不同類型生態護坡的綜合評價
——以青島市大沽河為例

柳 超,賀 琳,楊大鵬,3,黃 迪

(1.青島理工大學環境與市政工程學院,山東 青島 266033; 2.青島市環境保護局黃島分局,山東 青島 266555;3.青島經濟技術開發區旅游開發有限公司,山東 青島 266555)

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不同類型生態護坡的綜合評價
——以青島市大沽河為例

柳 超1,賀 琳2,楊大鵬1,3,黃 迪1

(1.青島理工大學環境與市政工程學院,山東 青島 266033; 2.青島市環境保護局黃島分局,山東 青島 266555;3.青島經濟技術開發區旅游開發有限公司,山東 青島 266555)

以青島市大沽河為例,通過對13種不同類型的生態護坡進行研究,構建大沽河生態護坡綜合評價的指標體系;采用層次分析法,從植物組成與結構、群落效益和經濟指標3個方面出發,選取9個評價特性指標,判斷各種植物組成、群落效益和經濟效益對于大沽河生態護坡建設的效果和影響,確定主要影響因素。根據評價結果提出適合青島地區的生態護坡形式,旨在為青島地區的生態河道治理提供借鑒。

生態護坡;層次分析法;評價指標體系;綜合評價;大沽河

河流是水資源、水環境、水文化的重要載體,承擔著供水灌溉、行洪排澇、交通航運、水產養殖、美化環境以及維持生態平衡等諸多功能,在保障社會經濟發展、保護生態環境方面發揮著極其重要的作用[1]。隨著社會經濟發展和城市建設步伐的加快,城市河道建設不僅要使堤岸發揮水利工程的功效,而且要融入城市園林景觀、生態環保、建筑藝術等多種內容[2]。生態河道具有良好的整體景觀和濱水環境,是融合現代水利工程學、環境科學、生物科學、生態學、美學等學科為一體的生態工程,以保護和創造生物良好的生存環境和自然景觀為前提,具有一定強度、安全和耐久性的同時,充分考慮了生態效果,將受人類嚴重干擾和破壞的河道修復成為水體與土體、水體與生物相互涵養,適合生物生長的近自然狀態河道[3-5]。

與傳統的單純工程措施護坡相比,生態護坡由于植被的存在,恢復了護坡應具備的生態功能,具有了改善水質及水體自凈能力、調節水溫變化、維持水生生態系統平衡、保護河道生態多樣性、恢復護坡綠色景觀等優點。在河道生態建設研究中,學者們將生態護坡分為單純植物護坡技術和植物工程復合技術兩大類[6-7]。單純植物護坡技術主要利用植物的根、莖、枝葉,并按一定方式進行扦插種植,在植物群落生長和構建過程中不斷對邊坡進行加固和穩定,逐步實現河流邊坡的生態修復[8]。該技術主要用于河道堤岸相對較緩、穩定性較好、土層深厚且種植層與地下層連接的河道堤岸,是一種兼顧生態功能和景觀功能的堤岸防護技術。植物工程復合技術是一種生物技術與工程技術相結合的復合式生態護坡技術,強調活體植物與工程措施相結合,技術核心是植生基質材料,依靠錨桿、植生基質、復合材料網和植被的共同作用,達到對河道堤岸進行防護的目的[9]。該技術主要用于河道堤岸坡度較大、岸坡穩定性差、水流沖刷嚴重的河段。

表1 13種護坡的工程布置及主要技術參數

青島市的生態河道治理仍處于嘗試和探索階段。筆者以青島市大沽河河段13種類型的護坡作為研究對象,對不同生態護坡工程的優點及適用條件進行分析和評價,旨在探索適合大沽河乃至青島地區河道的生態護坡形式。

1 研究區概況

1.1 大沽河基本概況

大沽河自山東省招遠市由北曲折南流,流經青島市的萊西、平度、即墨、膠州和城陽等市(區),干流全長179.9 km,其中青島境內干流長140余km,轄區內流域面積4 781 km2,是青島市一條主要防洪排澇河道。大沽河流域北部為山區和淺山丘陵區,南部為山麓平原和平原洼地,地勢北高南低,地形坡度由北向南逐漸變緩。

1.2 研究對象

本次研究的對象為位于大沽河下游右岸的13種護坡類型的示范段,每段長度在300～500 m之間。護坡類型主要分為:木樁拋石護坡、麻椰固土毯護坡、生物抗沖毯護坡、生態袋護坡、綠格魔術袋護坡、連鎖式砌塊斜坡護坡、格賓石籠斜坡護坡、現澆綠化混凝土框格護坡預、制六角塊式綠化混凝土護坡、抗沖生物毯+生態混凝土砌塊護坡、抗沖生物毯+自嵌式砌塊擋墻護坡、無銹熔接網格賓石籠擋墻護坡、格賓石籠擋墻護坡等共13種。13種護坡的工程布置及主要技術參數見表1。

上述13種護坡的基礎除木樁拋石護坡采用拋填亂石基礎外,其他全部采用格賓石籠基礎形式。植物物種盡量用相同或相似的草種搭配配比和草籽用量,草籽播撒密度均為25～30 g/m2,主要選用的植物為高羊茅、黑麥草、早熟禾以及白羊草等。

表2 13種護岸形式的各項觀測結果平均值

本次研究對上述13種類型護坡的土層厚度、土層成分、植物搭配種類、生長密度、高度等進行觀察和記錄,對新生根系的深度采取現場開挖的方法進行測量;選取固定樣帶,即在不同類型的護岸形式設置寬度均為1m的固定樣帶,調查記錄固定樣帶內植物群落結構、物種多樣性、植物保存狀況、河岸生境等生態穩定性指標,記錄植物的種類、密度、蓋度、高度、根系分布等,同時記錄動物的種類。

由于各種護坡形式施工、播種等時間不盡相同,為盡可能客觀地反映不同護岸形式的效果,選擇播種越冬后第二年(2014年)和第三年(2015年)植物長成的情況進行綜合統計分析。在植被生長季節平均每個月進入現場觀測1次并進行記錄。根據每次現場觀察記錄,綜合觀測結果,13種護岸形式的各項觀測成果平均值見表2。

2 生態護坡綜合指標評價

河道生態護坡指標評價體系是一項復雜的系統工程,各因素的影響程度也不盡相同。本次研究利用系統科學的結構功能理論構建大沽河生態護坡評價的指標體系,以科學評價各種生態護坡的實際效果和影響為主要目標,采用層次分析法(AHP法)判斷各種植物組成、群落效益和經濟效益對于大沽河生態護坡建設的效果和影響[10]。

2.1 指標體系的構建

本次評價在系統分析并整合國內外相關研究成果的基礎上,選擇層次分析法構建評價指標體系。目標層為生態護坡綜合評價指標體系,準則層包括:植物組成和結構(a)、群落效益(b)和經濟效益(c)3個指標,方案層包括:根系平均深度(a1)、植被蓋度(a2)、生物多樣性(a3)、植物保存率(a4)、表層土壤含水率(b1)、景觀優美度(b2)、單位面積造價(c1)、抗沖刷流速(c2)和損壞程度(c3)9個指標。具體見圖1。

圖1 生態護坡綜合評價指標體系

2.2 指標的無量綱化

指標的無量綱化是指通過數學變換來消除指標量綱影響,最常用的是直線型方法。直線型方法將指標實際值轉化為不受量綱影響的指標評價值,假定二者呈線性關系,指標實際值的變化引起指標評價值一個相應的比例變化。大沽河生態護坡綜合評價指標體系中各指標無量綱化計算依據見表3。

另外,景觀優美度(b2)通過專家評分法進行量化。分值范圍0～100分,景觀非常優美為90～100分,景觀優美為80～90分,景觀效果一般為60～80分,景觀差為40～60分,景觀很差為0～40分。

2.3 判斷矩陣的構建

矩陣用以表示同一層次各個指標的相對重要性。在建立層次結構模型后,按照專家咨詢和經驗對各層次中的準則、指標及底層的各個方面兩兩比較其重要性,構建判斷矩陣,導出權重[11]。根據人們判斷的心理習慣提出“人區分信息等級的極限能力為7±2”模式，AHP方法在構建判斷矩陣時,采用了1～9比例標度,即將兩個對象區分為“同樣重要”、“稍微重要”、“重要”、“重要得多”和“絕對重要”等幾個等級;在相鄰兩級中再插入1級,共 9 級,構成一個判斷矩陣。兩兩比較的等級劃分及其標度見表4。

表3 生態護坡綜合評價指標、量化方法和評價標準

表4 兩兩比較的等級劃分及其標度

根據以上理論構造大沽河生態護坡工程綜合評價判斷矩陣。大沽河生態護坡綜合評價指標體系總排序見下表5。

表5 評價指標層次總排序

3 生態護坡綜合評價方法

通過評價綜合指數大小來反映各種生態護坡形式的優良,評價綜合指數計算公式[12]為

N=∑WiIi

(1)

式中:N為評價綜合指數;Wi為指標的權重;Ii為指標的分值。

評價綜合指數N以百分制計分評價:N<60為較差;60≤N<80為一般;80≤N<90為良好;N≥90為優秀。

對13種護坡形式的觀察與記錄數據,結合無量綱化打分原則,13種護坡形式的方案層指標的統計得分見表6。

根據表2的指標權重及表3中各種護坡形式的指標得分,通過加權平均計算得到的大沽河各種生態護坡評價綜合指數,見表7。

4 結 論

a. 從植物組成和結構、群落效益和經濟效益3個方面出發,構建生態護坡形式的綜合評價指標體系,建立綜合評價模型。該評價模型優先考慮生態景觀效果,其次考慮經濟投入,充分體現了生態治河的理念,符合倡導生態文明的河道建設方向,基本適用于青島市生態河道的評價。

b. 經過評價,效果較好的生態護坡形式為生態袋護坡、格賓石籠斜坡護坡和綠格魔術袋護坡。這3種斜坡式護坡的植被生長均勻,景觀效果優美,具有較高的力學效應和水文效應,具有良好的生態景觀效果。生態袋護坡和格賓石籠斜坡護坡形式單位面積造價適中,在青島地區具有較好的推廣前景。

c. 由于生態混凝土砌塊、自嵌式砌塊擋墻、無銹熔接網格賓石籠擋墻和普通格賓石籠擋墻等直立式擋墻護坡形式,受到結構條件的影響,無法種植綠色植物,導致綜合評價得分普遍偏低,但是其抗沖刷性能力普遍高于柔性支撐的斜坡式護坡,因此在對水流條件要求較高的險工段仍是首選的護坡形式。

表6 各種護坡形式指標得分

表7 大沽河生態護坡評價綜合指數

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Comprehensive evaluation of different types of ecological revetments: a case study of Dagu River in Qingdao City

LIU Chao1, HE Lin2, YANG Dapeng1, 3, HUANG Di1

(1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033,China; 2.HuangdaoBranchofQingdaoEnvironmentalProtectionBureau,Qingdao266555,China; 3.QingdaoEconomicandTechnologicalDevelopmentZoneTourismDevelopmentCo.,Ltd.,Qingdao266555,China)

Using the Dagu River in Qingdao City as an example, we constructed a comprehensive evaluation index system of ecological revetment using 13 different types of ecological revetments. From the perspectives of plant composition and structure, community benefits, and economic indicators, we selected nine evaluation indices to investigate the effects of different plant compositions, community benefits, and economic benefits on the construction of ecological revetment of the Dagu River and to determine the main factors through the analytic hierarchy process (AHP). According to the evaluation results, we put forward ecological revetment patterns that are suitable for Qingdao City, providing references for ecological restoration of river courses in Qingdao City.

ecological revetment; analytic hierarchy process; evaluation index system; comprehensive evaluation; Dagu River

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.01.017

柳超(1979—),女,講師,博士研究生,主要從事城市水系統優化理論與技術研究工作。E-mail:liuchao.hy@163.com

X52

A

1004-6933(2017)01-0090-05

2016-08-28 編輯：彭桃英)