河流生態(tài)型護(hù)岸工程的現(xiàn)狀研究

齊 鑫，趙斯野

(黑龍江省華睿國土資源勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150091)

由于河岸土層在受到雨水侵蝕、洪水浸泡與河水沖刷時(shí)會(huì)引起河岸的坍塌，造成土地的流失，保持一個(gè)穩(wěn)定的河流岸坡，可以有效地維持岸邊的土地資源，減少河流中的泥沙含量，保護(hù)河流水質(zhì)。因此，利用工程措施保護(hù)河道和其他水道的岸坡穩(wěn)定，可以追溯到早期的人類文明。生態(tài)水利的研究表明，一旦河岸坍塌，河岸帶的生態(tài)結(jié)構(gòu)將失衡，整個(gè)河岸帶的生態(tài)系統(tǒng)會(huì)遭遇毀滅性的破壞，穩(wěn)定和恢復(fù)岸坡是維持河流生態(tài)功能的必要條件。隨著社會(huì)是生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量和精神享受的期望越來越高，生態(tài)岸坡與河流岸邊景觀已成為岸邊居民休閑場(chǎng)所，對(duì)現(xiàn)代河流護(hù)岸技術(shù)提出了更高的要求，生態(tài)型護(hù)岸工程技術(shù)不僅可以保證河岸的穩(wěn)定，而且可以保護(hù)和恢復(fù)河流岸坡的生態(tài)環(huán)境，提高景觀質(zhì)量，增加河岸帶的休閑、旅游、娛樂功能和價(jià)值。

1 傳統(tǒng)河流護(hù)岸存在的問題

傳統(tǒng)的河道整治工程，主要注重岸坡的防洪、抗侵蝕的功能，采用拋石，砌石護(hù)坡等防護(hù)措施，伴隨著混凝土、土工膜等硬質(zhì)材料的應(yīng)用，混凝土護(hù)岸、漿砌石護(hù)岸多采用硬質(zhì)材料完全包裹岸坡，雖然滿足了工程安全上的要求，也損害了河流生態(tài)系統(tǒng)的健康。傳統(tǒng)硬質(zhì)材料護(hù)岸的主要問題是:

1.1 蜿蜒曲折的天然河道被裁彎取直，改造成人工河道，河道形態(tài)直線化

蜿蜒曲折的天然河岸是河流長期發(fā)展演化的結(jié)果，也是河水的動(dòng)力作用與河岸床刷之間動(dòng)態(tài)變化形成的平衡，彎曲河道的淺灘、深潭交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，是形成多樣性河流生境不可缺少的部分。采用混凝土或砌石的傳統(tǒng)護(hù)岸工程往往將河段裁彎取直，按照工程設(shè)計(jì)人員的理想線條塑造河道，一方面節(jié)省材料、降低費(fèi)用，同時(shí)施工方便。

1.2 河道橫斷面規(guī)則化，自然河道的復(fù)雜斷面改造成梯形、矩形既弧形等幾何斷面

天然的河道斷面也是根據(jù)水流的不斷變化，沿河流縱向不斷變化的，從而形成了各式各樣的斷面形式和千姿百態(tài)水流狀態(tài)，為不同類型的水生生物的生長提供了適應(yīng)的生存環(huán)境。硬質(zhì)護(hù)岸的河道斷面采用了規(guī)則的幾何斷面，兩岸對(duì)稱，河流斷面的形式單一化、水流狀態(tài)和生境條件被徹底地改變。

1.3 河床材料的硬質(zhì)化，河道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質(zhì)材料

泥沙質(zhì)河岸是天然河岸的主要組成物質(zhì)，天然河底也沉積著一定厚度的淤泥與沙礫。河岸的土壤、泥沙中有大量的動(dòng)物和微生物，河底的淤泥和沙礫是底棲生物的生存空間，這些動(dòng)物、微生物和底棲生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中具有凈化水質(zhì)、維護(hù)生態(tài)平衡的功能，一旦河岸與河底被硬質(zhì)化，會(huì)導(dǎo)致生物和底棲生物的消失和河流生態(tài)功能的退化。

1.4 復(fù)雜多變的河道景觀被混凝土、砌石等硬質(zhì)材料包裹，綠色植物無法生長，美麗的河道景觀被單一灰色的混凝土建筑物代替

自然河流兩岸生長發(fā)育著茂密的植物，橫向上根據(jù)植物對(duì)水分要求的不同，發(fā)育著挺水植物帶、濕水植物帶和過渡帶，組成完整的河岸緩沖帶;縱向上沿河流廊道，形成河流綠色廊道，也提供了綠色為主的河流景觀和生態(tài)廊道。河岸景觀被混凝土、砌石等硬質(zhì)材料包裹后，植物的根系很難穿過堅(jiān)硬的表面，不利于植物的生長和發(fā)育，不僅嚴(yán)重地破壞和干擾河岸植被帶的形成，而其將河岸綠色植被景觀變成了單一灰白色調(diào)的人工建筑物，與自然河流既不協(xié)調(diào)。

河流護(hù)岸景觀的變化必然引發(fā)一系列的生態(tài)影響包括:①傳統(tǒng)護(hù)岸導(dǎo)致河岸植被帶的破壞，生物物種減少，生物多樣性的下降;②混凝土和砌石材料切斷了河流與河岸帶橫向的生態(tài)聯(lián)系，河流與河岸的水力聯(lián)系、生物關(guān)系等被人為阻斷，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞，生態(tài)功能的下降。

2 河流生態(tài)型護(hù)岸研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代河流治理遵循人與自然和諧相處的理念，可持續(xù)發(fā)展的理念和保護(hù)河流特色的理念。在分析研究傳統(tǒng)護(hù)岸工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了各式各樣的生態(tài)型護(hù)岸工程。生態(tài)型河流護(hù)岸是指在確保一定防洪能力的前提下，強(qiáng)調(diào)河流生態(tài)系統(tǒng)和景觀的保護(hù)，重視護(hù)岸工程與河岸親水設(shè)施結(jié)合的護(hù)岸設(shè)計(jì)。

2.1 河岸生態(tài)型護(hù)岸的分類

傳統(tǒng)護(hù)岸工程最主要的問題是硬質(zhì)材料阻斷了河流與河岸的有機(jī)聯(lián)系，河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性被破壞，因此，生態(tài)型護(hù)岸最先是從護(hù)岸材料上進(jìn)行改進(jìn)，在護(hù)岸工程中采用不同類型的生態(tài)型護(hù)岸材料。

2.2 按照護(hù)岸材料分類

按照護(hù)岸材料，一般將生態(tài)護(hù)岸分為:生物護(hù)岸、生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)坡、土工織物護(hù)岸和植物材料護(hù)岸。

2.2.1 植被護(hù)岸

植被護(hù)岸主要依靠坡面植物的地上莖葉及地下根系的作用護(hù)坡、護(hù)岸，其作用可概括為根葉的水文效應(yīng)和根系的力學(xué)效應(yīng)兩方面。自然河流的岸坡穩(wěn)定主要靠河岸植物錯(cuò)綜復(fù)雜的根系固土、護(hù)岸，河岸邊的柳樹等樹木，在洪水襲來時(shí)會(huì)順勢(shì)倒下，對(duì)河道行洪不會(huì)造成較大的阻礙。護(hù)岸、護(hù)坡建設(shè)首先應(yīng)考慮植樹種草方案，只有在植樹種草方案不足以保護(hù)岸坡穩(wěn)定或其它景觀要求時(shí)，才考慮其它措施。

2.2.2 生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)坡

是指采用改造型的硬質(zhì)材料護(hù)岸、護(hù)坡，既具有傳統(tǒng)硬質(zhì)護(hù)岸的強(qiáng)度大、護(hù)岸、護(hù)坡性能好的優(yōu)點(diǎn)，又能維持河流生態(tài)系統(tǒng)橫向聯(lián)系、原有生境及自凈能力的新型硬質(zhì)護(hù)岸。目前，已經(jīng)研究開發(fā)出的常見生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)岸有:

1)混凝土框格預(yù)制件護(hù)岸:將傳統(tǒng)的混凝土板塊做成框格砌塊，并在框格砌塊上種草、植樹，是一種典型的生態(tài)型混凝土護(hù)岸、護(hù)坡。框格中既有利于植物的生長，也有利于橫向水體交流，保持河流與陸地和地下水之間的聯(lián)通。

2)生態(tài)型混凝土預(yù)制件護(hù)岸:用混凝土預(yù)制件構(gòu)成各種帶有孔狀的適應(yīng)動(dòng)植物生存的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，又稱為多孔質(zhì)護(hù)岸。由于是預(yù)制構(gòu)件，施工方便，既為動(dòng)植物生長提供了條件，又抗沖刷，是生態(tài)護(hù)岸中較有代表性的一類護(hù)岸形式。

3)生態(tài)混凝土護(hù)岸:生態(tài)型混凝土是日本在上世紀(jì)90年代提出的概念，是通過材料篩選，采用特殊工藝制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性、能夠適應(yīng)綠色植物生長、與自然相融合的具有環(huán)境保護(hù)作用的混凝土。主要由多孔混凝土、保水材料、難溶性肥料和表土組成。生態(tài)混凝土在日本已得到廣泛的應(yīng)用，近幾年，我國也開始進(jìn)行生態(tài)混凝土的研究。

4)石籠結(jié)構(gòu)護(hù)岸:是指用鐵絲、鍍鋅鐵絲、高強(qiáng)度聚合物土工格柵或竹木籠(箱)，籠(箱)內(nèi)裝填塊石，塊石粒徑大于石籠的網(wǎng)孔，制成圓柱體、長方體或箱型結(jié)構(gòu)，用于高流速、沖蝕嚴(yán)重、岸坡滲水多的緩坡護(hù)岸，形成具有設(shè)定能力并具高孔隙度、多流速變化帶的護(hù)岸工程。塊石間的空隙能為河流中的微生物、魚類及其它水生生物提供一個(gè)良好的生態(tài)環(huán)境，施工后短期內(nèi)效益不明顯，待泥沙淤積、茂密的水生植物在期間生長后，可能發(fā)揮作為魚類和水生生物生存場(chǎng)所的多重效果。

2.2.3 土工織物護(hù)岸

隨著高分子工業(yè)和科學(xué)的發(fā)展，與高分子化合物相關(guān)的土工織物越來越多地應(yīng)用于護(hù)岸工程，主要應(yīng)用的方式有土工織物扁袋、土工網(wǎng)墊和土工格室。

土工編織扁袋是把合成材料織物，在現(xiàn)場(chǎng)展平后，上面填土，把土工織物向坡內(nèi)反卷，包裹填土，形成土工織物扁袋，在岸坡上呈階梯狀排列，土體包括草種、碎石、腐殖質(zhì)等材料。上下扁袋層間放置活枝條，扁袋內(nèi)的種子生長發(fā)育后形成植被覆蓋，最終發(fā)育成自然型外觀，土體內(nèi)的根系可起到加固土體的作用。

土工網(wǎng)墊植被護(hù)坡利用土工網(wǎng)與植被措施相結(jié)合，在河道坡面構(gòu)建一個(gè)具備自修復(fù)能力的系統(tǒng)，可在保護(hù)岸坡抵御侵蝕的同時(shí)，改善棲息地環(huán)境。土工網(wǎng)墊為多層結(jié)構(gòu)，三維植被網(wǎng)的表面為蓬松的立體網(wǎng)包，網(wǎng)包內(nèi)可以充填土壤及沙粒，植物的根系可以從整個(gè)土工網(wǎng)中順利穿過，盤根錯(cuò)節(jié)的根系可以與土工網(wǎng)墊一起有效地增加的抗剪強(qiáng)度，提高岸坡穩(wěn)定性。

土工格室是由聚乙烯材料經(jīng)高強(qiáng)度焊接而成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)，土工格室可置于岸坡土體中，并在形成的格室里面放置腐殖土、本土植被物種、碎石等材料的混合物，同時(shí)還可扦插不同植物類型的活枝條。

2.2.4 植物材料護(hù)岸

是指利用植物材料作為護(hù)岸的主要材料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ぁ⑻幚恚梢杂米鞣奖愕牟牧显谧o(hù)岸中使用。主要有梢料排(層、捆)、天然材料織物、三維棕櫚纖維墊等。

2.3 按照護(hù)岸的目的和功能分類

一般將生態(tài)型護(hù)岸分為:親水護(hù)岸、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)護(hù)岸、景觀保護(hù)護(hù)岸和其它護(hù)岸4類:

1)親水護(hù)岸:充分考慮岸邊居民觀水、賞水、聽水的精神需求，減緩岸坡比降或?qū)⒑影缎藿ǔ膳_(tái)階，使兩岸居民更容易接近水邊并保證安全，增加河岸的可利用性。其中包括緩坡護(hù)岸、臺(tái)階式護(hù)岸、臺(tái)階與緩坡混合式護(hù)岸以及其它護(hù)岸。

2)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)護(hù)岸:主要是盡可能使用自然材料，構(gòu)建利于生物生存的河岸生境空間，保護(hù)和重建現(xiàn)有河岸植被，為生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)提供良好的基礎(chǔ)。其中包括魚類保護(hù)護(hù)岸、底棲動(dòng)物保護(hù)護(hù)岸以及其它護(hù)岸。

3)景觀保護(hù)護(hù)岸:突出河岸的景觀重建，利用護(hù)岸工程恢復(fù)和改善河岸景觀。其中包括綠化護(hù)岸、修景護(hù)岸和已建護(hù)岸的垂直綠化。

4)其它護(hù)岸。

生態(tài)型護(hù)岸在國內(nèi)外的河流治理中得到了廣泛的應(yīng)用，在河流生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)方面，顯示出明顯的作用。未來生態(tài)友好的河流治理工程中，對(duì)于流路短、沖刷不太嚴(yán)重的河流，護(hù)岸趨向于以自然的植被、原石、木材等材料來替代混凝土，盡量創(chuàng)造多自然型河道，以日本的“多自然型河流整治法”為代表;根據(jù)河岸的特點(diǎn)和生態(tài)系統(tǒng)特征以及生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)等因素，各種生態(tài)型護(hù)岸工程的綜合利用與靈活的組合，以便達(dá)到最佳的生態(tài)效果，也將是必然的趨勢(shì)。同時(shí)，對(duì)已建堤防或護(hù)岸工程進(jìn)行相應(yīng)的生態(tài)改造，借助于工程的改擴(kuò)建，適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用上述生態(tài)護(hù)岸工程技術(shù)，部分改造原有的護(hù)岸或堤防，對(duì)原有河段的生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)的重建也將會(huì)具有積極的作用。

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