自然型河流生态护岸技术研究

2017-07-31甘美娜王栋宇温莹赵强民胡传伟

花卉 2017年14期

关键词：护岸护坡花草

甘美娜王栋宇温莹赵强民胡传伟

（棕榈生态城镇发展股份有限公司广东广州 510627）

自然型河流生态护岸技术研究

甘美娜王栋宇温莹赵强民胡传伟

（棕榈生态城镇发展股份有限公司广东广州 510627）

从分析河溪生态系统退化影响因素入手，提出对滨水景观修复应进行自然型生态护岸建设方面的完善和补充。自然型生态护岸是一个系统，包括植生护底和植被护坡。为了给自然型护岸坡面景观绿化提供稳固且生态的基础，总结七种主要的植生护底技术，并列表对比它们的适用范围、作用和使用注意要点。植被护坡有较多的技术类型。案例分析表明，种互花米草的自然型生态护岸具有较好的经济性。根系研究和项目应用表明，河流植被护坡优选品种是蓝花草。

风景园林；生态护岸；土壤生物工程；植生护底

1 引言

本研究以自然型河流生态护岸为研究对象，探讨护底工程和护坡工程的生态技术。植生护底的树枝柴排、树枝捆扎、椰纤捲、植生蛇笼、连接植生、活性木框架和活性捆桩的方法、技术在自然型护岸使用可为坡面绿化打下稳固且生态的基础，探讨这些技术的适用范围、作用和使用注意要点。20世纪60年代后期，欧洲国家认识到导致河溪生态系统退化的根本原因是传统的河流治理工程[1]。护岸是河溪生态系统的重要组成部分，目前的河流规划设计对生态方面的理念和方法技术有着较大的需求，特别在是水质净化方面。根据边际效应，水陆交界地方有着重要的生态作用，生态型护岸备受关注，特别是自然型河流生态护岸技术。

2 生态护岸

外国一般把生态护岸定义为：“借助土木工程措施，单独使用绿色植被，或者绿色植被与非生命材料相结合，旨在减轻坡面的不稳定性和侵蚀的护坡”[2～3]。发达国家很早就对这方面展开研究，瑞士、德国在20世纪80年代末提出了“自然型护岸”技术，日本在90年代初提出了“多自然型河道治理”技术，同时美国在80～90年代出版了数部“土壤生态工程（Soil Bioengineering）”的经典书籍[1]。日本的生态护岸比较著名，其主要类型有自然型、半自然型和人工型，自然型生态护岸又细分为植物、干砌石和原木格子护岸三种[4]。土壤生物工程技术的施工有扦插、灌丛垫、梢捆、层栽、埋根、篱墙、原木挡墙等十几种方式，主要是前五种方式搭配灵活、施工方便、应用广泛[5]。

根据文献分析，欧洲、日本、美国在生态护岸的内涵、分类、技术细节方面略有不同，但是他们在单独使用绿色植被方面的研究都较多，应该跟使用生物材料更符合生态原则有关。自然型生态护岸有如下优势：在经济效果方面，生物材料柔韧细软、材源丰盛、施工简便迅速、养护成本较低；在景观效果方面，植被绿化覆盖率较高，约80～95%，护岸结构有利于植物生长，促进滨水植物群落的形成；在生态效果方面，用萌芽木樁以利护坡植物生长，能提供立即性保护层，护岸的高渗透性方便水、陆系统交换物质，材料无二次污染等后遗症。中国古人在4000余年前已利用柴枕/柴排进行河道治理，因此，国内经验结合国外先进技术将更有利于恢复国内退化的河流生态系统。本文以自然型河流生态护岸为研究对象，探讨护底工程和护坡工程的生态技术及其应用效果。

2.1 植生护底

护岸工程包括“护坡工程”和“护底工程”两部分，通常以河道多年平均枯水位为界，界限以下的部分又称为“护脚工程”。护岸治理原则是先护底后护坡，根基稳固才能防冲、防浪、防塌和抗冰冻，从而为护坡工程提供保障。自然型生态护岸可以分为植生护底部分和植被护坡部分。

生态护岸的基本类型分为自然原型护岸、自然型护岸和多种人工自然型护岸三种，其中自然型护岸分为柴笼、枝条捆包、植被格、木笼墙、树枝沉床、树木铺面、原木与根系填料铺面、棕纤维卷等[6]。我国柴枕法中的植生护底技术有七种，即树枝柴排、树枝捆扎、椰纤捲、植生蛇笼、连接植生、活性木框架和活性捆桩护底技术[7]2～6。仔细分析以上的多种方法和技术，发现它们之间有着相通之处。柴枕法在植生护底方面的划分更细致，故以其七种类型的技术为主，结合自然型护岸中的相关形式，从类型、做法、适用范围、作用和使用注意要点五个方面做对比，形成表格（表1）。

使用这七种植生护底技术可以加强土壤生物工程护岸的护底工程，增强防洪、抗蚀等水利工程性能。在有防洪等刚性要求时，自然型生态护岸宜采用护底工程和护坡工程配合的结构形式。

2.2 植被护坡

自然型生态护岸的水上边坡部分是滨水景观和动植物生境的重要组成部分，主要以植被覆盖为主。植被护坡的类型有很多，如草皮、人工种草、液压喷播植草、树桩、树枝压条、休眠树干、植被格等。该处的植物品种、结构、层次，优势群落的筛选，以及抗污染能力，都需结合当地条件做进一步研究。植物筛选需考虑环境适应性、耐淹性、成活率、生物多样性等条件。华南地区滨水缓冲带淹水深度约20cm的优选植物是朱蕉和朱缨花，它们至少可耐淹28d，次选为夹竹桃、锦绣杜鹃和灰莉，紫叶狼尾草可耐淹7d，朱槿可耐淹4d[8～9]，这些品种可以配置在最高水位线附近。

以种护花米草（Spartina alterniflora）的自然型生态护岸为例，植被护坡在经济性方面的表现较好。互花米草是一种从美国引进的多年生禾本科植物，在水深3m内浸泡5h/d无损，耐盐碱土，可消浪50%以上。从浙江省龙江水闸使用抛石和互花米草护岸的经济效益对比，后者的促淤效果明显较好[7]129～130。前者造价约为后者的40倍（表2），可见植物护岸技术的经济优势。在广东茂名市水东镇水东湾滨海湿地使用该品种，可以在沿海滩涂上防止土壤流失、促淤，还可以防冲、防浪和防塌，保护硬质海堤，观察到其间有鸟类出没，对因建造海堤而退化了的滨海动植物生境的修复起了一定作用（图1）。

表1 植生护底方法对比表

表2 浙江省龙江水闸抛石与互花米草护岸效益比较表

图1 水东湾滨海湿地互花米草

与入侵植物互花米草不同，蓝花草（又名翠芦莉）（Ruellia brittoniana Leonard）不属于入侵物种，而且景观效果更好（图2）。为研究蓝花草的根系在冬季至春季的萌发情况，在2016年11月4号剪蓝花草长势相近的枝条6枝进行室内水培，切条的切口不进行处理。蓝花草成活率100%，不定根根系生长情况相近：在12月中旬其新萌发的根系发育良好、须根较发达，根系长度约15cm（图3），在次年3月初根系已长达50cm（图4）。蓝花草的抗逆性较强，适应范围较广，耐旱和耐淹性较强，扦插繁殖成活率较高，具有做自然型河流植被护坡的潜力。

图2 蓝花草的花朵

图3 蓝花草12月中旬根系生长情况

图4 蓝花草次年3月中根系生长情况

2.3 生态护岸是一个系统

每一条河流都有它的特点，所以每一条河流都有它的规律，这就要求针对每一条河流的护岸有相应的生态治理和修复的方法。河流护岸是一个复杂的生态系统，不但涉及水域生态系统、陆地生态系统，还有水陆交界带。区域、地形、气候、水文、土壤等因素影响着河流护岸的形状、流速、营养成分等，形成多样的动物、植物、微生物等生境。因此，在选择护底技术和护坡技术的组合模式时需要综合考虑。

美国在做河流护岸景观规划时，一般会借鉴当地河流的历史数据，假如缺失会用相邻河流或情况相近河流的数据来建立模型，通过模拟、分析手段来确定生态设计方案。我国在相关数据的公开、查询等方面可以借鉴美国模式。

3 应用

梅州市的芹洋半岛湿地公园，沿梅江芹洋半岛U形水系的北岸建设，总长约4.7km，项目分两期建设。第一期工程范围为广州大桥上下游段1.5km处，该段的湿地公园建设在2015年11月已完成七成，在2016年2月下旬已经建成开放。该市的第一季度降雨量是多年同期的2.7倍，1月份降雨量达305mm，创下历史纪录。在2016年3月19～24日，该市普降暴雨，部分地区还出现冰雹和6～8级短时雷雨大风等强对流天气，致使该市提前开汛。持续强降水使江河水位暴涨，梅江横山水文站超警戒水位[10]。芹洋半岛的罗乐大桥的施工缩小了过水断面，抬高了梅江水位。第一季度降雨量创纪录、提前开汛以及罗乐大桥施工影响，导致了4月中旬梅江平均水位比去年同期高了约20cm[11]。

上述情况使得公园滨江处的植物，处于较长时间的淹水胁迫状态，导致叶片枯黄、脱落，严重的出现植株枯萎。但是，根据2016年3月23日的现场照片可知，蓝花草的叶色仍然浓绿，没有脱叶现象（图5），耐水淹能力得到了工程实例验证。梅州市在2016年降雨量达到2497.6mm，创造了历史记录。从2017年1月的现场照片（图6）可以看到经过修剪的蓝花草生长状况良好，经受住了较大降雨量的考验。

图5 蓝花草植被护坡（2016年3月）

图6 蓝花草植被护坡（2017年1月）

对于遭受河流洪水破坏的岸坡（图7），根据情况综合应用自然型河流生态护岸技术，将塌方驳岸处陡坡地形重新修整为缓坡地形，以松木桩夹石块做护脚，以连接植生做护坡（图8）。从2017年5月的现场照片可知，经过一年多的时间，该生态修复岸坡的景观效果较好，植被生长良好（图9）。

图7 此段岸坡遭受河流洪水破坏

图8 生态护岸做法剖面图

图9 生态修复效果

在坡度较陡处使用植生石笼技术（图10左岸），在坡度较缓处应用连接植生技术（图10右岸），在一年多的时间里，经受住了2016年的较大降雨和水位变化，右岸新的植被已经基本完全覆盖原来的石笼（图11），左岸的园林植物蓝花草植被开花效果较好、覆盖度较高，避免了土地裸露，实现了岸坡复绿。

图10 植生石笼（左）与连接植生（右）（2016年3月建成初期）

4 结论

图11 植生石笼（左）与连接植生（右）（2017年5月）

在有防洪等刚性要求时，自然型生态护岸宜采用植生护底工程和植被护坡工程配合的结构形式。树枝柴排、树枝捆扎、椰纤捲、植生蛇笼、连接植生、活性木框架和活性捆桩护底技术，可以加强自然型生态护岸或土壤生物工程护岸的护底工程。种护花米草的自然型生态护岸在经济性和生态性方面呈现较好的效果。自然型生态护岸在非城区或郊区河段、滨海湿地护岸景观改造工程中，可以以较低成本获得较明显生态效果。在选择护底技术和护坡技术的组合模式时需要综合考虑。根系研究和项目应用表明，河流植被护坡优选品种是蓝花草，以其做植被护坡的主要植物品种，宜在河流缓坡处推广应用。

注：图1、4为作者自摄；图2为吴燕昌、甘美娜、简向阳拍摄；图3为简向阳拍摄；图5为黄鹏鸿拍摄；图6、9、11为胡福超拍摄；图7、8为林模乾拍摄、绘制。

[1]刘瑛.土壤生物工程技术在河岸生态修复中应用效果的研究[D].北京：北京林业大学水土保持学院，2011：1.

[2]Coppin N J，Richarids I G（eds）.Use of vegetation in civil engineering[M].London：Butterworths，1990．

[3]候高健，徐竟成，黄翔峰.河道护岸生态化建设进展[J].环境科学导刊，2009，28（5）：39～43.

[4]黄奕龙.日本河流生态护岸技术及其对深圳的启示[J].中国农村水利水电，2009（10）：106～108.

[5]钱斌天.土壤生物工程技术植物材料的筛选和施工方式研究[D].北京：北京林业大学水土保持学院，2013：13.

[6]田硕.城市河道护岸规划设计中的生态模式[J].中国水利，2006（20）：13～16.

[7]尚文武，张杰，董建军，等.柴枕法[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[8]甘美娜，王栋宇，吴新旺，等.华南地区几种常见植物的耐淹性研究[J].现代园艺，2015（3）：11～12.

[9]甘美娜，吴新旺，简向阳，等.华南地区7种旱生园林灌木的耐淹性研究[J].广东园林，2017，39（2）：58～64.

[10]张柯，罗碧瑜.2016梅州五大气候事件发布（第2版）.梅州日报，2017，1.

[11]为什么梅州城区梅江水位长期保持在高位？梅州市梅江区人民政府网站 http：//www.meijiang.gov.cn/mjms/zxzx/ts/2016-04-14/1460615912d264 019.html）.