生态护坡技术在生态河道建设中的运用

谢斌华

（常州市武进区水利综合管理服务中心嘉泽分中心 江苏常州 213153）

传统的河岸护坡设计中，一般采用硬质护坡作为主要的形式，硬质护坡会破坏正常的景观环境，还并不具备生态效益，容易造成水体水质恶化，影响居民的生活环境，虽然在防洪、泄洪、耐久性方面具有很多优势，但是已经不能满足现在城市生态建设的理念要求。为了满足生态建设的需求，目前，对护坡的建设都以生态护坡为主，可以改变河道的生态建设效果，提升河道生态的稳定性。由于生态护坡的结构更为复杂，因此，在实际应用中，需要综合考虑河道建设的各方面需求，确保生态护坡的建设效果。

1 我国生态护坡技术运用的现状

河道除了具有航运、泄洪等功能，还具有生态调控和涵养水源的功能。但是传统的河道治理工作多单纯重视航运和泄洪的效果，对生态调控和涵养水源并不重视，因此，无法生长动植物的硬质护坡就成为了河道护坡的主要形式。虽然硬质护坡的寿命长、结构稳定、耐冲刷，但是会降低河道的生态调控和涵养水源功能，存在很多方面的不足，会对周围产生比较严重的破坏。

1.1 硬质护坡对景观环境的破坏

很多景观都在河道的附近设置，景观建设中，需要景观和自然环境结合，才能获得最好的景观建设效果，由于硬质边坡会导致景观远离自然环境，因此，景观建设效果也就大打折扣。例如，很多地区的河道边坡都会给城市居民提供亲水环境，但是硬质边坡很难给城市的居民带来良好的亲水体验，难以满足城市居民的亲水需求。因此，目前需要使用生态边坡强化河道周边的生态建设，配合景观设施提升景观建设效果。

1.2 硬质护坡对动植物生命环境的破坏

传统的硬质边坡会占用生态环境的空间，而且并不会发挥生态作用，因此，造成了生态环境的破坏。原本的水生、陆生动植物生存环境被混凝土覆盖，生物因此失去了生存环境［1］。河流、浅地下水、地表水之间的交换直接被硬质边坡所阻断，不能实现自然渗透，河岸也失去了原有的过滤功能，河水中会淤积大量的污染物质，造成河水十分浑浊。很多地区河流两岸的生态环境都受到了传统边坡的不利影响，而且河流岸坡使用石料、水泥等材料进行修筑时，原本在生态系统中发挥水源涵养、水质净化功能的水生生物不能生存，导致河流的自洁能力严重降低，并且导致水质出现进一步的恶化问题。阳光的作用下，由于缺少其他生物竞争水中的营养，水中微生物会快速生长，使得水中容易滋生蚊虫、病菌等。硬质护坡不能有效消解水流动的动能，会导致水流速过快，水中生物大量减少，以及岸上的天然植物缺乏，进一步影响了水鸟的生活。结合目前的调查结果，在建立硬质边坡之后，水生生物减少了一半以上，沿岸的物种也大批量减少。

1.3 硬质护坡对居民生活环境的影响

硬质边坡的建设项目施工中，会在混凝土中加入大量的是试剂，如减水剂、膨胀剂、早强剂等，随着建设结束，由于硬质边坡和水接触，导致这些外加剂会溶解在水中，给河水环境、水质带来严重的负面影响。由于硬质边坡失去了天然的植物过滤、吸附功能，导致很多地表有机质经过水径流的作用汇入到河流，会对水体造成比较严重的污染，影响居民的生活环境。虽然边坡并非导致环境出现恶化的关键因素，但是自然原本的环境被硬质混凝土结构所覆盖，会严重影响人文景观的和谐，很难满足居民对生活环境的要求。

2 生态护坡技术在生态河道建设中的运用策略

生态护坡技术是涉及水力学、生态学、景观学、土壤学等多门学科的技术，因此，目前在学界对意义并没有普遍共识。一些学者认为生态护坡技术就是在坡岸上种植植物，但是这种认识方式还具有一定的片面性，并不能概括生态护坡在整个河道中的作用。结合目前的理解，认为生态护坡要结合自然生态环境建设、水位变动控制、保护地区水土资源的功能［2］。因此，一般将生态护坡概括为在保护河道行洪排涝功能的前提下，具有预防水土流失、保证河道稳定的系统，即生态护坡。生态护坡能够实现与周围自然环境的物质交流，是一个和周边生态系统联系密切的开放式系统。通过建设生态护坡，可以满足河道生态系统平衡的需求，完善河道两侧的生态建设。在生态护坡的系统内食物链十分复杂，可以实现系统内的物质循环。生态护坡也可以实现水流、地下水、地表水系统之间的交换，岸坡和水流之间也有冲刷和阻碍关系，属一种动力式的生态系统。在社会作用上，由于生态护坡的存在，实现了生态系统和自然系统之间的联系，有利于城市社会建设和生态系统建设之间的协调发展。由于建设生态护坡是一个持续性的过程，因此，需要采取合适的策略，开展建设工作。

2.1 生态河道护坡技术的应用原则

通过在袋体内固定植物的生长基质，以及通过生长基质和植物根系的配合，可以产生锚固作用，有利于实现生态护坡的稳定性，抵抗周围水流冲刷。合理的生态护坡建设能够美化城市环境，节约城市环境保护的投资，是目前在河道建设中广泛使用的治理方法。设计时，需要遵循以下原则。

（1）安全性。生态护坡具有保护河道安全的作用，因此，在设计过程中，需要满足安全性设计的要求，包括具有较强的防洪、护岸能力，控制成本时，也要充分考虑安全需求。

（2）生态性。生态护坡必然具有非常明显的生态特征，需要实现水生、陆生、水陆两生动物、植物的生长空间建设，并且不能在建设中错误选择动植物导致生态入侵问题。所以，设计之前，需要对当地的生态环境、水文环境进行调查分析，确保生态设计的合理性。

（3）美观性。生态护坡是城市的一部分，需要通过建立河岸生态系统提升城市环境的美观程度。所以，设计人员需要加强生态护坡在视觉方面的设计，比如，合理使用柔性设计和提升生态护坡的层次感［3］。

（4）亲水性。为了避免由于生态护坡建设导致二次污染应该使用自然材料，根据亲水性要求，选择合适的护岸类型，满足城市居民对亲水性的需求。

（4）环保性。生态护坡的建设应该避免产生二次污染，因此，在建设时，应该合理选择材料，避免材料中的有害物质影响水体。

2.2 生态护坡绿色植物的选择

生态护坡的植物选择需要考虑植物的锚固作用，充分利用植物的根系和茎叶，提升土地的结持力和降低由于雨水、河流对护坡的冲击。因此，生态护坡在选择植物时，需要考虑两方面：一方面要分析植物系统控制侵蚀的力学机制，另一方面也要分析植物系统在控制水侵蚀的水文机制。植物可以分为草本植物和木本植物两大类，这两种植物的生态特性并不相同，在力学特性上也有很大不同，作用机理也有非常大的区别。结合植物根系的形态特征，可以分为草本根系和木本根系。木本根系可以进一步分为水平根系和垂直根系，从力学角度分析，可以分为浅根系和深根系两种类型。

浅根系拥有加筋作用，通过植草根系，可以在土中形成盘根错节的结构，构成边坡土体在延伸范围内形成和草根的复合材料，草根可以视为有预应力的三维加筋材料［4］。浅根系的锚固作用中，木本根系的垂直根系主根比较粗壮，能扎入比较深的土壤中，垂直深根穿过边坡的软弱层或者滑动面，可以锚固产生锚固作用，实现对边坡的加固，构成锚杆或者抗滑桩的结构。

植被的地上部分的茎叶、枯枝、落叶能够减少降雨对地面的直接接触和冲击，草本植物具有非常强的控制土壤侵蚀能力，利用降雨截留、土壤增渗、土壤固结等作用，能提升边坡的稳定性，延长边坡的寿命，还能改善边坡的小气候，降低土壤表面的侵蚀问题。

选择植被时，需要考虑建设植被的群落，确保在一定生长条件下某些植物是可以构成稳定的生态体系，提升植物植被和环境之间的相互作用，形成特有的内部环境。不同条件下形成的植物群落在构建时也需要遵循生态多样性原理，以便可以产生边缘效应［5］。由于不同季节植物群落的形式不同，而且植物群落的发展也会导致群落演替，在建立生态护坡的过程中，也要考虑植物群落替代的过程，建立植物的更替路径，并确保植物群落的结构变化依然能满足生态护坡的建设需求。

植物栽植之前，需要对工程区域的植被类型进行充分调查，然后考虑植物的适应性、安全性、景观效果、生态平衡等问题，进行选择。树种应该满足当地的气候条件要求，而且要避免出现生物入侵损害，确保抵抗病虫害的作用。为了确保生态边坡可以维持较长时间的稳定，需要确保植物拥有足够长的生命周期。根据管理等方面的情况，要选择易于管理的植物，保证环境的美化效果。

2.3 生态护坡建设结构的选择

2.3.1 护岸形式

目前，常见的硬防护形式包括坡式、坝式、墙式护岸。使用坝式，能够实现控制主流、稳定河势、保证河岸稳定的作用，但是也会影响水流的流动，河岸原有的平顺状态也会由于坝式护岸改变，造成水流的冲击力增加，容易造成对河道两岸更严重的破坏。墙式具有强度高、耐用性强、占地面积小的特点，但是施工工序比较繁琐，工程建设比较困难，而且造价非常高。坡式护岸是最传统的护岸形式，这种护岸结构会在一定范围内敷设耐冲击材料，构成连续覆盖式的防护，对河床的影响比较低［6］。

2.3.2 护岸组成材料

通常，生态护坡的材料包括土工格栅、连接口、生态袋、辅助材料，也可以将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网中直接固定在边坡表面进行绿化。工程中，最为常用的方法是生态袋，生态袋的常用材料为PE膜，这种材料可以回收、无毒、抗紫外线、孔隙度较高，而且强度很高并且不会降解，能满足内部填充物透水性的要求，保证所有的材料都在生态袋内部填充，可以确保喷洒和播种的效果，提升绿化水平。在河岸生态护岸工程中，会大量使用软性岩土材料，能够给各种动植物的生长提供足够的空间，各种永久结构在土建时也要尽量减少水泥、混凝土、石头等不利于动植物生长的材料，避免高污染硬质材料的使用，确保与自然环境之间的协调。

2.3.3 结构设计

生态河道护坡一般包括加筋结构和不加筋结构两部分，根据现场情况，可以转换两种结构，一方面可以大幅度降低材料的使用，并且也能进一步提升生态护岸的建设效果，满足生态防护的需求。近年来兴起了三脚架结构设计，可以向三脚架中加入各种合适的材料和土壤，完成基于三脚架的绿色植物种植，方便建立一个完整的生态系统。在选择结构时，需要考虑土木工程和植物系统之间的构造和结合，通过建立一个再生的自然防护系统，保证植物在土壤表面覆盖，减少水土流失对生态护岸造成的影响，控制河道水流对护岸的冲击力。结构设计工作中，也要有效减少对混凝土的材料的使用，以及考虑在不同季节下生态护岸的造型变化，满足各类植物的生长需求。

3 工程实践

3.1 工程概况

某河岸的生态治理中，对河岸进行了全新的建设，新建堤防4800m，对原有堤防加厚1090m，新建总长12 000m的河道换，根据50年一遇的标准进行防洪规划。

3.2 护岸材料选择和设计

结合工程的实际情况，本工程采用了坡式护岸的形式，常用材料包括干砌石、混凝土板、水工连锁砖等。护岸的防护轴线位置结合现有的护岸情况，通过实现上下游之间的平顺衔接，保持河道原本的流向和状态，避免建设过多导致出现大量填方和挖掘工作，从而保证河道的稳定生态状况，减少建设对河道的扰动。为了保证提供通畅的泄洪渠道，将护岸工程分成了五段，即三段左岸和两段右岸，护岸使用了绿滨垫护岸，护岸下设置绿滨垫进行水平防护，尺寸为4m×3m×0.3m，所使用的网箱孔尺寸为80mm×80mm。

3.3 经济效益比较

通过分析，使用混凝土护板坡相对比较贵，而使用干砌石护岸最为便宜，并且结合之前的建设情况，使用了具有较强抗冲击力而且生态效果更好的绿滨垫边坡进行施工。

3.4 建设效果

通过建设表明，采取生态护坡，相比传统的护坡设计具有非常明显的优势，有效避免了传统护坡过于呆板、僵硬的特征，更有利于环保、绿化、工程结构的一体化。通过在不同季节搭配不同的植物，有效提升了护坡的美观程度，大量植物的种植使得该河段的水源涵养能力提升，河水的水质相比以往更好，能满足人与自然和谐发展的需求，而且边坡的成本非常低。在后期管理和维护上，由于植物能自行生长，通过生态建设让植物可以根据自然规律更替，因此，维护压力相对很低，降低了生态边坡的管理费用。

4 结语

生态护坡是现代河道建设的重要环节，传统的硬质护坡结构已经不能满足生态建设要求，并且对生态环境也造成了一定的破坏，设计人员必须从生态建设角度开展生态护坡的设计工作。实际设计中，应该合理进行生态护坡植物种类的选择，遵守生态护坡的设计原则，根据现场地质条件、生态条件，使用合适的生态护坡结构，确保生态护坡可以发挥生态保护的作用，提升生态护坡的稳定性，为城市建设更为和谐的生态环境。