青黄带现象及其在长江中下游河段生态护岸中的应用

张玮，张妍

（河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098）

0 引言

在对长江中下游边坡进行防护时，发现大部分的自然边坡上均长有植物，且植物生长具有明显的梯级分布特征，自下而上呈现为没有植物、少数植物、大量植物。在进行生态护岸工程设计时，应充分重视和利用这种自然现象。因此分析研究岸坡上植物分布特征及影响因素，对于生态护岸建设具有十分重要的指导意义。

在进行生态护岸设计时，结构选型是需要确定的首要问题，可根据一定的原则来加以选择。对于运河这样的人工河流来说，可以参照常水位进行结构选型和护岸结构布置。例如，在京杭运河的航道整治工程中，高龙刚、钱进[1]以常水位为界，将护岸结构分为两部分：常水位以下为重要防护区，采用整体性好、强度高的护岸结构；常水位以上为生态区，选用生态性、景观性较好的结构。在苏南运河无锡段的护岸设计中，河海大学[2]根据不同特征水位区域内的水动力特性，将护岸断面分为护底区、重防护区、亲水区、景观区，分别采用抛石护底、透水预制混凝土沉箱、天然块石生态平台和植物景观区等结构。对于天然河流，生态护岸工程设计需要考虑的因素要复杂得多。作为长江南京以下12.5 m深水航道整治工程的组成部分，在对通州沙河段进行固滩时，阮学成等[3]根据滩面植物生长情况以及滩面高程，将护滩分为生态修复区和生态保护区两部分：生态修复区为低水露出、植被稀疏的滩段，采用生态软体排护底，在空隙处种植芦苇；生态保护区为高滩、植被受冲刷的滩段，采用大网格土工格栅，在十字块勾连的间隙中种植植物。工程完成后发现，生态修复区的部分芦苇未能成活，尤其是低滩段成活率较低。在长江中游枝江—江口河段航道整治工程中，为提高护坡的生态功能，选用钢丝网石笼垫护岸结构，并在其基础上进行植草实验。经过一个洪水期后，洪水位以上播种的草籽生长正常，洪水位以下大部分已成活的草被洪水冲刷带走。

上述工程实践说明，在对于自然河流岸坡进行植被防护或者生态修复时，必须符合当地的生态属性和特点，才能达到预期目标，取得工程的成功。

本文基于天然河流岸坡的青黄带现象，深入分析青黄带特征，研究其主要影响因素，在此基础上，探讨天然河流生态护坡设计的原则，据此进行护坡种类和结构形式的选择，可为类似条件下生态护坡设计提供参考。

1 河岸岸坡青黄带

1.1 青黄带现象

在长江中下游地区，由于受江水淹没、水流冲刷、波浪侵蚀等动力因素作用以及植物对生长环境的要求，河道岸坡上的植物生长呈现梯度分布的特征，如图1（a）所示[4]。岸滩上没有植物的区域与植物生长茂密的区域之间存在一条较为明显的过渡带，也就是所谓的青黄带，边界线分别为黄线和青线，如图1（b）所示。在青线以上区域，植物生长良好，能形成较完整的植物群落；在黄线以下区域基本没有植物，或只有少数水生植物存活；青黄带范围植物由疏至密，逐渐变化。

图1 青黄带示意图Fig.1 Schematic diagram of the green-to-yellow zone

1.2 青黄带特征

河流岸坡上的植物位于水生系统和陆生系统的交错区，影响因素众多，形态分布多样，归纳起来，青黄带主要具有以下特征：

1）形态。青黄带存在于水域向陆域过渡的河岸带上，其外部形态可以反映出周围水环境的状态[5]，由于河流狭长的形态特征，因此青黄带为大致平行于岸线的狭长带状结构。

2） 颜色。青线以上范围枝叶茂密、绿树成荫，绿色的植物将边坡覆盖；青黄带范围内，岸坡上生长部分低矮草本植物，种类较少，边坡视觉上为青黄交错；黄线以下范围，边坡裸露在空气中，该区域呈现为泥土的黄色。

3）位置。青黄带位于河道水位变动区，在洪水期淹没，中水期大部分出露、小部分淹没，枯水期则完全露出。

对于一般河流来说，黄线位于河道最枯水位以上，青线位于最高洪水位以下，青黄带为枯水位与洪水位间的一段区域；对于河口段来说，黄线位于最低潮位以上，青线位于最高潮位以下，青黄带是潮间带的一段区域，如图2所示。

4）植物类型。在黄线以下区域，岸坡上没有植物或长有少数水生植物，且呈现单种分布的特征。青黄带区域主要生长耐淹性较好的草本植物，如狗牙根、虉草、百喜草等，在被淹一段时间后，短期露出即可迅速恢复生命力，形态稳定为低矮草丛。青线以上区域，出现由草本植物向草-灌-乔混合群落的转变，物种丰富度、生物多样性指数较高，岸坡呈现出丰富多彩的生态景观。

图2 青黄带分区示意图Fig.2 Schematic diagram of the green-to-yellow zone subarea

2 青黄带的主要影响因素

岸坡上的植物生长主要与岸坡稳定和植物本身特性有关，岸坡稳定性直接决定植物的生存条件，而植物的耐淹性则直接影响其生存状况。

2.1 岸坡稳定性

河道岸坡的稳定性主要包括岸坡坡面的稳定性和岸坡整体的稳定性。

2.1.1 坡面稳定性

岸坡表面冲刷可分为水上和水下两部分，水上部分坡面主要受降雨径流冲刷作用，水下部分坡面主要受水流冲刷和波浪掏蚀作用。

降雨径流引起的冲刷是水上部分坡面侵蚀常见的类型。在强降雨过程中，雨滴携带较大动能，降落至地面使得土体颗粒飞溅，雨水不断渗入土壤；当降雨量超过入渗量，坡面形成径流，将地表松散的土体颗粒带走；随着降雨继续，坡面开始出现坑洞和沟槽，逐渐形成细沟并不断加深、加宽；当降雨到达一定程度后，细沟周边土体不断崩塌，被径流冲走。只要降雨不停，坡面侵蚀的过程就一直持续，侵蚀的程度不断加剧。

河道中的水流，受重力作用沿河槽顺流而下，对淹没在水中的坡面产生冲刷作用。水流持续冲刷岸坡形成冲刷坑，将表面泥沙带向下游，植物根系没有土壤的保护，直接受到水流的拖曳力。水流的拖拉、拔根等水流机械作用力对边坡表面土体和植物产生干扰和破坏[6]，严重影响岸坡的稳定性。

河流中的波浪主要为船行波和风成波，对坡面产生掏蚀作用。船行波为船舶航行激起的水面波动，风成波为风作用于水面产生的波动，这些波动引起的波浪传至岸边，在岸坡上爬升、跌落和破碎，对岸坡产生压力和吸力，冲蚀破坏边坡的表面土体和植物，造成岸坡表面的水土流失，进而影响坡面稳定。

受洪枯季或潮汐的影响，河流出现涨落水（潮）过程。随着水位的变动，岸坡的冲蚀区域也在上升和下移，因此青黄带的宽度与水位变化幅度，即高低水位差有直接关系。对于长江中游河段，洪枯季水位变化明显，如监利站年最高水位与最低水位之间相差约12 m[7]。由于其水位变化幅度较大，岸坡受到水流作用的区域也变大，因此青黄带的宽度也较宽。对于长江下游的感潮河段，河道同时受到上流径流和潮汐作用的影响，水位变化过程较为平缓，高低水位变化幅度相对要小一些，如徐六径站最高潮位与最低潮位之间相差约6.4 m[8]，水流在岸坡上的作用区域较小，因此青黄带宽度相对较窄。

2.1.2 岸坡整体稳定

地下水的存在及变化是造成岸坡整体崩塌、滑坡的主要影响因素[9]。地下水主要由河流和降雨补给，随着河道水位周期性的涨落，地下水位在垂向上通过岸坡与河流进行交换。交换过程会影响坡体的稳定性，使坡体产生深层滑动。

洪水涨水过程中，河道水位升高，坡体浸泡在水中，浮力增加；随着地下水位升高，土体孔隙水压力增加、有效应力减小，坡体的抗剪强度降低，这些变化过程将会引起坡体的抗滑稳定系数降低。洪水降落过程中，河道水位回落，地下水位也随之下降，坡体自重增加，再加上坡体抗滑稳定能力降低，较易引起坡体的深层滑动，危及边坡的稳定性[10-11]。

坡体稳定性较好的边坡较少发生大块土体移动、崩塌，植物可稳定生长；而坡体稳定性较差的边坡土体易受到扰动，出现坡体滑动等破坏，植物失去生长的环境和条件。

2.2 植物耐淹性

长江中下游的河道水位变动情况复杂：一是水位变幅不定，中游受汛期影响变幅可达到十几米，感潮河段受上游来水和潮汐的双重影响，变幅相对较小；二是变化周期不定，中游汛期长达几个月，而下游感潮河段以天为变化单位[12]。在受到水流淹没时，植物的耐淹性影响着岸坡上的植物分布和生长状况。

河流水位在洪水位与枯水位之间来回变动，决定植物淹没的范围和时间，水位变动对植物的影响因植物耐淹适应能力的不同而有所区别。长江中下游的坡面植物沿高程呈现梯度分布：黄线以下区域大部分时间均淹没于水中，坡上原生植物因抗冲性、适应性较差或淹没时间太长，逐渐停止生长直至消亡；青黄带区域水位变动频繁，坡上生长的少数耐淹、低矮的草本植物可良好适应干湿环境交替，其他不能适应这种变动环境的脆弱植物则逐渐消失；青线以上区域水位波动较少，只有当遇到较大洪水时，青线至最高洪水位才会受到影响，而这部分区域长有种类众多的草本植物，稳定的草本群落可抵抗这种短期的波动影响[13]。

总之，由于不同植物对水位变动产生的耐淹适应反应不同，岸坡植物分布沿高程呈现为没有植物、少量植物、植物茂密，且岸坡不同区域植物类型也各不相同。

3 青黄带在生态护岸中的应用

在建设长江中下游生态护岸时，可结合青黄带位置对生态护岸工程进行分区，并根据“宜植则植，宜防则防”的指导思想，在不同区域采用不同的防护理念和措施：青线以上区域适宜植物生长，因此应以生态景观为主；青黄带区域，应考虑当地水文、地质等情况，若水动力较强、岸坡稳定性较差或原生植物不耐淹，则应以防护为主；若岸坡稳定性尚可且原生植物耐淹适应性较好，宜采用复合植被护坡结构；黄线以下区域不具备生长植物的条件，应以工程防护为主。

3.1 青线以上区域

青线以上范围为“宜植区域”，该区域受江水侵扰较少，主要为短期淹没以及降雨引起的地表径流作用。因此该部分岸坡宜采用植被护岸，选取合适的植物构建完整的群落结构，木本植物发达的根系可以防止土壤受到侵蚀，草本植物可加强土壤对径流的渗透能力。层次丰富的群落既可减缓地表径流、固土护坡，又能改善边坡的景观环境、形成河岸带生态廊道。

植被是该区域的关键，植物的选择以及配置方式直接影响到该区域生态护岸的功能效益和生态效益。选配坡面植物时应遵循以下原则：

1）岸坡稳定：虽然该区域的干扰因素较少，但在选取植物时应选择枝叶茂密、根系发达的植物，以降低坡面冲刷、提高坡面稳定性。

2）因地制宜：选择植物的时候要综合考虑植物的生长特性和地域性，选用工程区域的本土植物，结合与本土植物特性相似、生长速度快的先锋植物，建立的群落更易趋于稳定，并能与当地自然景观相协调。

3）合理搭配：草本植物、灌木、乔木组成的群落物种丰富度指数、生物多样性指数高，抗外界干扰的能力强，是理想的自然群落结构，因此构建草-灌-乔群落对于岸坡生态系统的稳定具有重要意义。

4）经济合理：考虑到护坡的运行管理和养护费用等因素，设计时要统筹兼顾，注重价格合理、施工方便、维修简单等。

参照上述原则，根据长江中下游的水文、气象、地质情况，结合植物的生长特性以及前人的研究[14-15]，推荐部分可用于长江中下游护岸的植物，见表1。

表1 长江中下游护岸植物推荐表Table 1 Recommendation form of plants for the revetmentinthemiddleandlowerreaches of YangtzeRiver

3.2 青黄线区域

青黄带为“宜植则植，宜防则防”区域，该范围内水位变化频繁，坡面连同植物一起受到水流波浪的反复作用。在该区域布防时，应综合考虑岸坡稳定性和植物耐淹性，因此以下分两种情况讨论。

第一种情况是青黄带区段的岸坡结构稳定尚可，不会出现大面积水土流失，且坡上植被属于耐淹性较好的物种。为最大程度保护河道的生态系统，可在该区域采用植物与工程措施相结合的复合植被护坡，在保证岸坡稳定的同时，又能为植物提供稳定的生长环境。适用该区域的生态护岸有以下常用结构：

1）钢丝网石笼结构。网笼采用抗腐蚀、耐磨损、高强度的钢丝编织成六面方筐，隔板将网笼分为若干个单元，单元内填充碎石[16]。网石笼结构具有柔韧性好、耐久性好、透水性好、施工简便等优点。水流流经石笼时，所携带的泥沙将落淤于石笼缝隙内，为该区域草本植物提供生长条件。网石笼护坡结构在长江航道已成功应用于多处工程，如长江中游藕池口水道的砂埠矶护岸工程[17]、长江中游嘉鱼至燕子窝河段护坡工程[18]等。

2）预制件植被护坡。预制件为具有一定形状的预制混凝土框格构件，草本植物可在开口的砖框内生长。预制件可根据河道水流情况，设计为表面凹凸的砌块[19]，这种结构可以有效分散水流的冲刷作用，保护土壤基质，为草本植物生长创造环境。构件可在预制场批量生产，施工迅速且工程效果美观，因此工程应用较多，如湖北汉江的护岸工程采用的混凝土预制框格结构，镇江的滨江堤岸采用的植被与混凝土砌块相结合的护岸结构[19]。

第二种情况是青黄带区段的岸坡稳定性较差，汛期过后岸坡水土流失严重；或者在工程地区，青黄带范围内原生植物耐淹适应性较差，洪水过后无法继续存活，而在未经研究的情况下贸然引入非本土物种极有可能造成物种入侵或难以适应当地条件等。在这种情况下，岸坡不适宜采用植被护岸，而应以工程防护措施为主，为使生态护岸具有良好的结构统一性，可选用与黄线以下区域相同的结构形式。

3.3 黄线以下区域

黄线以下区域为“宜防区域”，该部分是岸坡稳定的基础。由于该区域淹水中的时间较长，植物茎秆受到水流拖曳力作用，根系处泥沙受到冲刷，植物不易生存，因此应以工程防护为主。目前，该区域常用的工程结构有：

1）软体排结构。长江中下游常见的软体排结构有系混凝土块排、模袋砂软体排、混凝土块铰链排、混凝土单元排等结构形式。其主要特点是利用土工织物的隔离性、柔韧性和反滤性对岸坡进行防护，防止水流直接冲刷岸坡造成水土流失，能良好适应岸坡的局部变形。软体排结构整体性好、透水性好、变形能力强，生态性较好，因此广泛运用于长江中下游的护岸工程中。

2）四面六边透水框架结构。混凝土四面六边透水框架由预制的6根长度相等的钢筋混凝土杆件相互连接组成，呈正三棱锥体。当水流通过时，框架的自身结构能柔性调整水流，消减水流动能从而达到促淤护岸的效果，同时其具有良好的稳定性以及耐久性，框架空隙为动植物提供了生长空间。在工程中，常将若干个透水框架捆绑在一起，抛投形成护岸带；或在系结混凝土块软体排周边布置四面六边透水框架群[20]。

3）扭双工字形透水框架结构。在长江南京以下深水航道建设工程中，文献[21-22]提出了扭双工字形透水框架。框架由2个工字形构件垂直交叉组成，采用螺接的方式连接。这种结构可有效提高框架间的钩连性，增强框架群的整体稳定性；螺栓连接的拼装方式避免了焊接点的腐蚀问题；框架可大规模生产，组装便捷，具有快速成型的工艺性能。

4）主动钩连体结构。在长江南京以下深水航道白茆沙整治工程中，首次应用了主动钩连体。主动钩连体由2个U形构件和1根连接杆组成，相互之间通过卡扣固定。钩体相互钩连交错，形成类似植物庞大根系的骨架型结构[23]，能起到较好的固滩促淤作用。该结构适于滩面平缓、水深较浅、水流变化均匀的区域。

4 结语

1）长江中下游河段通常存在一条青黄带，其为平行堤岸的带状结构，位于河道水位变动区，岸坡表面颜色自上而下由绿色向黄色过渡，沿高程坡上植物的数量和种类存在阶梯形差异。

2）岸坡的稳定性和植物的耐淹性是影响青黄带的主要因素。河道水流和波浪的不断作用，使得坡面受到侵蚀以及坡体产生滑动破坏；水位涨落变化影响植物受淹的范围和时间，由于不同植物的耐淹性不同，岸坡上的植物呈现梯级分布。

3）在进行河道的生态护岸工程设计时，可以参照青黄带现象，对于护岸形式进行选择和布置，以“宜植则植，宜防则防”为指导思想，对于不同区域采用不同的防护理念和工程措施。

4）青线以上为“宜植区域”，应采用植被护岸，根据当地情况并按一定原则选配适当植物，构建稳定的植物群落。

5）青黄带范围为“宜植则植，宜防则防”区域，若岸坡稳定、原生植物耐淹，可采用复合植被护岸；若岸坡不具备植物生长的条件，则应以工程防护为主，采用与“宜防区域”相同的工程结构。

6）黄线以下为“宜防区域”，该区域应以保护坡面、防止水土流失为主，可选用软体排、透水框架等防护型工程护岸结构。

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