生态护岸技术在城市边缘区河道应用浅析

杨光磊

摘要：随着城市化进程的不断加快，人们不断加大对城市边缘区河岸带的开发，致使其生态系统完整性受到严重破坏。简要综述了国内外护岸技术的研究历程以及生态护岸的分类和特征，基于城市边缘区河道特点，提出分层分级合理运用生态护岸技术修复城市边缘区河岸带生态系统，以期为城市边缘区河道护岸工程建设提供参考。

Abstract： As the process of urbanization continues to accelerate， people continue to increase the development of the riparian zone in the urban fringe area， causing serious damage to the integrity of the ecosystem. The research history of bank protection technology at home and abroad and the classification and characteristics of ecological bank protection are briefly reviewed. Based on the characteristics of rivers in urban fringe areas， a hierarchical application of ecological bank protection technology is proposed to restore the riparian ecosystem in urban fringe areas， in order to provide a reference for the construction of river bank protection projects in urban fringe areas.

关键词：城市边缘区;河道;生态系统;生态护岸

Key words： urban fringe;river;ecosystem;ecological revetment

中图分类号：TV85                                         文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）24-0123-02

0  引言

城市边缘区是城市和乡村之间的过渡地带，作为城市扩张的前沿，是城乡建设中最具活力的地区，也是城市生态环境的重要载体，对城市的生存和发展至关重要。河岸带位于陆地与水生生态系统交汇处，具有径流过滤、稳定土壤、水温调节、提供动植物生长繁衍场所等生态系统服务功能[1]。城市边缘区河道中，经过人工改造后的河岸带中护岸工程对于河岸带生态功能的发挥起着重要作用。传统的护岸工程多采用块石、混凝土等硬质材料，虽提高了抗冲性和耐久性，但使得地表径流未经过滤就直接进入水体，同时隔断了地下水和地表水的自然运动、交流，使得动植物失去了生存、栖息、繁衍的空间，岸坡土壤中微生物的生存也受到严重影响[2]。

1  研究背景

20世纪80年代，欧洲国家开始采取“自然型护岸”设计以期减少硬质材料对护岸的改造注重河流的天然形态和自然功能[3]。20世纪90年代，瑞士、德国提出亲近自然河流的概念和“自然型护岸”技术[4]，荷兰提出“给河流提供更多的空间”的口号，日本开展“创造多自然型河川计划”，国外在护岸工程的设计和实施过程中综合考虑水利、生态、环境、景观等因素，将工程技术与生物技术相结合，达到恢复河岸带生物多样性的目的。

国内护岸工程的理论体系和技术工艺经历了从“水利治河”到“生态护岸”的过程[5]。护岸材料由单一的石块、竹、木等天然材料发展到水泥、钢筋、合成材料等现代化材料;理论技术从最初的竹条、柳枝、石块组成的“柴枕法”发展到现代的石笼、土枕、模袋等技术[6-7]，近些年又融入生物技术，形成更为完善、先进的生态护岸技术。

本文分析不同生态护岸技术的特点，结合城市边缘区河道自身实际，探索适合城市边缘区河道的生态护岸形式和结构，在满足岸坡工程安全稳定的前提下发挥河岸带的生态效益，达到修复城市边缘区河岸带生态系统的目的。

2  生态护岸

2.1 生态护岸概述

生态护岸是以河流生态系统为中心，利用植物或植物与土木工程相结合，通过多空化和粗糙化处理形成“可渗透性”，有效减小水流对岸坡的冲蚀和淘刷，改善河道护岸的生态性能，提升河道景观效果的新型护岸型式[8]。

2.2 生态护岸的分类

依据护岸结构与人为干扰将生态护岸分为自然生态型护岸和人工生态型护岸两种[9]。

2.2.1 自然生态型护岸

自然生态型护岸是指最大限度保护或恢复原生态岸坡的自然属性。其优点是纯天然、无污染、投资小且施工方便。缺点是抵抗洪水的能力较差，抗冲刷能力不足，适用于流速不快、流量较小、冲刷能力较弱的河道。

①植草护岸技术。以天然植物作为护岸材料，利用植物根系将松散的岸土颗粒团聚起来，形成根土复合体，从而改善土壤结构，减少土壤流失，维护岸坡的生态功能。

②河岸防护林技术。利用树木或竹子发达的根系阻滞水流，增强河岸的抵抗水流冲刷和侵蚀的能力，同时改良土壤，增加土壤的有机含量，增强土壤的持水能力。

③木桩植被复合护岸技术。单纯植被的根系加筋作用有限，抗冲、抗滑能力差，在此基础上，沿河岸向岸坡底部打入圆木桩，可以有效抵挡水流冲刷，很好地满足防洪及生态功能。

2.2.2 人工生态型护岸

人工生态型护岸采用植物与天然或人工材料结合的工程措施，形成具有较强的抗冲刷能力和类似自然护岸的生态功能。

①预制混凝土连锁块体结构护岸。放置在岸坡的块体之间通过咬合作用提高了防护的整体性和稳定性，块体空心处充填碎石后可以植草、渗水，改善生态环境。

②网石笼结构护岸。将碎石、肥料和种植土装入铁丝网笼形成复合式种植基，表面种植草木，可根据河道实际情况灵活运用，通常做成挡土墙形式或者台阶状。

③生态袋护岸技术。主要由生态袋、连接扣、植被等组合而成，具有滤土排水功能，对植物友善，植被穿透生态袋延伸到岸坡内部，起到锚固和加筋作用，增强岸坡稳定性，对各种地形几乎均适用。

④土工格室护岸技术。土工格室是一种高强度蜂窝状三维限制系统，其中填充腐殖土、碎石、草种等混合材料，既能稳固岸坡，又能减少地表径流和河道水流对岸坡的冲刷，兼具生态和防洪功能。

⑤三维植被网技术。利用土工合成材料的高强度以及植物根系的加筋作用，在坡面构建形成一个具有自恢复能力的防护系统。

⑥生态混凝土。由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成，由于其多孔和糙率大，能有效减缓水流速度，防止冲刷及水土流失，能增强堤岸稳定性，生态效益极高。

⑦水泥生态种植基。是一种由土壤、肥料、低碱性的水泥、河砂和有机质等组成的具有一定强度的多孔性三相材料，可以为植物提供良好的生长环境。

⑧土壤固化剂技术。固化剂与土壤混合后经过一系列物理化学反应形成三维网状结构，提高土壤的强度与密实度，在保证岸坡植被生长环境同时提高岸坡的稳定性。

3  城市边缘区河道生态护岸

3.1 总体要求

相比一般河道，城市边缘区河道具有基底资源多样、边缘界面脆弱、河流功能多元、水体污染严重、水文条件复杂、土地空间广阔、用地动态变化等特征[10]，结合生态护岸的功能分类以及城市边缘区实际情况，城市边缘区生态护岸设计方案既要有利于保持河流生物物种多样性，又能加快工程建设。

3.2 护岸形式选择

城市边缘区河道护岸型式的选择在满足护岸工程安全与稳定的前提下，综合考虑减少土地征用要求、施工条件、周围生态环境及景观要求、工程造价等方面，采取自然生态型护岸与人工生态型护岸相结合的型式，既能最大限度地减少人为改造，保持河岸“可渗透性”的自然属性和柔顺蜿蜒的自然形态，又实现了与周边环境最大限度地过渡与融合。城市边缘区河道水文条件复杂多变，河道水位变化幅度较大，在进行护岸设计时应分级分层考虑，根据当地水文资料计算出不同的水位线：常水位线、常年汛期水位线和防洪水位线。同时，应分析其经济性、后期管护难易程度以及与周围环境协调性等方面，选择适宜的护岸形式和植物种植方案，以期重建和恢复城市边缘区河道丰富的生态系统，营造更加具有自然美的景观。

3.2.1 常水位线以下层级

常水位线以下层级常年被水浸泡，由于城市边缘区河流流量不大，因此该层级可采用自然生态型护岸，同时进一步分析水流条件，考虑是否采用乔、灌混搭方式以及圆木护底方式提高岸坡稳定性。

3.2.2 常水位线至常年汛期水位线层级

常年汛期水位是指正常年份发生的洪水对应的水位。每年汛期来临时，该层级护岸被洪水淹没，洪水通过坡面植被大量向堤中渗透储存，缓解洪峰，起到径流延滞作用;当枯水季节到来时，储存在大堤中的水反渗入河，起着滞洪补枯、调节水位的作用，这也导致该层级常年地表湿度大或地下水位高。该层级特别是河道转弯凹岸、水流湍急等河岸冲刷严重的河段应采用人工生态型护岸，综合考虑工程投资、施工进度以及后期效益，优先采用预制混凝土连锁块体结构护岸，石材资源丰富的地方可以采用网石笼护坡。此层级可以局部设置亲水步道和亲水平台。

3.2.3 常年汛期水位线至防洪水位线层级

此层级只有在极端年份才会遭受洪水侵袭，综合考虑抗冲性、耐久性以及经济性等方面，优先选择网石笼护岸。网石笼是一种柔性结构护岸，网石笼本身透水性良好，不需另设排水，另外特殊涂层可保证网笼的长期寿命，在抵御水流侵蚀、冲刷的同时，又能够适应地基沉降变形。石块间的缝隙不仅能满足植物生长、维护自然生态环境，也能为一些动物提供栖息之所。此层级既可以选择耐短期水淹植物品种进行栽种，同时也可搭配一些中生植物品种以丰富植物生态群落，但为了降低物种入侵风险和工程投资应摈弃名贵的植物品种。此层级受洪水侵袭的概率相对较低，可营建滨水步道、观景台、小品建筑等具有地域特征的亲水景观和滨水景观。

4  结论与展望

城市邊缘区由于其独特的地理位置以及自然环境的可塑性越来越受到人们的青睐，针对城市边缘区河道的典型特征，提出在不同的水文条件的基础上，分层分级采用不同的护岸型式，使城市边缘区河道护岸集防洪和生态功能于一体，保护和提高生物多样性，优化河道堤岸景观结构。在实际建设过程中还可分区分段对城市边缘区河道生态护岸型式进行调整和优化，同时应该制定后期管护计划，以至河岸带生态系统恢复和重建，避免因管护不及时、不到位产生植被退化和消失，更好促进城市边缘区河道生态环境修复。

参考文献：

[1]周铭浩，邱静，洪昌红，杜欢欢，汤海平.河岸带功能及其保护修复措施[J].黄河水利职业技术学院学报，2019，31（4）：6-11.

[2]孙东亚.中小型河流防洪工程的综合规划设计[J].中国防汛抗旱，2008，1：171-174.

[3]何清，韩守江.河流生态修复的实践及对河流开发与治理的启示[J].黑龙江水利科技，2007，35（3）：103-104.

[4]林启才.河流生态工程学及生态水工学的发展与趋势[J].灾害与防治工程，2007（1）：78-83.

[5]刘天雄.西北干旱地区城市河流建设理论与实践探讨[D].长沙：中南大学，2009.

[6]尚文勇.柴枕法[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[7]赵润江，师卫华，赵辉.城市护岸的发展历程和趋势[J].现代园艺，2008（9）：46-47.

[8]广东省水利水电科学研究院.广东省中小河流治理设计指南（试行）[Z].2008，06.

[9]陈丙法，黄蔚，陈开宁，古小治.河道生态护岸的研究进展[J].环境工程，2018，36（3）：74-77.

[10]张雅卓，吕淑婷，季廷翠.城市边缘区河道景观生态修复策略研究[J].河北工程大学学报（自然科学版），2019，36（4）：37-44.