)和建立豐富的生態(tài)系統(tǒng)使河水清澈見底、魚蝦洄游、水草茂盛的自然生態(tài)景觀。近些年來，國外大量采用生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，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(tài)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(gòu)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(yīng)現(xiàn)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(qiáng)化地區(qū)和城市的識別性。此外，因地制宜的設(shè)置一些親水設(shè)施，可以讓人與水的關(guān)系通過護(hù)岸這一載體的靈活變化而得到進(jìn)一步的升華，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。

　　1.4 自凈功能

　　生態(tài)護(hù)岸可以增強(qiáng)水體的自凈功能，改善河流水質(zhì)。當(dāng)污染物排入河流后，首先被細(xì)菌和真菌作為營養(yǎng)物而攝取，并將有機(jī)物分解為無機(jī)物，而細(xì)菌、真菌又被原生物吞食。其所產(chǎn)生的無機(jī)物如氮、磷等作為營養(yǎng)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(tài)護(hù)岸上種植在水中的柳樹、蘆葦?shù)人参?，能從水中吸取無機(jī)鹽營養(yǎng)物，其龐大的根系還是大量微生物吸附的介質(zhì)，有利于水質(zhì)凈化，可減少岸坡上的營養(yǎng)物質(zhì)流入河流[3-4]。生態(tài)護(hù)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(jìn)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(jìn)水體凈化，改善水質(zhì)，使河水變得更清澈。

　　2 生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)

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

　　2.1 固化技術(shù)護(hù)岸

　　固化技術(shù)[5]主要是采用無機(jī)或有機(jī)固化劑、膠結(jié)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(zhì)凝結(jié)成具有整體強(qiáng)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(jù)土質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(lián)固在一起，避免土壤流失，同時吸收多余的土壤水分，促進(jìn)土質(zhì)河岸與河道水體之間的水分交流。建筑垃圾固化樁護(hù)岸技術(shù)較適用于各種水力條件復(fù)雜的河段，其護(hù)岸效果好、施工簡單快速，并可實現(xiàn)廢物利用，成本是傳統(tǒng)混凝土護(hù)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(xì)料的混合體進(jìn)行固化，通過固化劑的水化作用引起的系列反應(yīng)把松散的土壤顆粒凝結(jié)成具有整體強(qiáng)度的固化面，抵抗水力剪切作用，控制水土流失。該護(hù)岸技術(shù)主要解決土質(zhì)河岸的坡面侵蝕問題，可當(dāng)日配料當(dāng)日施工，具有工期短、施工靈活、土壤穩(wěn)定、效果好等優(yōu)點。在土壤固化表面上可以撒播一些草種或鋪設(shè)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(fā)達(dá)的根系與土壤的固結(jié)更加牢固。

　　2.2 扦插??拋石聯(lián)合技術(shù)護(hù)岸

　　扦插??拋石聯(lián)合措施[6]就是在拋石施工的基礎(chǔ)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(lián)合措施是由扦插和拋石兩部分構(gòu)成的，在拋石護(hù)岸中鋪放交錯的平砌石塊可以對下層土質(zhì)、沙質(zhì)等易侵蝕河岸起到一定的保護(hù)作用。因土堤自身要滿足穩(wěn)定的要求，岸坡就不宜過陡，坡度也應(yīng)在1.5：l以下。在拋石與岸坡的土壤之間也應(yīng)鋪設(shè)一層碎石級配料加以隔離，在施工設(shè)計時還需要考慮拋石的大小和鋪設(shè)的厚度等。當(dāng)拋石設(shè)置完工后，便可進(jìn)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(jī)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(shè)置應(yīng)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(jìn)行削平、加水浸泡枝條、除柳樁旁側(cè)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(lián)合措施可以防止水流對岸坡的腐蝕，大大加強(qiáng)了拋石坡面的穩(wěn)定性，減少了水土流失；可降低河岸附近水流的流速；護(hù)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(huán)境；植物還可起到凈化水質(zhì)的作用。

　　2.3 直立式生態(tài)護(hù)岸

　　直立式生態(tài)護(hù)岸較適用于老城區(qū)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(fèi)用；還有的河道位于歷史古鎮(zhèn)，為保護(hù)古鎮(zhèn)原貌，需利用現(xiàn)有老墻等問題。根據(jù)城市河道生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計與實踐，下面的直立式生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)方案較適用于老城區(qū)河道護(hù)岸[7]：（1）綠化砼擋墻結(jié)構(gòu)墻體是采用箱式綠化混凝土預(yù)制塊疊砌而成的擋墻，箱式綠化混凝土預(yù)制塊是由砼應(yīng)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(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定和水位降落比較安全，對那些城區(qū)拓寬受到限制的河道起到了增加河道過水?dāng)嗝娣e，同時提高河道蓄洪除澇能力。另外，結(jié)構(gòu)耐沖刷能力較強(qiáng)，透水性好，有利于植被生長和水體交換，耐腐蝕性強(qiáng)，能有效改善河道水質(zhì)；結(jié)構(gòu)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(hù)岸結(jié)構(gòu)是將原擋墻視為基質(zhì)層，采用綠化混凝土作為母質(zhì)層，采用適當(dāng)?shù)膱@林技術(shù)培育植被層。這種結(jié)構(gòu)對原墻壁不造成破壞，不影響耐久性，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，修復(fù)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(tài)景觀功能。（3）綠化砼貼面漿砌石重力式擋墻護(hù)岸結(jié)構(gòu)對擋墻主體為漿砌石結(jié)構(gòu)，在墻的迎水面設(shè)一定厚度的綠化砼貼面，貼面選用一定強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)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(yīng)植物生長。

　　2.4 自嵌式植生擋土墻護(hù)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(shù)主要是依靠自嵌式擋土塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達(dá)到穩(wěn)定的作用，此結(jié)構(gòu)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(wǎng)片構(gòu)成加筋擋土墻，土體中的拉接網(wǎng)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(dāng)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(hù)岸技術(shù)相比自嵌式植生擋土墻有較大的革新：(1)相對柔性結(jié)構(gòu)。它對擋土墻基礎(chǔ)要求不是很高，可以承受一定的位移與沉降而不會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，在松軟地基上應(yīng)用該技術(shù)比較適用。(2)采用干壘成墻，允許水持續(xù)透過擋土墻，而這一透水作用有效降低了擋土結(jié)構(gòu)后水壓力作用。也是由于這個特性，在河、渠護(hù)岸中應(yīng)用，可以促進(jìn)擋墻外河水與擋墻內(nèi)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(tài)環(huán)境的良好擋土墻結(jié)構(gòu)。(3)砌塊擋土結(jié)構(gòu)可以在現(xiàn)場設(shè)計擋土墻位置、層位、高度與施工方法?？梢愿淖兤鰤K形狀、大小并在可不用機(jī)械施工場地進(jìn)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(shè)工期。

　　2.5 格賓柔性護(hù)岸

　　格賓網(wǎng)箱[11]是由格賓網(wǎng)面構(gòu)成的長方體箱形構(gòu)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(jìn)行加固。在護(hù)岸施工現(xiàn)場再向格賓網(wǎng)箱里面填充石料，根據(jù)不同護(hù)岸地區(qū)、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(wǎng)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(wǎng)箱具有極佳的穩(wěn)定性和整體性，它是由熱軋鋼絲拉伸后形成的網(wǎng)線，經(jīng)熱鍍鋅或復(fù)合防銹處理，再經(jīng)聚氯乙稀覆塑處理后織成，因此具有非常高的強(qiáng)度和耐腐蝕性，在自然環(huán)境中一般可正常使用100年而不改變性狀。同時，格賓網(wǎng)箱護(hù)岸結(jié)構(gòu)能與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境很好地融合，填料之間的空隙為水氣、養(yǎng)分提供了良好的通道，為水生生物提供了生長空間。這種結(jié)構(gòu)抗沖刷能力非常強(qiáng)，并且具有很高的抗洪強(qiáng)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(tài)護(hù)岸的發(fā)展趨勢

　　我國河流生態(tài)護(hù)岸的研究是從“水利工程”逐漸發(fā)展到“生態(tài)水利學(xué)”、“生態(tài)水工學(xué)”等概念，同時也有從“環(huán)境整治”、“景觀設(shè)計”等角度來研究河道濱水護(hù)岸的生態(tài)化建設(shè)[12]。護(hù)岸生態(tài)化建設(shè)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(fā)揮植被和工程材料的組合優(yōu)勢，是研究的熱點。當(dāng)前的研究現(xiàn)狀有如下發(fā)展趨勢：

　　(1)研究多集中在植被的選擇與搭配、護(hù)岸材料的選擇、結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化等方面，對機(jī)理的研究還不多。植被護(hù)坡、土工材料復(fù)合種植基護(hù)坡、植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡等護(hù)岸形式都是從表觀和現(xiàn)象來研究生態(tài)化護(hù)坡，而較少見到從物質(zhì)流動、能量流動和食物鏈關(guān)系等角度來研究生態(tài)護(hù)岸。

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

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

　　(4)生態(tài)護(hù)岸綜合了生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會和景觀等多種功能，是囊括了園林、生物、環(huán)境工程、土木工程等多學(xué)科的一門交叉學(xué)科。因護(hù)岸材料、結(jié)構(gòu)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(fù)雜，目前在理論上的研究滯后于在工程應(yīng)用上的需要，還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范。不同構(gòu)成和形式的生態(tài)護(hù)岸在滿足水利要求的同時，應(yīng)當(dāng)有統(tǒng)一的規(guī)范來給予指導(dǎo)。

　　4 結(jié)語

　　生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)階段及將來護(hù)岸工作的發(fā)展趨勢和新要求，同時也是預(yù)示著我們水利工程建設(shè)發(fā)展到“要還自然于河道”的一個重要?dú)v史階段。在大力提倡崇尚自然、重塑生態(tài)河道的工程中，人與自然的和諧統(tǒng)一在越來越多的河岸護(hù)岸工程建設(shè)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(tài)的、可持續(xù)發(fā)展的角度來處理河道護(hù)岸工作。同時，在生態(tài)護(hù)岸建設(shè)中要盡快地融入一些新材料、新技術(shù)和新的設(shè)計理念，要用生態(tài)的手段來解決生態(tài)的問題，在護(hù)岸的建設(shè)當(dāng)中要切實落實和體現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的生態(tài)理念。在推廣生態(tài)護(hù)岸技術(shù)的過程中，使得河流重現(xiàn)清澈見底、魚蝦洄游、水草茂盛的自然生態(tài)之美，從真正意義上實現(xiàn)“人?經(jīng)濟(jì)?社會?環(huán)境”這一復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的和諧健康發(fā)展。

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