淺析河道生態(tài)護岸設計

畢然

摘 要：河道護岸是人類解決河流洪澇災害的重要工程手段，屬于人造工程的范疇，但由于設計理念、工程材料、結構構造的不同導致工程效果迥異。目前常見的護岸分為工程型護岸、景觀型護岸和生態(tài)型護岸。

1 生態(tài)護岸防護原理

在水勢平緩，水位變化不大的河段可以利用植物的根、莖或整體進行坡面保護和侵蝕控制。按照一定的規(guī)律把植物的根、莖或者枝干捆扎為整體種植[2]、扦插或者掩埋在河坡上，在植物生長過程中，植物枝葉可以截留雨水、增加入滲量、減少護岸表面徑流，減輕雨水對河坡沖刷，避免面蝕和溝蝕，植物根系可以增強護岸土壤的凝聚力，提高岸體的抗剪強度，加固和穩(wěn)定邊坡。

對水流流速快、水位變幅大、岸坡坡度較陡河段，堤岸邊坡土壤的抗沖抵抗力遠遠小于沖刷力，易發(fā)生邊坡失穩(wěn)，甚至引發(fā)大體積的崩坍，單純采用植物防護抗沖能力不足，需結合生態(tài)材料進行河岸防護。生態(tài)材料具有抗沖能力強、整體性好，耐腐蝕耐老化，適應地基變形能力強等優(yōu)點。植物措施與生態(tài)材料措施相結合，發(fā)揮生態(tài)材料的抗沖作用和植物的生態(tài)修復作用，在保證邊坡安全穩(wěn)定的同時，改善河岸生態(tài)環(huán)境，達到人與自然和諧相處的目的[3]。

2 生態(tài)護岸設計原則

生態(tài)護岸設計要綜合考慮河道的防洪排澇要求，并兼顧河道功能形態(tài)、生態(tài)景觀、工程占地和地域歷史文化等因素。河道不同河段護岸應結合具體需求，因地制宜考慮不同形式護岸交替布置，在彎道水流頂沖部位，應采用抗沖性較強的生態(tài)材料型護岸，而對于水勢平緩河段，盡量采用生態(tài)型較好的自然性護岸。護岸的結構、選型和材料繁多，包括自然草木類、土工合成材料類、生態(tài)混凝土類、植生擋土墻類。其各自的水力特性和適用條件亦不相同。河道生態(tài)護岸形式選擇應符合以下原則：

安全性：護岸結構起到防洪和保證邊坡穩(wěn)定的作用，其安全性和穩(wěn)定性是護岸結構設計最關鍵原則。在設計工況下，護岸必須滿足水流的抗沖要求，保證邊坡的穩(wěn)定，保護提防的安全和河勢穩(wěn)定。

生態(tài)性：生態(tài)護岸需要建立具備生物生存環(huán)境且開放的護岸生態(tài)系統(tǒng)，并保證該系統(tǒng)能夠自我運行和自我修復，實現(xiàn)一種水體與岸體、水體與生物相互涵養(yǎng)狀態(tài)，為動植物、微生物創(chuàng)造良好的河岸帶生態(tài)環(huán)境。

景觀性：生態(tài)護岸需營造趨向自然、原生態(tài)的景觀效果，體現(xiàn)自然生態(tài)景觀的和諧感，有較好的觀賞性，能夠與岸邊植物構成帶狀水邊景觀，實現(xiàn)“水清岸美”。

親水性：生態(tài)護岸需營造人水和諧的河流環(huán)境，創(chuàng)造人水親近的條件，提供豐富的親水活動空間，增加濱水區(qū)間的開放性和可達性。

3 生態(tài)護岸主要類型

根據(jù)使用材料的不同，生態(tài)護岸可分為全自然護岸、半自然護岸和多自然護岸[4]。

3.1 全自然護岸

全自然護岸指單純利用植物措施保證河坡的穩(wěn)定，通常以濕生、水生為主，喬灌草組合充分發(fā)揮各種植被的生長特性，利用植物本身水力學效應和根系的力學效應來抵抗沖刷，達到固土保土和岸坡綠化目的，實現(xiàn)安全與生態(tài)雙重目標[5]。全自然狀態(tài)下護岸，對河坡原有的生態(tài)平衡體系影響較小，能為多種物種提供繁殖和生存的棲息地，自然融合能力強，但抗沖刷能力較弱，適用于防洪需求較低的河段。常見的全自然護坡有植草護岸、柳枝護岸、挺水植物護岸等形式。

植草護岸常用于水流流速慢、邊坡較平緩、防洪需求較低的河道。由草皮覆蓋的岸坡當雨水形成徑流通過時，可有效地保護土壤的土顆粒不隨徑流流失，且植草根系的繁衍，具有加筋作用能固定草根間的土壤，使岸坡土體更加穩(wěn)定[6]。植草護坡與灌喬木配合能發(fā)揮更顯著作用。

柳枝護岸是傳統(tǒng)治河方法中最一般、最常用的方法。主要因為柳枝耐水性強；易成活，生長迅速，可扦插繁殖；柳枝柔順，能適應水流；繁茂的枝條為路上昆蟲提供生息場所，浸入水中的柳枝、根系還為魚類產(chǎn)卵提供場所。柳枝護岸在北京永定河和涼水河的治理中得到廣泛應用。

挺水植物用于護岸時，又被稱為露出型、出水型和沿岸型水生植物，常見的有蘆葦、荻、寬葉香蒲、棒狀燈芯草和衰衣草等。挺水植物繁殖濃密的莖葉能抵抗、減弱水流對岸坡的沖刷，根莖能發(fā)揮有效的固土作用，沿河道邊岸水線形成一個保護性的岸邊帶。挺水植物來源廣泛，易繁殖，造價低，廣泛應用于水勢平緩的河道。

3.2 半自然護岸

半自然護岸是利用工程措施將植被與木材、石材等自然材料相結合，發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，既起到保護、加固岸坡的作用，又能改善岸坡生態(tài)環(huán)境。較全自然護岸結構，由于木材與石材等材料的框架和加固作用，使岸坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力得到了大幅度的提高，防護作用立竿見影。常見的半自然護岸形式有木樁護岸和拋石護岸。

木樁護岸是將木樁與植被、柴捆、填石等自然材料結合，達到固土護坡，穩(wěn)定河岸和改善生態(tài)環(huán)境的目的。木樁護岸分為單排木樁、雙排木樁和多排木樁等形式，將松木、柳木等木材制成一定長度木樁，傾斜或垂直打入地基，木樁的入土深度不應小于樁身長度的50%。木樁護岸抗沖刷能力強，透水性好，親水性高，木樁間空隙能為水中動物提供庇護，也適合水邊植物附著生長，有利于營造生態(tài)廊道和多層次生態(tài)棲息地，使水體、木樁和植載和諧統(tǒng)一；特別適用于景觀要求高、蜿蜒曲折的河岸。

拋石護岸常用于石料豐富地區(qū)的河岸崩塌部位和水流頂沖部位，一般置于水下，具有容易拋投，適應性強，透水透氣性好，親近自然等特點。拋石高度如果高于水位則須逐層碼放，石塊間相互契合，保證拋石護岸的整體性穩(wěn)定性。拋石護岸對原地貌改變較少，生態(tài)自然，可提供多樣的濱水棲息地，生態(tài)功能整體性表現(xiàn)較好，適用于城郊和鄉(xiāng)村對防洪要求底，卻有生態(tài)環(huán)境要求的河道。

3.3 多自然護岸

多自然護岸是利用工程措施，將植物與生態(tài)混凝土、土工合成材料等生態(tài)材料相結合，形成具有較強抗沖蝕能力的護岸結構，實現(xiàn)防洪功能、生態(tài)功能和景觀效果的共贏。常見的多自然護岸形式有生態(tài)袋護岸、生態(tài)格網(wǎng)護岸、土工網(wǎng)墊固土種植基護岸、生態(tài)混凝土護岸、多孔質(zhì)結構護岸、自嵌式植生擋土墻護岸。

生態(tài)袋護岸是利用聯(lián)結扣、加筋格柵、錨桿等構件把裝滿植物生長基質(zhì)的生態(tài)袋按照一定規(guī)則牢固固定在河坡上，并在生態(tài)袋表皮上通過插播、混播、噴播和鋪草皮等方法實現(xiàn)植物生長。生態(tài)袋之間、生態(tài)袋與護坡之間通過聯(lián)結扣等專業(yè)配件緊密連接，并隨著植物根系生長，發(fā)達的根系對生態(tài)袋和坡體結合起到進一步固定作用。生態(tài)袋護岸易于植物生長，生態(tài)環(huán)保，能適合任何坡度的邊坡，施工簡單快捷，一般適用于流速不大的河道。

生態(tài)格網(wǎng)是將表面鍍鋅或復合防銹處理的低碳鋼絲采用特殊機械編織成六邊形、絞合狀網(wǎng)片，根據(jù)設計尺寸，組裝成箱籠，裝入塊石等填充料，用于堤坡防護，并采用富有營養(yǎng)成分的土壤覆蓋箱籠和填塞縫隙，以實現(xiàn)植物的自然生長。箱籠之間用同質(zhì)材料綁扎聯(lián)接，能適應地基或坡面的不均勻沉降；箱籠護岸可以做成直立砌體擋土，也可以平鋪護坡，適應性強，并具有將強的抗沖能力，適合流速較大的河道。

土工網(wǎng)墊固土種植基護岸由固土網(wǎng)墊、種植土和植物種子組成。固土網(wǎng)墊是由多層網(wǎng)墊熱熔黏結成的空間網(wǎng)墊，內(nèi)部填充土壤作為植物的生長基，植物根系可穿過網(wǎng)墊生長，發(fā)達的根系可使植物、網(wǎng)墊和邊坡牢固的結合在一起，提高了邊坡的穩(wěn)定性[7]。固土網(wǎng)墊柔韌，抗沖能力強，可適應不同坡度邊坡，施工便捷，可由人工鋪設，植物種植可采用水力噴播草種技術完成。土工材料護岸常用于水流流速小于5m/s的河流。

生態(tài)混凝土又被稱為植被性混凝土，是能適應綠色植物生長、進行綠色植被的混凝土，是由日本首先提出并運用在河道護岸方面[8]。生態(tài)混凝土由多孔混凝土、緩釋肥料、保水材料和表層土組成，本質(zhì)上是一種有著連續(xù)空隙，能保證水與空氣通過的多孔混凝土，表層土鋪設于多孔混凝土的表面，提供植被發(fā)芽初期的養(yǎng)分。生態(tài)混凝土具有生態(tài)環(huán)境功能優(yōu)越，結構穩(wěn)固，堤坡整齊美觀，施工簡便，取材簡單，便于維護管理等優(yōu)點，其可耐受的水流流速為4m/s左右。

多孔質(zhì)結構護岸是指利用混凝土預制件、自然石等材料，組成帶有孔狀的適合動植物生存的護岸結構。多孔質(zhì)構件穩(wěn)定靠塊與塊間的嵌鎖作用以及加筋體聯(lián)接。生態(tài)孔為植物生長和魚類繁殖提供場所，植物根系還具有固化護岸作用。多孔質(zhì)結構護岸可以充分保證河岸與河流水體的水分交換與調(diào)節(jié)功能，保持了河道生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

自嵌式植生擋土墻是由自嵌式擋土塊塊體、填土和加筋帶構成的復合體，主要依靠塊與塊之間的嵌鎖作用和加筋土重量防止邊坡滑動和傾覆失穩(wěn)，以達到穩(wěn)定岸坡的作用。自嵌式擋土墻為柔性結構，適應變形能力強，抗沖刷能力強，施工便捷，造型美觀，生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點，有效解決了傳統(tǒng)擋土墻造價高、外形單一、生態(tài)效果差等問題，為擋土墻結構向景觀化、生態(tài)化發(fā)展提供了新的途徑。

4 結語

設計生態(tài)護岸的原則是保證河道防洪排澇的安全，改善水域生態(tài)環(huán)境，恢復河道的自然景觀，改進河道親水性，營造人與自然和諧相處的水環(huán)境。本文闡述了生態(tài)護岸的防護原理，歸納了生態(tài)護岸的設計原則，總結了常用的生態(tài)護岸類型，以期為河道生態(tài)護岸設計提供借鑒和參考。

（作者單位：北京市水利規(guī)劃設計研究院）