基于岸灘穩定的北方河流沖擊段新型生態護岸結構研究

李宣睿,郭 莉，石海軍，唐 禾

(天津市濱海新區塘沽第一中學，天津 300450)

1 引言

傳統的護岸工程結構形式主要有直立式、斜坡式和直立與斜坡組合式，多采用水泥、砂漿、石料、混凝土和瀝青等材料，其在結構和工程材料上力求經濟、施工簡便，更偏重于防洪功能, 特別是由使用材料可見其忽視了河流的生態效應，使河流喪失了最基本的生態功能[1]。生態型護岸出現于20世紀 90年代初，在日本及一些歐洲國家得到廣泛應用[2]。國內近幾年也開始了這方面的嘗試[3～5]，但大都局限于直接引進國外已有的技術和施工經驗，且目前的項目多關注于護岸的景觀效果，護岸及其周邊區域的生態系統如何構成，其機理、過程、構建方式等多個方面的基礎仍缺乏系統的研究。

本文結合北方河流防洪壓力相較于南方河流小的特點，重點關注河流易破壞沖擊段的岸灘穩定，依據“安全、生態、和諧”的理念，設計了一種新型的生態護岸結構形式，旨在提升河流水系的生態功能，維護城市安全。

2 研究區域概況

海河(海河水系)，是中國華北地區的最大水系，中國七大河流之一。海河流域位于東經112°～120°，北緯30°～43°之間，東臨渤海，南界黃河，西靠云中山和大岳山，北依蒙古高原。海河河流蜿蜒曲折，受其影響，水流流速變化較大，河流中各岸段也呈現出不同程度的沖擊與淤長特性(圖1)。受水流常年的沖擊作用，部分河流護岸已出現崩塌等災害現象(圖2)。

由圖1和圖2中現狀可知：①目前河道護岸多采用傳統護岸形式，生態性較差；②在河流沖擊段，常年累月的水流沖擊已致使部分岸段發生了崩塌等災害現象，一旦洪水來臨，則后方城市安全隱患大大增強。

圖1 海河某岸段現狀示意

圖2 護岸破壞現狀

3 生態護岸設計

3.1 基本理念

生態護岸設計以系統論為指導，以打造完成的護岸生態系統為目標，突破了現有護岸設計重景觀的劣勢；結合水體流動特性，采取箱涵分流功能，減少護岸所受的水體沖擊；以安全、穩定為出發點，設計護岸結構形式和錨鏈系統；以中國傳統治水中“分”的基本理論為指導，以植被形成的摩阻力為輔助手段，逐級緩解水流對護岸的沖擊。

3.2 模型框架

依據生態系統生態學理論、河流水力學理論、工程設計方法、河流防災減災技術方法等理論與方法，優化設計生態護岸結構：其采用混凝土框架結構形式，可通過多個單元鏈接而成，向河道一側，采用斜坡式，可與塊石或植被種植有機結合；向岸側可通過錨桿或錨鏈固定于岸堤內，以保持其穩定；內部采用箱涵形式，可為河道內生物提供棲息地，同時箱涵的分流功能可減弱水流沖擊[6]，保護護岸結構的長期穩定(圖3、圖4)。

圖3 新型生態護岸單體結構①示意

圖4 新型生態護岸單體結構②示意

圖3和圖4是新型生態護岸單體結構示意圖，圖中：1、三角形支撐；2、主體框架；3、懸掛連接件；4、框架連接件；5、堆砌礁石；6、錨鏈；7、錨；8、錨鏈連接件。

4 結果與討論

通過與傳統護岸以及其他資料收集、整理與分析，可知本新型生態護岸具有以下優勢。

(1)生態性有效提升：河道一側的斜坡形式，可與塊石或植被種植有機結合，為植物(如蘆葦等)生長提供便利；箱涵結構形式可為河道內水生動物提供棲息地；箱涵上部亦可覆土，進行植被種植。這為護岸周邊形成生態系統創造了基本條件。

(2)河流沖擊段穩定得到保障：箱涵結構具有分流功能，降低了傳統護岸直接受沖擊的壓力，有效緩解護岸所受的長期沖擊；植被等生態系統的形成，對水流的沖擊亦有一定程度的緩解作用。

(3)保持河道暢通：水生植被的存在可有效防止河道水土流失，也減輕了河口下游河道淤積的壓力。

5 結語

為解決傳統護岸生態性差、河流沖擊段易受破壞以及目前生態護岸重景觀而系統性差的問題，本文結合北方河流的特點，設計了一種新型的生態護岸結構形式：該結構形式具有生態系統性好、穩定和安全的優勢，對于維護城市人民生命財產安全、提升河流水系生態功能、防止河道水土流失、減輕河口下游河道淤積；促進人與自然的和諧、實現生態文明，具有重要作用。