河流生态护岸的工程实践

(长江科学院 河流研究所， 湖北 武汉 210093)

河流生态护岸的工程实践

闵凤阳孙贵州王家生李凌云

(长江科学院河流研究所，湖北武汉210093)

传统河道的岸坡防护常以硬质的岸坡防护为主，造成了水土与营养物质阻隔、坡面景观单一以及生态系统结构简单脆弱等一系列问题，生态护岸是河道生态治理的必要手段。以近几年长江科学院生态护岸为例，介绍了生态护岸方案和效果，以期为以后大江河及中小河流生态治理提供借鉴和参考。

生态护岸； 河流生态；岸坡；生态治理

1 研究背景

河流具有行洪、排涝、供水、灌溉、生态、环保、景观和文化等功能，是自然环境的重要组成部分。传统河道治理以防洪排涝、水资源利用及水土保持为主要目的，按照防洪标准进行治理。为了以有限的资金达到较好效果，常采取“渠化”、“硬化”等手段，给河流的水生态环境造成了极大危害。具体体现在：造成河道水质下降；河岸带生态系统破坏，物种群落单一；河流形态几何规则化，致使河道的自然属性遭受破坏，严重影响人水和谐[1]。

在这些危害当中，尤以河流硬质护岸表现较为突出。河流硬质护岸是指由坚硬的石块或混凝土材料组成的与土体完全隔绝的结构体，主要有浆砌或干砌块石护岸、现浇混凝土护岸等几种形式[2]。这种传统的硬质护岸对河流生态环境造成了极大的危害，具体表现在：①硬质护岸隔断了河道坡面物质和能量的交换与流动，严重破坏了生物的栖息地环境；②隔绝了河道附近水域和陆域生态系统间的联系，不利于河流水体自净能力的发挥和自然生态系统的恢复；③河岸硬质化造成河岸无植被、生物多样性单一等，严重影响了河岸带自然风貌和生态景观[3]。

为解决硬质护岸所带来的一系列问题，国内外不少学者提出了“生态护岸”概念，但目前尚未统一其定义。一般认为，河道生态护岸是利用植物或者植物与护坡结构相结合，对河道坡面进行防护的一种新型护岸形式。从生态系统的角度来讲，除护岸结构本身外，河道生态护岸还包括植物、动物及微生物，系统内部之间与相邻系统间均发生着物质、能量和信息的交换，具有很强的动态性[4]。生态护岸的真正意义是在满足河道边坡稳定的基础上，以塑造岸坡系统的生物多样性为目标，在水-土-生物之间，形成物质、信息、能量的循环体系，通过良性循环，进行自我组织和自我修复，使护坡不仅具有景观效果，还能修复污染的河流水体，提高河流的自净能力，从而为河流生态系统的健康提供保障[5]。

目前，国内外针对生态护岸问题已经进行了不少的研究和探索，积累了大量的工程实践经验，主要有：①植物护岸法，包括植草、植树(活枝条或木桩)、椰壳纤维卷等；②柴枝土体加筋法，包括活体柴(梢料)捆、活体柴(梢料)排、活体柴(梢料)层、柴枝包等；③硬质结构与植被结合法，包括块石与植被结合、木框档土墙与植被结合、石笼垫等；④土工织物法，包括土工织物扁袋、栏网或土工篱笆、植草土工格栅、土工格室等；⑤预制构件法，包括混凝土预制块、生态型混凝土预制件、生态砖和鱼巢砖等。

近年来，长江科学院积极探索了中小河流及大江大河的生态护岸，积累了一定的工程经验。本文对近几年在不同区域不同河流实施的生态护岸情况进行简要介绍。

2 工程实例

2.1 云南景洪勐养河生态护岸工程

2.1.1 自然概况及存在问题

勐养河是澜沧江左岸一级支流，干流河长54 km，流域面积603 km2，年均流量8.1 m3/s，由南向北汇入澜沧江。勐养河流域近似呈东南-西北向的矩状，上游流经高山峡谷地区，切割较深，河谷狭窄，比降较大。河道中游流经勐养镇勐养坝段，两岸河谷相对较为开阔，绵延数百米甚至上千米。河道在两岸低矮农田中蜿蜒穿行，遇大洪水两岸农田均会被洪水淹没。此次治理的河段即位于勐养河中游勐养段附近。勐养河下游位于“V”形峡谷内，比降较大，植被覆盖较为完整。总体而言，勐养河具有山区性河流的典型径流特征：①径流年内、年际变化较大；②洪水暴涨暴落，洪峰高，汇流时间短。

图1 勐养河河道典型横断面(单位:cm)

通过实际的调研和沿河道查勘，勐养河河道主要存在以下3个方面问题。

(1) 河道断面狭小，行洪能力严重不足。勐养河河道现状宽度5～7 m，河道平均深度约 1.5 m，基本上为枯水河槽，过流面积狭小，仅能维持枯期的过流能力，河道的行洪能力严重不足。因此，一旦上游来水稍大，就会漫过河道，淹没周边农田和房屋，给当地的村民带来严重危害。

(2) 河道蜿蜒曲折，河岸抗冲性能差，岸线不稳。勐养河勐养段弯道过多，河道宽窄不一，河岸低矮。沿河两岸基本上为沙性红壤土，加之现状河道无堤防及护岸工程，抗冲性能差，一遇大洪水，势必造成河岸冲刷坍塌严重，洪水漫滩成灾。

(3) 河道淤塞严重，影响行洪安全。勐养河勐养段处于丘陵平原地段，两岸河谷相对较为开阔，沿河两岸大都为农业用地，土壤抗冲抗蚀性差，降雨时水土流失严重，沉积在河道中，导致河道淤塞。部分河道内垃圾、块石、杂草茂盛，阻水严重，一旦洪水发生，将严重滞洪，影响行洪安全。

2.1.2 河道断面及岸坡防护设计

在河道治理中，秉承“安全、自然、生态”的原则，在不改变河道现有河势，并满足征地条件的情况下，尽可能采取“滩-槽”相结合的复式河道断面型式；在城镇段，征地条件紧张的情况下采取生态挡墙的型式。在岸坡防护设计中，尽量采用有利于植物生长的多孔透水材料，以保证水、土、气之间的相互联系，保持河流的横向连通性[6]。综合考虑抗冲性能与工程造价等因素，在10 a一遇洪水位以下采用23 cm厚的雷诺护垫护坡，雷诺护垫内充填块石，且有一定的透水功能，有利于水生植物的生长和岸滩物质交换；10 a一遇洪水位以上采用草皮护坡，植物的种植采取狗牙根等云南当地常见草种；镇脚采取格宾镇脚。勐养河河道典型横断面见图1。

2.1.3 工程治理后的河道情况

勐养河河道护岸施工及完工4个月与16个月照片对照见图2～4。

图2 勐养河河道护岸施工照片

图3 勐养河河道完工后照片(4个月后)

图4 勐养河河道完工后照片(16个月后)

2.2 湖北兴山古夫河生态护岸工程

2.2.1 自然概况及存在问题

古夫河为香溪河的一级支流，穿过兴山县新县城(古夫镇)，在古夫镇下游11 km处汇入香溪河。古夫镇上游约2 km处建有古洞口水库大坝。古夫河兴山县城段治理工程上游起于古洞口水库电站尾水出口，下游止于兴山县城南寒溪口，治理河道两岸长 5.4 km。古夫河左岸上游约 0.9 km尚未采取护岸措施，为自然岸坡；其他 4.5 km岸线已先后进行整治，其中80%的整治岸段采用浆砌护坡或浆砌石垂直挡墙等硬质护岸的型式[7]。

在河道整治工程、河道采砂及其他人类活动等多方面因素影响下，古夫河兴山县城段河道生境遭受到较严重破坏，主要体现在以下3个方面。

(1)河床自然几何形态消失。古夫河兴山县城段经河道整治后，河道滩槽结构消失，断面形态单一；由于过度采砂，河床变得坑坑洼洼，且采砂坑分布十分凌乱，这将造成河床阻力结构调整和水流流向、流速等发生剧烈变化，尤其是洪水期水流特性发生变化，给河道的防洪带来安全隐患。

(2)河岸带功能退化。在古夫河兴山县城段整治的 4.5 km岸段中，以硬质护岸型式的岸段占整个实施岸段的80%左右。长距离、大规模的硬质护岸使得古夫河两岸河岸带的生态环境严重恶化，生物栖息地空间基本消失。

(3)城市河道功能减弱。作为兴山的城市河流，古夫河是县城居民日常休闲、娱乐、亲水、嬉水的主要场所。由于该河道两岸硬化，河道的生态景观基本消失，与城市的发展极不协调。

2.2.2 河道岸坡修复设计

古夫河兴山县城段岸坡生境修复包括已实施的混凝土预制六方块浆砌石护坡的生态化改造和左岸上游约0.9 km原始岸坡生态护岸两部分内容。

河道岸坡生境修复分为古夫河常水位以下、常水位至马道、马道和马道以上4个部分。具体如下：①常水位以下部分采用生态鱼砖的形式，适合水生生物栖息及鱼类产卵。②常水位至马道间之间采用生态袋形式，可供各类滨水植物生长。③马道采用透水砖铺设，既可做景观道路，也可生长植物，美化路面。④马道以上分两种情况：一是已有六方块护坡段，从马道至堤顶坡面混凝土六方块部为采用棕榈石置换(置换面积为20%)，棕榈石上可直接生长植被，此外，在马道内侧设置植物槽，种植本地藤条攀爬类植物，对马道以上部分六方块坡面进行绿化；二是没有六方块护坡自然坡面河段，采用雷诺护垫或生态袋等结构型式，在满足防洪安全同时也能使河岸带的植被得到恢复[7]。河道岸坡修复典型代表断面见图5。

图5 河道岸坡修复典型代表断面(据文献[7]修改)

2.2.3 工程治理后的河道情况

古夫河兴山县城段河道护坡见图6。

图6 古夫河兴山县城段河道护岸

2.3 下荆江典型岸段生态防护工程

2.3.1 自然概况及存在问题

下荆江上起藕池口，下至洞庭湖出口处的城陵矶，全长约175.7 km，为典型的蜿蜒型河道。20世纪60年代末至70年代初，下荆江经历了3次裁弯工程，裁弯工程实施后，河道河长明显缩短。同时，河道两岸也在不断实施河势控制工程与护岸工程，河道摆动幅度明显减小，岸线稳定性也明显得到了增强[8]。目前下荆江已成为限制性弯曲河道，由石首、沙滩子、调关、中洲子、监利、上车湾、荆江门、熊家洲、七弓岭、观音洲共10个弯曲段组成。

目前该段存在的主要问题如下：①石首河段河势还在进一步的调整中、监利河弯主支汊易位等河势问题可能依然突出；②原列入隐蔽工程的有18.58 km尚未实施，这些地段年久失修、破损严重；③近年已得到新护和加固的局部地段依然存在不同程度的险情。

2.3.2 典型河段生态防护设计

从整治线按1∶2.5～1∶3削坡至设计枯水位，在滩顶高程下5 m处设置宽 0.5 m的马道，滩坡身由垫层及面层组成，根据工程设计的需要，不同的岸段可采取不同的生态防护型式：①混凝土预制块+香根草护坡；②层码干砌石+香根草+狗芽根护坡；③雷诺护垫护坡。护坡下设浆砌石脚槽及干砌块石，防止冲刷。

下荆江典型护坡岸段横断面见图7。

图7 下荆江典型护坡岸段横断面(单位:mm)

图8 监利观音洲护坡(混凝土预制块+香根草护坡)

图9 团结闸上段护坡(层码干砌石+香根草+狗芽根护坡)

图10 向家洲护坡(钢丝网石笼)

2.3.3 工程治理后的河道情况

工程治理后的河道情况见图8～10。

3 生态护岸效果分析

从上述河道生态护岸的分析来看，不同生态护岸型式均能取得较好的植被恢复效果，但不同的河段及不同型形式之间之间仍存在一定差异。

勐养河位于云南省南部，属热带地区，气候温暖湿润，降雨丰富。工程完工后4个月内，由于还属干季，降雨量较少，植被生长恢复较慢。但经过一个雨季后，植被生长迅速，在采取雷诺护垫护岸区域基本已覆盖整个坡面，郁郁葱葱，十分繁茂，取得了良好的生态效果。但挡墙区域因缺土缺水的原因，植被生长还较为缺乏，今后可考虑采取种植攀爬的藤蔓植物，对其进行绿化。

兴山古夫县城区的护坡修复主要分已有硬质岸坡的改造及未护岸段的守护，从目前的情况看，由于土质较差，且降雨较少，植被生长较为缓慢。今后应采取人工浇水等措施，促使植被快速生长。

下荆江生态护坡的植被生长状况与当地的河势及水流情况有密切的关系：在缓流的观音洲区域，六方预制块结构较为稳定，植被恢复较快；在团结闸区域，层码干砌石植被生长较为迅速，但其结构稳定性不如其他硬质护坡结构，受水流冲刷的影响，部分区域下段干砌石部分已脱落，土质基底出露，需定期维护；在向家洲护岸段，其植被恢复较好，但受流速、水位等因素影响，中下段(易受水淹没区域)植被生长较少，恢复较为困难。

4 结 语

生态护岸一直是河流生态整治相关研究的热点，如何快速恢复河道岸坡的植被是河道生态护岸中的重要内容。本文对长江科学院近几年在不同区域不同河流实施的生态护岸情况作了简要介绍，包括雷诺护垫、棕榈石、生态袋、生态鱼砖、混凝土预制块+香根草、层码干砌石+香根草+狗芽根、钢丝网石笼等型式，并对生态护岸后的植被恢复效果进行了调查分析。研究发现，实施生态护岸后，植被都能较快地生长，但均存在较大的差异，这与河道所处区域的气温、降雨、土壤以及河道岸坡的淹没状况(水位)、流速等密切相关。不同淹水情况下的植被恢复情况有显著区别，生态护岸措施中土壤的滞留效果也是草类植被能否生长的关键。同时调查中还发现，一些护岸措施因水流冲刷而脱落，因此，护岸措施的后期维护管理也很重要，今后应改变“重建设、轻管理”的现象，真正为河流岸线的生态化治理和保护提供服务。

[1] 董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫[J].水利水电技术，2003，34(7)：1-5.

[2] 谢三桃，朱青. 城市河流硬质护岸生态修复研究进展[J].环境科学与技术，2009，32(5)：83-87.

[3] Kristina M H，Susan J M. Plant ecotypes：genetic differentiation in the age of ecological restoration[J]. Trends in Ecology and Evolution，2003，18(3)：147-155.

[4] 夏继红，严忠民.国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势[J].中国水土保持，2004(3)：20-21.

[5] 高之栋，穆如发.河道生态修复技术初步构思[J].水土保持研究，2006，13(6)：32-33.

[6] 赵进勇，廖伦国，董哲仁，等. 重庆市苦溪河生态治理的实践[J].水利水电技术，2007，38(3)：9-13.

[7] 李凌云，黎礼刚，王家生. 古夫河兴山县城段生境修复研究[J].人民长江，2015，46(3)：77-81.

[8] 周成成，黄召彪，熊小元，等. 三峡水库蓄水后荆江河段河床冲淤及水位变化特点分析[J] .中国水运，2014(5)：52-53.

(编辑：朱晓红)

2017-09-15

国家重点研发计划水资源高效开发利用重点专项课题资助(2017YFC0405306)

闵凤阳,男，长江科学院河流研究所， 高级工程师.

1006-0081(2017)11-0069-06

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