不同类型生态护坡的综合评价——以青岛市大沽河为例

柳 超,贺 琳,杨大鹏,3,黄 迪

(1.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东 青岛 266033; 2.青岛市环境保护局黄岛分局,山东 青岛 266555;3.青岛经济技术开发区旅游开发有限公司,山东 青岛 266555)



不同类型生态护坡的综合评价
——以青岛市大沽河为例

柳 超1,贺 琳2,杨大鹏1,3,黄 迪1

(1.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东 青岛 266033; 2.青岛市环境保护局黄岛分局,山东 青岛 266555;3.青岛经济技术开发区旅游开发有限公司,山东 青岛 266555)

以青岛市大沽河为例,通过对13种不同类型的生态护坡进行研究,构建大沽河生态护坡综合评价的指标体系;采用层次分析法,从植物组成与结构、群落效益和经济指标3个方面出发,选取9个评价特性指标,判断各种植物组成、群落效益和经济效益对于大沽河生态护坡建设的效果和影响,确定主要影响因素。根据评价结果提出适合青岛地区的生态护坡形式,旨在为青岛地区的生态河道治理提供借鉴。

生态护坡;层次分析法;评价指标体系;综合评价;大沽河

河流是水资源、水环境、水文化的重要载体,承担着供水灌溉、行洪排涝、交通航运、水产养殖、美化环境以及维持生态平衡等诸多功能,在保障社会经济发展、保护生态环境方面发挥着极其重要的作用[1]。随着社会经济发展和城市建设步伐的加快,城市河道建设不仅要使堤岸发挥水利工程的功效,而且要融入城市园林景观、生态环保、建筑艺术等多种内容[2]。生态河道具有良好的整体景观和滨水环境,是融合现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科为一体的生态工程,以保护和创造生物良好的生存环境和自然景观为前提,具有一定强度、安全和耐久性的同时,充分考虑了生态效果,将受人类严重干扰和破坏的河道修复成为水体与土体、水体与生物相互涵养,适合生物生长的近自然状态河道[3-5]。

与传统的单纯工程措施护坡相比,生态护坡由于植被的存在,恢复了护坡应具备的生态功能,具有了改善水质及水体自净能力、调节水温变化、维持水生生态系统平衡、保护河道生态多样性、恢复护坡绿色景观等优点。在河道生态建设研究中,学者们将生态护坡分为单纯植物护坡技术和植物工程复合技术两大类[6-7]。单纯植物护坡技术主要利用植物的根、茎、枝叶,并按一定方式进行扦插种植,在植物群落生长和构建过程中不断对边坡进行加固和稳定,逐步实现河流边坡的生态修复[8]。该技术主要用于河道堤岸相对较缓、稳定性较好、土层深厚且种植层与地下层连接的河道堤岸,是一种兼顾生态功能和景观功能的堤岸防护技术。植物工程复合技术是一种生物技术与工程技术相结合的复合式生态护坡技术,强调活体植物与工程措施相结合,技术核心是植生基质材料,依靠锚杆、植生基质、复合材料网和植被的共同作用,达到对河道堤岸进行防护的目的[9]。该技术主要用于河道堤岸坡度较大、岸坡稳定性差、水流冲刷严重的河段。

表1 13种护坡的工程布置及主要技术参数

青岛市的生态河道治理仍处于尝试和探索阶段。笔者以青岛市大沽河河段13种类型的护坡作为研究对象,对不同生态护坡工程的优点及适用条件进行分析和评价,旨在探索适合大沽河乃至青岛地区河道的生态护坡形式。

1 研究区概况

1.1 大沽河基本概况

大沽河自山东省招远市由北曲折南流,流经青岛市的莱西、平度、即墨、胶州和城阳等市(区),干流全长179.9 km,其中青岛境内干流长140余km,辖区内流域面积4 781 km2,是青岛市一条主要防洪排涝河道。大沽河流域北部为山区和浅山丘陵区,南部为山麓平原和平原洼地,地势北高南低,地形坡度由北向南逐渐变缓。

1.2 研究对象

本次研究的对象为位于大沽河下游右岸的13种护坡类型的示范段,每段长度在300～500 m之间。护坡类型主要分为:木桩抛石护坡、麻椰固土毯护坡、生物抗冲毯护坡、生态袋护坡、绿格魔术袋护坡、连锁式砌块斜坡护坡、格宾石笼斜坡护坡、现浇绿化混凝土框格护坡预、制六角块式绿化混凝土护坡、抗冲生物毯+生态混凝土砌块护坡、抗冲生物毯+自嵌式砌块挡墙护坡、无锈熔接网格宾石笼挡墙护坡、格宾石笼挡墙护坡等共13种。13种护坡的工程布置及主要技术参数见表1。

上述13种护坡的基础除木桩抛石护坡采用抛填乱石基础外,其他全部采用格宾石笼基础形式。植物物种尽量用相同或相似的草种搭配配比和草籽用量,草籽播撒密度均为25～30 g/m2,主要选用的植物为高羊茅、黑麦草、早熟禾以及白羊草等。

表2 13种护岸形式的各项观测结果平均值

本次研究对上述13种类型护坡的土层厚度、土层成分、植物搭配种类、生长密度、高度等进行观察和记录,对新生根系的深度采取现场开挖的方法进行测量;选取固定样带,即在不同类型的护岸形式设置宽度均为1m的固定样带,调查记录固定样带内植物群落结构、物种多样性、植物保存状况、河岸生境等生态稳定性指标,记录植物的种类、密度、盖度、高度、根系分布等,同时记录动物的种类。

由于各种护坡形式施工、播种等时间不尽相同,为尽可能客观地反映不同护岸形式的效果,选择播种越冬后第二年(2014年)和第三年(2015年)植物长成的情况进行综合统计分析。在植被生长季节平均每个月进入现场观测1次并进行记录。根据每次现场观察记录,综合观测结果,13种护岸形式的各项观测成果平均值见表2。

2 生态护坡综合指标评价

河道生态护坡指标评价体系是一项复杂的系统工程,各因素的影响程度也不尽相同。本次研究利用系统科学的结构功能理论构建大沽河生态护坡评价的指标体系,以科学评价各种生态护坡的实际效果和影响为主要目标,采用层次分析法(AHP法)判断各种植物组成、群落效益和经济效益对于大沽河生态护坡建设的效果和影响[10]。

2.1 指标体系的构建

本次评价在系统分析并整合国内外相关研究成果的基础上,选择层次分析法构建评价指标体系。目标层为生态护坡综合评价指标体系,准则层包括:植物组成和结构(a)、群落效益(b)和经济效益(c)3个指标,方案层包括:根系平均深度(a1)、植被盖度(a2)、生物多样性(a3)、植物保存率(a4)、表层土壤含水率(b1)、景观优美度(b2)、单位面积造价(c1)、抗冲刷流速(c2)和损坏程度(c3)9个指标。具体见图1。

图1 生态护坡综合评价指标体系

2.2 指标的无量纲化

指标的无量纲化是指通过数学变换来消除指标量纲影响,最常用的是直线型方法。直线型方法将指标实际值转化为不受量纲影响的指标评价值,假定二者呈线性关系,指标实际值的变化引起指标评价值一个相应的比例变化。大沽河生态护坡综合评价指标体系中各指标无量纲化计算依据见表3。

另外,景观优美度(b2)通过专家评分法进行量化。分值范围0～100分,景观非常优美为90～100分,景观优美为80～90分,景观效果一般为60～80分,景观差为40～60分,景观很差为0～40分。

2.3 判断矩阵的构建

矩阵用以表示同一层次各个指标的相对重要性。在建立层次结构模型后,按照专家咨询和经验对各层次中的准则、指标及底层的各个方面两两比较其重要性,构建判断矩阵,导出权重[11]。根据人们判断的心理习惯提出“人区分信息等级的极限能力为7±2”模式，AHP方法在构建判断矩阵时,采用了1～9比例标度,即将两个对象区分为“同样重要”、“稍微重要”、“重要”、“重要得多”和“绝对重要”等几个等级;在相邻两级中再插入1级,共 9 级,构成一个判断矩阵。两两比较的等级划分及其标度见表4。

表3 生态护坡综合评价指标、量化方法和评价标准

表4 两两比较的等级划分及其标度

根据以上理论构造大沽河生态护坡工程综合评价判断矩阵。大沽河生态护坡综合评价指标体系总排序见下表5。

表5 评价指标层次总排序

3 生态护坡综合评价方法

通过评价综合指数大小来反映各种生态护坡形式的优良,评价综合指数计算公式[12]为

N=∑WiIi

(1)

式中:N为评价综合指数;Wi为指标的权重;Ii为指标的分值。

评价综合指数N以百分制计分评价:N<60为较差;60≤N<80为一般;80≤N<90为良好;N≥90为优秀。

对13种护坡形式的观察与记录数据,结合无量纲化打分原则,13种护坡形式的方案层指标的统计得分见表6。

根据表2的指标权重及表3中各种护坡形式的指标得分,通过加权平均计算得到的大沽河各种生态护坡评价综合指数,见表7。

4 结 论

a. 从植物组成和结构、群落效益和经济效益3个方面出发,构建生态护坡形式的综合评价指标体系,建立综合评价模型。该评价模型优先考虑生态景观效果,其次考虑经济投入,充分体现了生态治河的理念,符合倡导生态文明的河道建设方向,基本适用于青岛市生态河道的评价。

b. 经过评价,效果较好的生态护坡形式为生态袋护坡、格宾石笼斜坡护坡和绿格魔术袋护坡。这3种斜坡式护坡的植被生长均匀,景观效果优美,具有较高的力学效应和水文效应,具有良好的生态景观效果。生态袋护坡和格宾石笼斜坡护坡形式单位面积造价适中,在青岛地区具有较好的推广前景。

c. 由于生态混凝土砌块、自嵌式砌块挡墙、无锈熔接网格宾石笼挡墙和普通格宾石笼挡墙等直立式挡墙护坡形式,受到结构条件的影响,无法种植绿色植物,导致综合评价得分普遍偏低,但是其抗冲刷性能力普遍高于柔性支撑的斜坡式护坡,因此在对水流条件要求较高的险工段仍是首选的护坡形式。

表6 各种护坡形式指标得分

表7 大沽河生态护坡评价综合指数

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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,讲师,博士研究生,主要从事城市水系统优化理论与技术研究工作。E-mail:liuchao.hy@163.com

X52

A

1004-6933(2017)01-0090-05

2016-08-28 编辑：彭桃英)