生态护岸技术在河道堤防治理工程中的应用

姜成堃 李璐珊 高雪

摘 要：系统分析传统河道护岸目前存在的主要问题，并介绍了生态护岸应用现状与设計原则。在河道堤防治理工程中的应用方面，提出了三维植被网护岸、植物护岸、土工材料复合种植基护岸和植被型生态混凝土护岸等技术方案，使河道成为生态景观廊，创造更加显著的生态效益和社会效益。

关键词：河道治理;河道堤防;生态护岸

中图法分类号：TV871                                              文献标志码：A

人民对生态环境维护的理念逐步增强，对水环境的需求越来越高。河道已不仅仅需要具有泄洪、排涝、蓄水等基本功能，而且还需要具备景观、旅游、生态等功能。为了适应新形势的需要，生态护岸运用绿色生物与土木工程、对河道坡面予以有效防护处理等方式，十分有利于优化当地河道的水流质量。生态护岸的规划应用是如今河道整治工作的大势所趋，积极构建良好的生态护岸工程对于清水绿岸的河道生态环境具有极高的现实价值。

1  传统护岸存在的问题

传统的河道护岸主要有浆砌或干砌块石护岸、现浇混凝土护岸、预制混凝土块体护岸等。长期以来，传统的河道护岸工程往往局限于防洪、排涝、引水和航运等基本功能。在护岸工程设计中，特别是城市河道，为了控制河势和确保河道的防洪安全，着力于运用块石、混凝土等硬质材料的结构设计，而很少考虑河道的生态、景观、休闲、娱乐等其他功能，这些护岸工程造价相对较高且维护工作难度较大。

1.1  对生态的破坏

传统的护岸工程将整个河岸表面封闭起来，隔绝了土壤与水体之间的物质交换，原先生长在岸坡上的生物不能继续生存，生态系统的食物链断开，使土壤和水体中的生物失去了赖以生存的环境。凡是使用混凝土块护岸治理过的河流，水质一般低于未治理的河流;已治理过的河流生态环境会变得很差，水生生物几近绝迹，河流本身也因自净能力下降濒临“死亡”。对生态的影响主要是：用水泥石料修葺的河道中，具有净水功能的水生生物生长非常困难，河水自净能力将降低，水质可能恶化;会导致河水受阳光影响而使水温变化过大，不利于维持水中生态平衡，特别是高温季节，容易使传染病菌孳生;随着水流流速的增大，水中一些生物会被水流冲走，使水中生物减少，岸上又缺乏天然植物，直接影响了沿河野生生物种类生存，如水鸟。据统计，目前城市河道岸坡加衬砌后，沿河生物种类减少了70%以上，而水生物也只相当于原来的50%。

1.2  对环境的影响

传统的混凝土护岸在施工中均不同程度地在混凝土中使用了一些添加剂，如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等，这些添加剂在水中发生反应，对水质和水环境产生不利的影响。岸坡没有天然植物作为屏障，会使岸边的垃圾轻易入水，造成污染。这些虽然不是水质恶化的主要原因，但它们对进一步加剧了水质恶化。

2  生态护岸应用现状

生态护岸能依靠植物良好的根系而使护岸具有一定的固土和抗冲能力，同时生态护岸具有造价低、能美化环境的独特效果。随着当前综合国力的增强和人民生活水平的提高，人们从开始重视环境保护和生物多样性的同时，也开始注重水利工程的环境问题。生态护岸技术在近几年也有长足的发展，各地正在尝试在不同条件下应用植被草、水力喷播植草技术、土工材料绿化网、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等形式多样的生态护岸技术。但总体来说，生态护岸在水利工程中的应用尚处于试验和研究阶段。

3  生态护岸设计原则

3.1  水力稳定性原则

护岸的设计首先应满足岸坡稳定的要求。岸坡的不稳定性主要因素，一是由于岸坡面逐步冲刷引起的不稳定;二是由于表层土滑动或深层滑动破坏引起的不稳定。因此，应对影响岸坡稳定的水力参数和土工技术参数进行研究，从而实现对护岸的水力稳定性设计。

3.2  生态原则

生态护岸设计应与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性、减少对资源的剥夺、保持营养和水循环、维持植物生境和动物栖息地的质量、有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。主要包含以下几个方面。

（1）当地原则。设计应因地制宜，在对当地自然环境充分了解的基础上，进行与当地自然环境相和谐的设计。这一原则包括：尊重传统文化和乡土知识;适应场所自然过程，设计时要将这些带有场所特征的自然因素考虑进去，从而维护场所的健康;根据当地实际情况，尽量使用当地材料、植物和建材，使生态护岸与当地自然条件相适应。

（2）保护与节约自然资源原则。对于自然生态系统的物流和能流，生态设计强调的解决方案包括：保护不可再生资源;尽可能减少能源、土地、水、生物资源的使用，提高使用效率;利用原有材料，包括植被、土壤、砖石等服务于新的功能，大大节约资源和能源的耗费;尽量让护岸处于良性循环中，从而使资源可以再生。

（3）回归自然原则。自然生态系统为维持人类生存和满足其需要提供各种条件和过程，这就是生态系统的服务。这一原则着重体现在：自然界没有废物，每一个健康生态系统，都有完善的食物链和营养级，所以生态设计应使系统处于健康状态;边缘效应，在两个或多个不同的生态系统边缘带，有更活跃的能流和物流，具有丰富的物种和更高的生产力，也是生物群落最丰富、生态效益最高的地段。河道岸坡作为水体生态与陆地生态之间的边缘带，在设计时应充分考虑其边缘效应;维持生物多样性，保持有效数量的动植物种群，保护各种类型及多种演替阶段的生态系统，尊重各种生态过程及自然的干扰，包括自然火灾过程、旱雨季的交替规律以及洪水的季节性泛滥。

4  生态护岸技术

目前国内外相继出现了一批用于生态方面的材料和技术，如三维植被網护岸、植被草、水力喷播植草技术、土工材料绿化网、植被型生态混凝土等。为检验、分析各种生态护岸工程的优缺点和适用条件，以确定河道治理工程最优护岸方案，综合考虑水流、地质、交通、景观灯多种因素，我们选取了部分生态护岸类型进行分析研究，以便推广应用。

4.1  三维植被网护岸

三维植被网护岸是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过植物的生长对边坡进行加固。具体而言就是根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点，在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物，通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的。经过生态护岸技术处理，可在坡面形成茂密的植被覆盖，在表土层形成盘根错节的根系，有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

三维植被网护岸技术综合了土工网和植物护岸的优点，起到了复合护岸的作用。边坡的植被覆盖率达到30%以上时，能承受小雨的冲刷，覆盖率达80%以上时能承受暴雨的冲刷。待植物生长茂盛时，能抵抗冲刷的径流流速达6m/s，为一般草皮的2倍多。土工网的存在，对减少边坡土壤的水分蒸发，增加入渗量有良好的作用。同时，由于土工网材料为黑色的聚乙烯，具有吸热保温的作用，可促进种子发芽，有利于植物生长。

4.2  植物护岸

发达根系固土植物在水土保持方面有很好的效果，国内外对此研究也较多，采用发达根系植物进行护岸固土，既可以达到固土保沙，防止水土流失，又可以满足生态环境的需要，还可以进行景观造景，在河道护岸方面可以借鉴。

但在河道用植物护岸也存在一些问题。护岸易被雨冲刷形成深沟，护岸效果差，影响景观。因此，长期浸泡在水下、行洪流速超过3m/s的土堤迎水坡面和防洪重点地段（如河流弯道）不适宜植草护岸。

4.3  土工材料复合种植基护岸

土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工单元固土种植基等多种形式。

土工网垫固土种植基主要由聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、籽等组成。固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成，在多层网的交接点经热熔后粘接，形成稳定的空间网垫。该网垫质地疏松、柔韧，有合适的高度和空间，可充填并存储土壤和沙粒。植物的根系可以穿过网孔均衡生长，长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起。固土网垫一般可由人工铺设，植物种植一般采用草籽加水力喷草技术完成。

另外，还有一种土工单元固土种植基，即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片状材料经热熔粘接成蜂窝状单元中填土植草起到固土护岸的作用。这种护岸形式虽然比单纯植物护岸抗雨水冲刷效果好一些，但还不能应用到堤防迎水坡面。以后又有进一步发展，用混凝土、石笼等做成外框来增加坡面稳定性，但还是难以抵御较大洪水侵蚀。

4.4  植被型生态混凝土护岸

植被型生态混凝土是日本首先提出的，并在河道护岸方面进行了应用。近年来，我国也开始进行植被型生态混凝土的研究，并投入到实际工程应用中。

植被型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。多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细掺和料组成，是植被型生态混凝土的骨架。保水材料以有机质保水剂为主，并掺入无机保水剂混合使用，为植物提供必需的水分。表层土铺设于多孔混凝土表面，形成植被发芽空间，减少土中水分蒸发，提供植被发芽初期的养分和防止草生长初期混凝土表面过热。很多植被草都能在植被型生态混凝土上很好生长，在做过的实验过程中，紫羊毛、无芒雀麦表现出良好的耐碱性和耐旱性，紫羊毛还表现出优异的耐寒性能。

在河道护岸或护岸结构中可以利用生态混凝土预制块体进行铺设，或直接作为护岸结构，既实现了混凝土护岸，又能在坡上种植花草，美化环境，使硬化和绿化完美结合。

植被型生态混凝土具有较好的抗冲刷性能，上面的覆草具有缓冲性能。由于草根的“锚固”作用，抗滑力增加，草生根后，草、土、混凝土形成一体，更加提高了堤防边坡的稳定性。经实测，对边距45cm的六边形绿化混凝土孔构件，原重量30kg，长草生根后拔起力达到160kg。

5  结语

综上所述，在提倡人与自然和谐相处的今天，河道岸坡治理也从过去的仅注重安全、经济的治理模式向保持边坡的自然特征的生态模式转变。传统的护岸工程虽然在稳固边坡方面卓有成效，却忽视了环境保护和生物生存的需要。所以要加强生态护坡与工程措施的结合，并努力寻求在创造植被生存环境的过程中，尽量减少人工雕刻的痕迹。生态型护岸是一种新型的河道护岸方法，由于具有防浪、防水流冲刷、绿化和美化环境、满足生态环境要求等特点，其发展前景广阔，在工程效果得到保证、条件允许的地方，应注重生态型护岸的推广与应用，生态护岸出现顺应了人与自然共生的要求，不仅是河道护岸工程建设的一大进步，也将成为今后河道堤防护岸工程建设的主流。

随着生态护岸在河道堤防治理工程中应用普及，在规划河道景观的过程中，水利工程设计人员将针对防护要求和不同的水流、边界条件，综合使用物料、地理地貌、水文、操作难易程度等方面来择选护岸类型，使得河道成为“洪畅、堤固、水清、岸绿、景美”的生态景观廊，创造更加显著的生态效益和社会效益。

Application of Ecological Bank Protection Technology in River Embankment Treatment Engineering

Jiang Chengkun   Li Lushan   Gao Xue

（River Reservoir Management and Protection Center，Jimo District，Qingdao City，Qingdao 266200，China）

Abstract：This paper systematically analyzes the main problems existing in traditional river revetment，and introduces the application status and design principles of ecological revetment. In terms of application in river embankment treatment engineering，technical solutions such as three-dimensional vegetation net revetment，plant revetment，geotechnical material composite planting base revetment，and vegetation-type ecological concrete revetment are proposed to make the river channel an ecological landscape corridor and create more significant ecological benefits and social benefit.

Keywords：river management;river embankment;ecological bank protection

3502500338275