基于岸滩稳定的北方河流冲击段新型生态护岸结构研究

李宣睿,郭 莉，石海军，唐 禾

(天津市滨海新区塘沽第一中学，天津 300450)

1 引言

传统的护岸工程结构形式主要有直立式、斜坡式和直立与斜坡组合式，多采用水泥、砂浆、石料、混凝土和沥青等材料，其在结构和工程材料上力求经济、施工简便，更偏重于防洪功能, 特别是由使用材料可见其忽视了河流的生态效应，使河流丧失了最基本的生态功能[1]。生态型护岸出现于20世纪 90年代初，在日本及一些欧洲国家得到广泛应用[2]。国内近几年也开始了这方面的尝试[3～5]，但大都局限于直接引进国外已有的技术和施工经验，且目前的项目多关注于护岸的景观效果，护岸及其周边区域的生态系统如何构成，其机理、过程、构建方式等多个方面的基础仍缺乏系统的研究。

本文结合北方河流防洪压力相较于南方河流小的特点，重点关注河流易破坏冲击段的岸滩稳定，依据“安全、生态、和谐”的理念，设计了一种新型的生态护岸结构形式，旨在提升河流水系的生态功能，维护城市安全。

2 研究区域概况

海河(海河水系)，是中国华北地区的最大水系，中国七大河流之一。海河流域位于东经112°～120°，北纬30°～43°之间，东临渤海，南界黄河，西靠云中山和大岳山，北依蒙古高原。海河河流蜿蜒曲折，受其影响，水流流速变化较大，河流中各岸段也呈现出不同程度的冲击与淤长特性(图1)。受水流常年的冲击作用，部分河流护岸已出现崩塌等灾害现象(图2)。

由图1和图2中现状可知：①目前河道护岸多采用传统护岸形式，生态性较差；②在河流冲击段，常年累月的水流冲击已致使部分岸段发生了崩塌等灾害现象，一旦洪水来临，则后方城市安全隐患大大增强。

图1 海河某岸段现状示意

图2 护岸破坏现状

3 生态护岸设计

3.1 基本理念

生态护岸设计以系统论为指导，以打造完成的护岸生态系统为目标，突破了现有护岸设计重景观的劣势；结合水体流动特性，采取箱涵分流功能，减少护岸所受的水体冲击；以安全、稳定为出发点，设计护岸结构形式和锚链系统；以中国传统治水中“分”的基本理论为指导，以植被形成的摩阻力为辅助手段，逐级缓解水流对护岸的冲击。

3.2 模型框架

依据生态系统生态学理论、河流水力学理论、工程设计方法、河流防灾减灾技术方法等理论与方法，优化设计生态护岸结构：其采用混凝土框架结构形式，可通过多个单元链接而成，向河道一侧，采用斜坡式，可与块石或植被种植有机结合；向岸侧可通过锚杆或锚链固定于岸堤内，以保持其稳定；内部采用箱涵形式，可为河道内生物提供栖息地，同时箱涵的分流功能可减弱水流冲击[6]，保护护岸结构的长期稳定(图3、图4)。

图3 新型生态护岸单体结构①示意

图4 新型生态护岸单体结构②示意

图3和图4是新型生态护岸单体结构示意图，图中：1、三角形支撑；2、主体框架；3、悬挂连接件；4、框架连接件；5、堆砌礁石；6、锚链；7、锚；8、锚链连接件。

4 结果与讨论

通过与传统护岸以及其他资料收集、整理与分析，可知本新型生态护岸具有以下优势。

(1)生态性有效提升：河道一侧的斜坡形式，可与块石或植被种植有机结合，为植物(如芦苇等)生长提供便利；箱涵结构形式可为河道内水生动物提供栖息地；箱涵上部亦可覆土，进行植被种植。这为护岸周边形成生态系统创造了基本条件。

(2)河流冲击段稳定得到保障：箱涵结构具有分流功能，降低了传统护岸直接受冲击的压力，有效缓解护岸所受的长期冲击；植被等生态系统的形成，对水流的冲击亦有一定程度的缓解作用。

(3)保持河道畅通：水生植被的存在可有效防止河道水土流失，也减轻了河口下游河道淤积的压力。

5 结语

为解决传统护岸生态性差、河流冲击段易受破坏以及目前生态护岸重景观而系统性差的问题，本文结合北方河流的特点，设计了一种新型的生态护岸结构形式：该结构形式具有生态系统性好、稳定和安全的优势，对于维护城市人民生命财产安全、提升河流水系生态功能、防止河道水土流失、减轻河口下游河道淤积；促进人与自然的和谐、实现生态文明，具有重要作用。