自然型河流生態(tài)護岸技術(shù)研究

甘美娜 王棟宇 溫瑩 趙強民 胡傳偉

（棕櫚生態(tài)城鎮(zhèn)發(fā)展股份有限公司 廣東廣州 510627）

自然型河流生態(tài)護岸技術(shù)研究

甘美娜 王棟宇 溫瑩 趙強民 胡傳偉

（棕櫚生態(tài)城鎮(zhèn)發(fā)展股份有限公司 廣東廣州 510627）

從分析河溪生態(tài)系統(tǒng)退化影響因素入手，提出對濱水景觀修復(fù)應(yīng)進行自然型生態(tài)護岸建設(shè)方面的完善和補充。自然型生態(tài)護岸是一個系統(tǒng)，包括植生護底和植被護坡。為了給自然型護岸坡面景觀綠化提供穩(wěn)固且生態(tài)的基礎(chǔ)，總結(jié)七種主要的植生護底技術(shù)，并列表對比它們的適用范圍、作用和使用注意要點。植被護坡有較多的技術(shù)類型。案例分析表明，種互花米草的自然型生態(tài)護岸具有較好的經(jīng)濟性。根系研究和項目應(yīng)用表明，河流植被護坡優(yōu)選品種是藍花草。

風(fēng)景園林；生態(tài)護岸；土壤生物工程；植生護底

1 引言

本研究以自然型河流生態(tài)護岸為研究對象，探討護底工程和護坡工程的生態(tài)技術(shù)。植生護底的樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁的方法、技術(shù)在自然型護岸使用可為坡面綠化打下穩(wěn)固且生態(tài)的基礎(chǔ)，探討這些技術(shù)的適用范圍、作用和使用注意要點。20世紀(jì)60年代后期，歐洲國家認識到導(dǎo)致河溪生態(tài)系統(tǒng)退化的根本原因是傳統(tǒng)的河流治理工程[1]。護岸是河溪生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，目前的河流規(guī)劃設(shè)計對生態(tài)方面的理念和方法技術(shù)有著較大的需求，特別在是水質(zhì)凈化方面。根據(jù)邊際效應(yīng)，水陸交界地方有著重要的生態(tài)作用，生態(tài)型護岸備受關(guān)注，特別是自然型河流生態(tài)護岸技術(shù)。

2 生態(tài)護岸

外國一般把生態(tài)護岸定義為：“借助土木工程措施，單獨使用綠色植被，或者綠色植被與非生命材料相結(jié)合，旨在減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕的護坡”[2～3]。發(fā)達國家很早就對這方面展開研究，瑞士、德國在20世紀(jì)80年代末提出了“自然型護岸”技術(shù)，日本在90年代初提出了“多自然型河道治理”技術(shù)，同時美國在80～90年代出版了數(shù)部“土壤生態(tài)工程（Soil Bioengineering）”的經(jīng)典書籍[1]。日本的生態(tài)護岸比較著名，其主要類型有自然型、半自然型和人工型，自然型生態(tài)護岸又細分為植物、干砌石和原木格子護岸三種[4]。土壤生物工程技術(shù)的施工有扦插、灌叢墊、梢捆、層栽、埋根、籬墻、原木擋墻等十幾種方式，主要是前五種方式搭配靈活、施工方便、應(yīng)用廣泛[5]。

根據(jù)文獻分析，歐洲、日本、美國在生態(tài)護岸的內(nèi)涵、分類、技術(shù)細節(jié)方面略有不同，但是他們在單獨使用綠色植被方面的研究都較多，應(yīng)該跟使用生物材料更符合生態(tài)原則有關(guān)。自然型生態(tài)護岸有如下優(yōu)勢：在經(jīng)濟效果方面，生物材料柔韌細軟、材源豐盛、施工簡便迅速、養(yǎng)護成本較低；在景觀效果方面，植被綠化覆蓋率較高，約80～95%，護岸結(jié)構(gòu)有利于植物生長，促進濱水植物群落的形成；在生態(tài)效果方面，用萌芽木樁以利護坡植物生長，能提供立即性保護層，護岸的高滲透性方便水、陸系統(tǒng)交換物質(zhì)，材料無二次污染等后遺癥。中國古人在4000余年前已利用柴枕/柴排進行河道治理，因此，國內(nèi)經(jīng)驗結(jié)合國外先進技術(shù)將更有利于恢復(fù)國內(nèi)退化的河流生態(tài)系統(tǒng)。本文以自然型河流生態(tài)護岸為研究對象，探討護底工程和護坡工程的生態(tài)技術(shù)及其應(yīng)用效果。

2.1 植生護底

護岸工程包括“護坡工程”和“護底工程”兩部分，通常以河道多年平均枯水位為界，界限以下的部分又稱為“護腳工程”。護岸治理原則是先護底后護坡，根基穩(wěn)固才能防沖、防浪、防塌和抗冰凍，從而為護坡工程提供保障。自然型生態(tài)護岸可以分為植生護底部分和植被護坡部分。

生態(tài)護岸的基本類型分為自然原型護岸、自然型護岸和多種人工自然型護岸三種，其中自然型護岸分為柴籠、枝條捆包、植被格、木籠墻、樹枝沉床、樹木鋪面、原木與根系填料鋪面、棕纖維卷等[6]。我國柴枕法中的植生護底技術(shù)有七種，即樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁護底技術(shù)[7]2～6。仔細分析以上的多種方法和技術(shù)，發(fā)現(xiàn)它們之間有著相通之處。柴枕法在植生護底方面的劃分更細致，故以其七種類型的技術(shù)為主，結(jié)合自然型護岸中的相關(guān)形式，從類型、做法、適用范圍、作用和使用注意要點五個方面做對比，形成表格（表1）。

使用這七種植生護底技術(shù)可以加強土壤生物工程護岸的護底工程，增強防洪、抗蝕等水利工程性能。在有防洪等剛性要求時，自然型生態(tài)護岸宜采用護底工程和護坡工程配合的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 植被護坡

自然型生態(tài)護岸的水上邊坡部分是濱水景觀和動植物生境的重要組成部分，主要以植被覆蓋為主。植被護坡的類型有很多，如草皮、人工種草、液壓噴播植草、樹樁、樹枝壓條、休眠樹干、植被格等。該處的植物品種、結(jié)構(gòu)、層次，優(yōu)勢群落的篩選，以及抗污染能力，都需結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件做進一步研究。植物篩選需考慮環(huán)境適應(yīng)性、耐淹性、成活率、生物多樣性等條件。華南地區(qū)濱水緩沖帶淹水深度約20cm的優(yōu)選植物是朱蕉和朱纓花，它們至少可耐淹28d，次選為夾竹桃、錦繡杜鵑和灰莉，紫葉狼尾草可耐淹7d，朱槿可耐淹4d[8～9]，這些品種可以配置在最高水位線附近。

以種護花米草（Spartina alterniflora）的自然型生態(tài)護岸為例，植被護坡在經(jīng)濟性方面的表現(xiàn)較好?；セ撞菔且环N從美國引進的多年生禾本科植物，在水深3m內(nèi)浸泡5h/d無損，耐鹽堿土，可消浪50%以上。從浙江省龍江水閘使用拋石和互花米草護岸的經(jīng)濟效益對比，后者的促淤效果明顯較好[7]129～130。前者造價約為后者的40倍（表2），可見植物護岸技術(shù)的經(jīng)濟優(yōu)勢。在廣東茂名市水東鎮(zhèn)水東灣濱海濕地使用該品種，可以在沿海灘涂上防止土壤流失、促淤，還可以防沖、防浪和防塌，保護硬質(zhì)海堤，觀察到其間有鳥類出沒，對因建造海堤而退化了的濱海動植物生境的修復(fù)起了一定作用（圖1）。

表1 植生護底方法對比表

表2 浙江省龍江水閘拋石與互花米草護岸效益比較表

圖1 水東灣濱海濕地互花米草

與入侵植物互花米草不同，藍花草（又名翠蘆莉）（Ruellia brittoniana Leonard）不屬于入侵物種，而且景觀效果更好（圖2）。為研究藍花草的根系在冬季至春季的萌發(fā)情況，在2016年11月4號剪藍花草長勢相近的枝條6枝進行室內(nèi)水培，切條的切口不進行處理。藍花草成活率100%，不定根根系生長情況相近：在12月中旬其新萌發(fā)的根系發(fā)育良好、須根較發(fā)達，根系長度約15cm（圖3），在次年3月初根系已長達50cm（圖4）。藍花草的抗逆性較強，適應(yīng)范圍較廣，耐旱和耐淹性較強，扦插繁殖成活率較高，具有做自然型河流植被護坡的潛力。

圖2 藍花草的花朵

圖3 藍花草12月中旬根系生長情況

圖4 藍花草次年3月中根系生長情況

2.3 生態(tài)護岸是一個系統(tǒng)

每一條河流都有它的特點，所以每一條河流都有它的規(guī)律，這就要求針對每一條河流的護岸有相應(yīng)的生態(tài)治理和修復(fù)的方法。河流護岸是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，不但涉及水域生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)，還有水陸交界帶。區(qū)域、地形、氣候、水文、土壤等因素影響著河流護岸的形狀、流速、營養(yǎng)成分等，形成多樣的動物、植物、微生物等生境。因此，在選擇護底技術(shù)和護坡技術(shù)的組合模式時需要綜合考慮。

美國在做河流護岸景觀規(guī)劃時，一般會借鑒當(dāng)?shù)睾恿鞯臍v史數(shù)據(jù)，假如缺失會用相鄰河流或情況相近河流的數(shù)據(jù)來建立模型，通過模擬、分析手段來確定生態(tài)設(shè)計方案。我國在相關(guān)數(shù)據(jù)的公開、查詢等方面可以借鑒美國模式。

3 應(yīng)用

梅州市的芹洋半島濕地公園，沿梅江芹洋半島U形水系的北岸建設(shè)，總長約4.7km，項目分兩期建設(shè)。第一期工程范圍為廣州大橋上下游段1.5km處，該段的濕地公園建設(shè)在2015年11月已完成七成，在2016年2月下旬已經(jīng)建成開放。該市的第一季度降雨量是多年同期的2.7倍，1月份降雨量達305mm，創(chuàng)下歷史紀(jì)錄。在2016年3月19～24日，該市普降暴雨，部分地區(qū)還出現(xiàn)冰雹和6～8級短時雷雨大風(fēng)等強對流天氣，致使該市提前開汛。持續(xù)強降水使江河水位暴漲，梅江橫山水文站超警戒水位[10]。芹洋半島的羅樂大橋的施工縮小了過水?dāng)嗝?，抬高了梅江水位。第一季度降雨量?chuàng)紀(jì)錄、提前開汛以及羅樂大橋施工影響，導(dǎo)致了4月中旬梅江平均水位比去年同期高了約20cm[11]。

上述情況使得公園濱江處的植物，處于較長時間的淹水脅迫狀態(tài)，導(dǎo)致葉片枯黃、脫落，嚴重的出現(xiàn)植株枯萎。但是，根據(jù)2016年3月23日的現(xiàn)場照片可知，藍花草的葉色仍然濃綠，沒有脫葉現(xiàn)象（圖5），耐水淹能力得到了工程實例驗證。梅州市在2016年降雨量達到2497.6mm，創(chuàng)造了歷史記錄。從2017年1月的現(xiàn)場照片（圖6）可以看到經(jīng)過修剪的藍花草生長狀況良好，經(jīng)受住了較大降雨量的考驗。

圖5 藍花草植被護坡（2016年3月）

圖6 藍花草植被護坡（2017年1月）

對于遭受河流洪水破壞的岸坡（圖7），根據(jù)情況綜合應(yīng)用自然型河流生態(tài)護岸技術(shù)，將塌方駁岸處陡坡地形重新修整為緩坡地形，以松木樁夾石塊做護腳，以連接植生做護坡（圖8）。從2017年5月的現(xiàn)場照片可知，經(jīng)過一年多的時間，該生態(tài)修復(fù)岸坡的景觀效果較好，植被生長良好（圖9）。

圖7 此段岸坡遭受河流洪水破壞

圖8 生態(tài)護岸做法剖面圖

圖9 生態(tài)修復(fù)效果

在坡度較陡處使用植生石籠技術(shù)（圖10左岸），在坡度較緩處應(yīng)用連接植生技術(shù)（圖10右岸），在一年多的時間里，經(jīng)受住了2016年的較大降雨和水位變化，右岸新的植被已經(jīng)基本完全覆蓋原來的石籠（圖11），左岸的園林植物藍花草植被開花效果較好、覆蓋度較高，避免了土地裸露，實現(xiàn)了岸坡復(fù)綠。

圖10 植生石籠（左）與連接植生（右）（2016年3月建成初期）

4 結(jié)論

圖11 植生石籠（左）與連接植生（右）（2017年5月）

在有防洪等剛性要求時，自然型生態(tài)護岸宜采用植生護底工程和植被護坡工程配合的結(jié)構(gòu)形式。樹枝柴排、樹枝捆扎、椰纖捲、植生蛇籠、連接植生、活性木框架和活性捆樁護底技術(shù)，可以加強自然型生態(tài)護岸或土壤生物工程護岸的護底工程。種護花米草的自然型生態(tài)護岸在經(jīng)濟性和生態(tài)性方面呈現(xiàn)較好的效果。自然型生態(tài)護岸在非城區(qū)或郊區(qū)河段、濱海濕地護岸景觀改造工程中，可以以較低成本獲得較明顯生態(tài)效果。在選擇護底技術(shù)和護坡技術(shù)的組合模式時需要綜合考慮。根系研究和項目應(yīng)用表明，河流植被護坡優(yōu)選品種是藍花草，以其做植被護坡的主要植物品種，宜在河流緩坡處推廣應(yīng)用。

注：圖1、4為作者自攝；圖2為吳燕昌、甘美娜、簡向陽拍攝；圖3為簡向陽拍攝；圖5為黃鵬鴻拍攝；圖6、9、11為胡福超拍攝；圖7、8為林模乾拍攝、繪制。

[1]劉瑛.土壤生物工程技術(shù)在河岸生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用效果的研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，2011：1.

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[10]張柯，羅碧瑜.2016梅州五大氣候事件發(fā)布（第2版）.梅州日報，2017，1.

[11]為什么梅州城區(qū)梅江水位長期保持在高位？梅州市梅江區(qū)人民政府網(wǎng)站 http：//www.meijiang.gov.cn/mjms/zxzx/ts/2016-04-14/1460615912d264 019.html）.

TV85

A

1005-7897（2017）14-0022-03

2015年生態(tài)園林產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟項目（濱水耐淹植物的篩選及配置技術(shù)研究）；廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項資金項目（2015B020235008）。

2017-7-15

甘美娜（1984-），女，廣東湛江人，中級工程師，碩士，主要從事景觀生態(tài)修復(fù)相關(guān)工作。