漓江桂林—阳朔段不同护岸措施的功能对比评价

周思思,王冬梅†,谭会国

(1.北京林业大学水土保持学院,100083,北京；2.北京市密云县水土保持工作站,101500,北京)

漓江桂林—阳朔段不同护岸措施的功能对比评价

周思思1,王冬梅1†,谭会国2

(1.北京林业大学水土保持学院,100083,北京；2.北京市密云县水土保持工作站,101500,北京)

漓江是著名的旅游胜地同时也是泄洪重要河流。为了保护漓江行洪安全并维护自然景观,漓江两岸布设了多种护岸措施。本文结合实地踏查和影像资料,对漓江桂林—阳朔段沿线的护岸措施进行详查,并在汇总各项措施的基础上,对现有护岸型式进行类型划分；然后,选择工程措施-浆砌、工程措施 石笼、植物措施和综合措施作为4种典型护岸措施,并采用定性与定量评价相结合的层次评价法,构建护岸措施功能评价体系；最后,运用护岸措施功能评价体系结合综合评价指数法对4种典型措施的综合功能进行评价。结果表明,植物措施的护岸效果最佳,其次是综合措施,工程措施效果最差,而工程措施中生态型护岸形式石笼明显优于传统护岸形式浆砌。根据评价结果,针对区段不同的安全要求提出了最佳的护岸措施及方案,并建议适当提高植物措施和综合措施在漓江护岸工程中的比例,既保证岸坡稳定,又改善岸坡生态环境。

护岸措施；功能评价；层次分析法；漓江

风景优美的漓江是世界著名的旅游胜地,桂林漓江风景区在1982年11月被国务院列为首批国家重点风景名胜区,是世界上规模最大、风景最美的岩溶山水游览区。桂林漓江风景区以桂林市为中心,北起兴安灵渠,南至阳朔,全程83 km,由漓江一水相连。随着桂林旅游业的蓬勃发展,游客数量大幅增加,游览漓江的船舶激增,加之景区属于亚热带湿润季风气候,雨量充沛,多集中在夏季；因此,涌浪冲刷、暴雨集中等原因导致漓江出现岸坡崩塌的问题日益凸显[1-2]。这不仅造成了严重的水土流失,而且破坏了漓江的生态景观,使其观赏价值大打折扣。建设护岸工程以保护漓江沿岸自然景观已达成社会广泛共识,同时也得到了政府的大力支持。从20世纪80年代末起,多种形式的护岸工程陆续出现在漓江两岸,有传统的浆砌石或混凝土工程,有人工修整后种植草皮或竹子等植物措施,还有采用普通铁丝网石笼或硬塑料网石笼的生态护岸措施。由于石笼护岸所使用的普通铁丝网存在寿命过短的问题, 1999年有人提出了使用重镀锌铁丝网石笼护岸。这种护岸措施试点应用效果良好,便开始被大面积推广应用[2]。尽管漓江早已开始建设护岸工程进行防护,但各项护岸措施布设现状、各类措施护岸效果如何等问题尚不清楚,且目前有关河岸带护岸措施功能评价的研究鲜有报道；因此,本研究通过对漓江流域桂林—阳朔段进行调查记录,了解沿线护岸工程的现状,对其所有的护岸措施进行分类,并在此基础上选取典型的护岸措施进行功能评价,结合实际情况优选出最佳的护岸措施。一方面为河岸带护岸措施功能评价研究奠定基础；另一方面为今后漓江堤岸修复工程的建设和管理提供理论依据和指导。本文研究区域为桂林漓江风景区,是漓江山水风光最迷人、游客观赏最集中的江段,因此,本研究旨在如何保护两岸自然景观,使其免受或少受自然和人为因素干扰,使之既可以吸引各地游客以促进当地旅游业和经济发展,又有利于漓江的可持续发展。

1 研究区概况

本文研究区域为漓江桂林—阳朔段,即桂林漓江风景区。该地区以岩溶地貌(喀斯特地貌)为主,漓江山水景观是岩溶地貌类型中发育非常充分的一种。桂林—阳朔一带的碳酸岩区形成约在3.2亿～4亿年前,沉积厚度在3 000 m以上；属亚热带湿润季风气候,气候较为温和湿润；年平均气温为19.3℃,年平均相对湿度为73%～79%；夏长冬短,热量丰富,光照充足,年平均日照时间为1 670 h。研究区地处广西桂北降雨高值区,雨量充沛,多年平均降雨量为2000 mm,雨量年际变化较大,丰水年雨量为2 900 mm,枯水年雨量为1 300 mm,而且年内分配也极不均匀,全年雨量多集中在3—8月,占全年总雨量的77.7%,雨峰多出现在5—6月,占全年的36.8%,因此洪水频繁,陡涨陡落。桂林地处南岭山系的西南部,属红壤土带,以红壤为主,土壤酸碱度为4.5～6.5。漓江流域植物资源丰富,乔柱要有枫杨(Pterocarya stenoptera)、乌桕(Sapium sebiferum)、苦楝(Melia azedarech Linn.)等；灌木主要有一叶荻(Securinega suffruticosa)、水扬梅(Geum aleppicum)、槐叶决明(Cassia sophera)等；草本主要有狗牙根(Cynodon dactylon)、水蓼(Polygonum hydropiper)、土牛膝(Achgranthes aspera L.)等。

2 研究方法

2.1 基础调查

首先,通过查阅、走访等形式收集漓江(桂林—阳朔河段)背景资料、护岸工程资料等,而后沿江全程对护岸工程进行实地详查,按照护岸工程类型进行分段记录。每段护岸工程的调查记录内容包括地理位置、沿岸长度、工程范围、坡度、建造年份、护岸类型及模式、所使用护岸材料、植被状况、岸边带土地利用类型、人为干扰程度等,并附上相应的护岸工程照片。

2.2 典型样地调查

根据护岸工程实地调查结果,选取工程措施-浆砌、工程措施 石笼、植物措施和综合措施4种漓江典型的护岸措施以及近自然的对照样地进行典型样地调查,样地面积400 m2。对典型样地进行植被调查:对样地内所有乔木进行调查,调查内容包括乔木种类、数量、树高、枝下高、胸径、冠幅等；灌木层调查是在样地内随机选取5个5 m×5 m的样方,调查内容包括灌木种类、数量、高度、冠幅、基径等；草本层调查是在样地内随机选取9个1 m×1 m的草本样方,调查内容包括草本种类、株丛数、高度、盖度等。同时,对典型样地进行土壤调查:随机挖取9个土壤剖面,测量土壤厚度、紧实度、土壤含水率等,并均匀混合9处剖面表层土土样,测试土壤理化性质。

2.3 评价方法2.3.1 定量指标获取

1)土壤抗剪强度增量。土壤抗剪强度是反映土体抗崩塌、抗滑坡的重要指标。土壤抗剪强度增量与根系生物量成正比、与单位体积土体中含有的根系鲜质量成正比[3],因此可以间接地由单位范围内所含的根量来测定。本实验用10 cm×10 cm×10 cm内的根量表示。

2)土壤抗冲性。土壤抗冲性的强弱与植物根系的分布和盘绕即固结状况密切相关[4],国内外已有研究资料表明,与土壤抗冲性关系密切的主要是直径≤1 mm的根系[5],常用有效根密度来表示,即土壤剖面中100 cm2截面上对土壤抗冲性有增强效应的≤1 mm径级须根的数量[3]。本实验在每块样地距地表10 cm的深度取3个10 cm×10 cm的水平剖面,测出每个剖面上≤1 mm径级须根的数量,取平均值。

3)岸坡稳定性。土壤紧实度是岸坡抗侵蚀和稳定性的重要指标之一,一般认为,表面的紧实度越高,岸坡耐风蚀和雨蚀的能力越强[6]。本实验在每块样地上随机选取9处样点,将TJSD -750土壤紧实度仪测量杆均匀缓慢地插入土壤深度10 cm处,读取土壤紧实度值,单位为kPa,而后取平均值。

4)土壤黏聚力。用土壤含水率表示。研究[7]表明,土壤黏聚力随着土壤含水率的增加基本呈先增大后减小之趋势,在土壤含水率为10%左右时土壤黏聚力达到其最大值。每块样地随机选取9处进行土壤含水率的测量,采用烘干法测量土壤含水率,取平均值。

5)物种多样性、丰富度、均匀度。每种护岸措施设置400 m2的典型样地,对样地内乔木层、灌木层和草本层进行植被调查,记录植物种类、数量以及其生长情况等特征数据,计算得出Shannon-wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和 Pielou均匀度指数。

6)草本生物量。采用割草法[8],地下生物量采用挖掘收获法[9]。本实验收集3个10 cm×10 cm面积内草本地上及地下部分,烘干后称量草本干质量,取平均值。

7)枯落物总量。采用地表收集法[10]:在每个样地的3个1 m×1 m样方内收集枯落物,带回实验室在60℃烘箱内烘干至恒质量,称量并取平均值。

2.3.2 定性指标获取 环境协调性、观赏性、近自然程度、颜色丰富度和社会公众认可度5个指标通过发放问卷的方式对100名当地的游客和居民进行调查,回收问卷并统计；建造成本、维护成本和工程年限通过查阅资料获得；材料的易得性、生态性以及工艺的简单性3个指标采用专家打分法。所有定性指标划分为5个等级:好、较好、中等、较差、差。

2.3.3 层次分析法 采用由托马斯·萨迪提出的层次分析法(AHP法)进行评价。根据AHP法的基本原理[11],首先将问题条理化从而构造出能反映系统本质的递阶层次结构模型,即评价指标体系,包括目标层、准则层和指标层。再构造各层次的判断矩阵,即针对同一层次各要素以上一层次的要素为准则就相对重要性进行两两比较,并用1～9标度方法对矩阵进行赋值。而后进行层次单排序,即计算本层次相对于上一层次某要素而言的重要性权重。由于判断矩阵的赋值一般是根据实测资料、专家意见平衡后得到,客观事物的复杂性和人类认识的主观性,可能导致结果的片面性；因此,还需要对每个判断矩阵逐一进行一致性检验,以确定通过AHP法得到的权重结果是否可取。检验公式如下:式中:R为判断矩阵的随机一致性比率；I为判断矩阵一致性指标；A为判断矩阵的平均随机一致性指标；λmax为判断矩阵的最大特征根；n为判断矩阵阶数。R值越接近于1,表示判断矩阵偏离完全一致性越严重；R值越接近于0,则表示判断矩阵越接近完全一致性。通常情况下,认为R＜0.10时判断矩阵具有满意的一致性,否则需要对其进行重新调整。最后再进行层次总排序,计算同一层次所有因素相对于最高层次的重要性排序权值。在单排序的基础上,由高向低逐层进行权重的组合,且总排序也要进行一致性检验。同样地,R＜0.10时才能通过一致性检验。

2.4 数据处理

漓江护岸措施调查结果用Microsoft Excel 2010软件录入、处理,对现有的护岸措施进行分类,统计各类护岸措施的总长度,摸清漓江护岸措施的整体情况,并根据实地调查每段护岸措施的起始位置坐标,在Google Earth 2013年4月10日拍摄的影像上进行标记(图1),以期更加直观地了解漓江护岸措施分布情况。

图1 漓江护岸措施分布图Fig.1 Distribution map of revetments along the Lijiang River

典型样地的9个定量指标和建造成本、维护成本以及工程年限3个定性指标均采用 Microsoft Excel 2010软件进行录入、计算和整理。针对环境协调性、观赏性、近自然程度、颜色丰富度和社会公众认可度5个定性指标,向当地的游客和居民发放问卷100份,共回收92份；而材料的易得性、生态性以及工艺的简单性3个定性指标采用专家打分法,共邀请10位业内专家对其进行打分评价,调查结果均运用统计软件SPSS 10.0进行统计计算。

3 漓江护岸措施调查结果与分类

3.1 漓江护岸措施调查结果

笔者对漓江桂林—阳朔段左岸进行了沿线调查,实际调查全长93.8 km,对于工程措施变化的护岸工程进行分段,合计146段。其中,无护岸措施共有44段,合计44.6 km,占全长的47.59%；有护岸措施共有102段,合计49.2 km,占全长的52.41%。所有护岸类型可分为3大类:植被护岸措施、工程护岸措施和综合护岸措施,把植被护岸与工程护岸的结合归为综合护岸措施。调查结果显示:工程护岸措施共有92段,合计45.2 km,占调查全长的 48.15%,占有护岸措施总长的91.88%；综合护岸措施共有7段,合计2.7 km,占调查全长的2.84%,占有护岸措施总长的5.42%；植被护岸措施共有3段,合计1.3 km,占调查全长的1.42%,占有护岸措施总长的2.70%。漓江护岸措施总体情况见图2。

图2 漓江护岸措施总体情况Fig.2 Overall situation of revetments along the Lijiang River

3.2 漓江护岸措施分类

由调查结果可以看出,漓江桂林—阳朔段实施工程护岸措施的总长度占所有有护岸措施的总长度比重最大(91.88%),综合护岸措施次之(5.42%),植被护岸措施比重最小(2.70%)。工程护坡措施也最为复杂,又可以将其分为“浆砌”“石笼”“复合工程”(即2种及2种以上的工程措施的组合)和“其他”4个大类,其中:“浆砌”又可分为“普通浆砌”“卵石浆砌”“民宅浆砌”“块石浆砌”“坡面浆砌”5小类；“复合工程”又可大致分为“浆砌+石笼”和“浆砌+其他”。各类措施所占比例见表1。

表1 各类护岸措施所占比例Tab.1 Ratio of different types of revetments

4 典型护岸措施功能评价

4.1 评价体系确立原则

为了使评价体系能综合反映护岸措施功能评价的各个方面,在构建评价指标体系时须遵循以下原则。

1)科学性原则。评价指标体系要力求科学、准确地反映各指标之间的关系、层次结构科学内涵,能客观评价护岸措施的各个方面。

2)系统性原则。指标体系能系统全面地反映出护岸措施的基本状况,各指标之间既要保持相对的独立性,又要能够有机地组成一个完整的系统,相互联系。

3)代表性原则。能反映护岸措施功能评价的指标非常多,只选取其中具有一定代表性的指标,争取以最少的指标包含最多的信息。

4)可操作性原则。指标体系不宜太庞大和复杂,所选指标应该能通过资料收集或简单实验的方法间接或直接得到。

5)定量与定性相结合原则。为了得到客观综合的评价结果,既要有定性描述,又要有定量分析,最后将各评价指标进行归一量化,便于计算。

4.2 评价指标体系的构建

漓江两岸由于长期受到涌浪冲刷、暴雨侵袭等外界不利因素影响,容易遭到滑坡、崩塌等形式的破坏,因此,保证岸坡稳定是护岸措施最首要的功能；其次,是要恢复岸坡生态系统平衡,最直观的表现则是植被的生长状况；同时,漓江优美的自然风光是使其成为旅游胜地的重要因素,所以护岸措施的景观功能必须得到重视；对护岸措施的可行性评价也必不可少,从其经济和技术的可行性上以及其公众认可度方面也应作出相应的评价。综上所述,本文主要固坡功能、生态功能、景观功能以及可行性4方面进行综合评价。

结合国内外现有研究基础[12-26],并咨询相关专家,建立了护岸措施功能评价体系。根据AHP法原理,将评价指标体系分为3个层次,即目标层、准则层和指标层。目标层为护岸措施功能评价；准则层分为固坡功能评价、生态功能评价、景观功能评价以及可行性评价。指标层由20个具体指标组成:固坡功能评价包括土壤抗剪强度、土壤抗冲性、岸坡稳定性和土壤黏聚力4个指标；生态功能评价包括物种多样性、丰富度、均匀度、生物量和枯落物总量5个指标；景观功能评价包括环境协调性、观赏性、近自然程度和颜色丰富度4个指标；可行性评价包括建造成本、维护成本、工程年限、材料的易得性、材料的生态性、工艺的简单性和公众认可度7个指标。其中,土壤抗剪强度增量、土壤抗冲性、岸坡稳定性、土壤黏聚力、物种多样性、丰富度、均匀度、生物量和枯落物总量9个指标为定量指标,其余11个指标为定性指标。评价指标体系见图3。

图3 护岸措施功能评价指标体系Fig.3 Functional assessment system of revetments

4.3 指标权重的确定

采用AHP法确定各指标权重,按照2.3.3中叙述的方法和步骤进行计算,且经一致性检验,均符合要求,结果见表2。

4.4 指标赋值

在上一节中漓江护岸措施分类结果的基础上,选择工程措施——浆砌、工程措施——石笼、植物措施和综合措施4种护岸措施进行对比。采用10分制给评价指标赋值,定性指标以10、8、6、4、2分对应好、较好、中等、较差、差5个等级；定量指标则通过采纳专家意见及结合前人研究的方式确定赋值,同样采用10分制。赋值情况见表3。

4.5 评价结果

综合评价值的计算公式为

式中:S为综合评价值；Wi为各评价指标权重；Fi为各评价指标赋值。护岸措施功能评价结果见表4。

表2 评价指标体系权重计算结果Tab.2 Weights of indicators in assessment system

表2 (续)Continued from Tab.2

表3 护岸措施功能评价指标赋值Tab.3 Assignment of the indicators of the assessment system

由表4可知综合评价值从高到低依次是:植物措施、综合措施、工程措施——石笼、工程措施——浆砌。植物措施和综合措施的综合评价值相差不大,仅为0.218 0,却远远高于浆砌和石笼2种工程措施的综合评分:植物措施的综合评分较浆砌和石笼的综合评分分别高出3.509 8、1.889 8；综合措施的综合评分相较浆砌和石笼的综合评分分别高出2.841 8、1.671 8；最小相差为 1.671 8,最大相差达到了3.059 8,差距较为显著。单就工程措施而言,使用石笼这种生态材料的护岸整体效果又明显优于浆砌护岸,综合分值相差1.170 0；因此,在符合漓江流域护岸安全标准的前提下,选择植物措施的综合护岸效果最佳,其次是综合措施,工程措施的综合效果较差,尤其是传统护岸形式。

5 结论与建议

1)调查结果显示,在实地调查的漓江桂林—阳朔段总长93.8 km中:无护岸措施的段长44.6 km,占 47.59%；有护岸措施的段长 49.2 km,占52.41%。其中,工程护岸措施占92%,综合护岸措施占5%,植被护岸措施占3%。

2)构建了护岸措施功能评价指标体系,从固坡功能、生态功能、景观功能以及可行性4方面进行评价,共20个具体指标,并运用该评价体系对4种典型措施进行综合评价。结果表明:植被护岸措施的效果最佳,其次是综合护岸措施,最差的是工程措施；而工程措施中,生态型护岸形式石笼明显优于传统护岸形式浆砌。评价结果与实际情况相符,说明该评价方法能够客观、较为全面地反映护岸措施的综合效果。

3)针对漓江两岸不同区域,提出如下护岸措施布设方案建议:对于漓江无护岸措施但无水土流失现象的区域,建议保持其自然原貌；初现水土流失现象且岸坡坡度较缓的区域,建议采用植物措施进行护岸；水土流失现象较为严重或岸坡坡脚冲刷严重的区域,建议采用综合措施护岸,即坡脚采用工程措施,坡面采用植物措施；水土流失严重且坡度较陡的区域,建议采用工程措施,优先考虑石笼等生态型护岸材料,对于安全要求较高的区域如跨江大桥、公路等,则建议采用传统的浆砌护岸,以确保安全为首要目标。另外,鉴于植被护岸措施和综合护岸措施的效果突出,建议适当提高植物措施和综合措施在漓江护岸工程中的比例,在保证岸坡稳定的前提下,注重岸坡的生态环境,创造和谐优美的自然景观。

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(责任编辑:郭雪芳)

Comparative assessment on functions of different revetments along the Guilin-Yangshuo section of Lijiang River southern China

Zhou Sisi1,Wang Dongmei1,Tan Huiguo2
(1.School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China；2.Soil and Water Conservation Station of Miyun County,101500,Beijing,China)

The Lijiang River is a famous tourist resort in the Guangxi Zhuang Autonomous Region of China,as well as a major river for flood discharge.To ensure the navigation safety and protect the natural landscape of the Lijiang River,different types of revetments have been established along the Lijiang River since the end of 1980s,including engineering measure,plant measure and comprehensive measure. However,the status quo and effect of these revetments remain unclear,and there are few researches on functional assessment of riparian revetments.Given this situation,we carried out field investigation of revetments and established a functional assessment system on revetments in this study,in order to lay foundation on functional assessment on riparian revetments and provide theoretical basis and guidance for the construction and management of revetment restoration projects along the Lijiang River.In this research,the status of existing revetments along the Guilin-Yangshuo section of the Lijiang River was surveyed and classified systematically after thorough field investigation combined with image data.Then, engineering measure-masonry,engineering measure-gabion,plant measure and comprehensive measure, were selected as four representative revetment measures.After that,a functional assessment system on revetments was established using analytic hierarchy process which combined qualitative and quantitativeassessment.The final result of functional assessment on these four representative revetments was demonstrated in the comprehensive evaluation index.The assessment results showed that plant measure worked best,followed by comprehensive measure,engineering measure-gabion and,in the last place, engineering measure-masonry.Comparing two engineering measures,the gabion,which is more ecological,worked much better than the masonry.According to the above assessment result,and considering different safety requirements in different river sections,the optimal revetment measure and the ideal restoration proposals were put forward at the end of this paper.We suggest that the proportion of plant measures and comprehensive measures along the Lijiang River should be increased,which can stabilize the river bank,and improve its eco-environment as well.

revetment；function assessment；analysis hierarchy process；the Lijiang River

X321；X954

A

1672-3007(2015)04-0058-09

2014- 09- 01

2015- 05- 28

项目名称:国家科技支撑计划课题“漓江流域水陆交错带生态修复关键技术与示范”(2012BAC16B03)

周思思(1990—),女,硕士研究生。主要研究方向:工程绿化技术。E-mail:443291870@qq.com

†通信作者简介:王冬梅(1963—),女,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:水土保持和工程绿化。E-mail:dmwang@126. com