生態(tài)護(hù)岸技術(shù)在城市邊緣區(qū)河道應(yīng)用淺析

楊光磊

摘要：隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人們不斷加大對(duì)城市邊緣區(qū)河岸帶的開(kāi)發(fā)，致使其生態(tài)系統(tǒng)完整性受到嚴(yán)重破壞。簡(jiǎn)要綜述了國(guó)內(nèi)外護(hù)岸技術(shù)的研究歷程以及生態(tài)護(hù)岸的分類和特征，基于城市邊緣區(qū)河道特點(diǎn)，提出分層分級(jí)合理運(yùn)用生態(tài)護(hù)岸技術(shù)修復(fù)城市邊緣區(qū)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)，以期為城市邊緣區(qū)河道護(hù)岸工程建設(shè)提供參考。

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.

關(guān)鍵詞：城市邊緣區(qū);河道;生態(tài)系統(tǒng);生態(tài)護(hù)岸

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

中圖分類號(hào)：TV85 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）24-0123-02

0 ?引言

城市邊緣區(qū)是城市和鄉(xiāng)村之間的過(guò)渡地帶，作為城市擴(kuò)張的前沿，是城鄉(xiāng)建設(shè)中最具活力的地區(qū)，也是城市生態(tài)環(huán)境的重要載體，對(duì)城市的生存和發(fā)展至關(guān)重要。河岸帶位于陸地與水生生態(tài)系統(tǒng)交匯處，具有徑流過(guò)濾、穩(wěn)定土壤、水溫調(diào)節(jié)、提供動(dòng)植物生長(zhǎng)繁衍場(chǎng)所等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1]。城市邊緣區(qū)河道中，經(jīng)過(guò)人工改造后的河岸帶中護(hù)岸工程對(duì)于河岸帶生態(tài)功能的發(fā)揮起著重要作用。傳統(tǒng)的護(hù)岸工程多采用塊石、混凝土等硬質(zhì)材料，雖提高了抗沖性和耐久性，但使得地表徑流未經(jīng)過(guò)濾就直接進(jìn)入水體，同時(shí)隔斷了地下水和地表水的自然運(yùn)動(dòng)、交流，使得動(dòng)植物失去了生存、棲息、繁衍的空間，岸坡土壤中微生物的生存也受到嚴(yán)重影響[2]。

1 ?研究背景

20世紀(jì)80年代，歐洲國(guó)家開(kāi)始采取“自然型護(hù)岸”設(shè)計(jì)以期減少硬質(zhì)材料對(duì)護(hù)岸的改造注重河流的天然形態(tài)和自然功能[3]。20世紀(jì)90年代，瑞士、德國(guó)提出親近自然河流的概念和“自然型護(hù)岸”技術(shù)[4]，荷蘭提出“給河流提供更多的空間”的口號(hào)，日本開(kāi)展“創(chuàng)造多自然型河川計(jì)劃”，國(guó)外在護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中綜合考慮水利、生態(tài)、環(huán)境、景觀等因素，將工程技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到恢復(fù)河岸帶生物多樣性的目的。

國(guó)內(nèi)護(hù)岸工程的理論體系和技術(shù)工藝經(jīng)歷了從“水利治河”到“生態(tài)護(hù)岸”的過(guò)程[5]。護(hù)岸材料由單一的石塊、竹、木等天然材料發(fā)展到水泥、鋼筋、合成材料等現(xiàn)代化材料;理論技術(shù)從最初的竹條、柳枝、石塊組成的“柴枕法”發(fā)展到現(xiàn)代的石籠、土枕、模袋等技術(shù)[6-7]，近些年又融入生物技術(shù)，形成更為完善、先進(jìn)的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。

本文分析不同生態(tài)護(hù)岸技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合城市邊緣區(qū)河道自身實(shí)際，探索適合城市邊緣區(qū)河道的生態(tài)護(hù)岸形式和結(jié)構(gòu)，在滿足岸坡工程安全穩(wěn)定的前提下發(fā)揮河岸帶的生態(tài)效益，達(dá)到修復(fù)城市邊緣區(qū)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的目的。

2 ?生態(tài)護(hù)岸

2.1 生態(tài)護(hù)岸概述

生態(tài)護(hù)岸是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，利用植物或植物與土木工程相結(jié)合，通過(guò)多空化和粗糙化處理形成“可滲透性”，有效減小水流對(duì)岸坡的沖蝕和淘刷，改善河道護(hù)岸的生態(tài)性能，提升河道景觀效果的新型護(hù)岸型式[8]。

2.2 生態(tài)護(hù)岸的分類

依據(jù)護(hù)岸結(jié)構(gòu)與人為干擾將生態(tài)護(hù)岸分為自然生態(tài)型護(hù)岸和人工生態(tài)型護(hù)岸兩種[9]。

2.2.1 自然生態(tài)型護(hù)岸

自然生態(tài)型護(hù)岸是指最大限度保護(hù)或恢復(fù)原生態(tài)岸坡的自然屬性。其優(yōu)點(diǎn)是純天然、無(wú)污染、投資小且施工方便。缺點(diǎn)是抵抗洪水的能力較差，抗沖刷能力不足，適用于流速不快、流量較小、沖刷能力較弱的河道。

①植草護(hù)岸技術(shù)。以天然植物作為護(hù)岸材料，利用植物根系將松散的岸土顆粒團(tuán)聚起來(lái)，形成根土復(fù)合體，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤流失，維護(hù)岸坡的生態(tài)功能。

②河岸防護(hù)林技術(shù)。利用樹(shù)木或竹子發(fā)達(dá)的根系阻滯水流，增強(qiáng)河岸的抵抗水流沖刷和侵蝕的能力，同時(shí)改良土壤，增加土壤的有機(jī)含量，增強(qiáng)土壤的持水能力。

③木樁植被復(fù)合護(hù)岸技術(shù)。單純植被的根系加筋作用有限，抗沖、抗滑能力差，在此基礎(chǔ)上，沿河岸向岸坡底部打入圓木樁，可以有效抵擋水流沖刷，很好地滿足防洪及生態(tài)功能。

2.2.2 人工生態(tài)型護(hù)岸

人工生態(tài)型護(hù)岸采用植物與天然或人工材料結(jié)合的工程措施，形成具有較強(qiáng)的抗沖刷能力和類似自然護(hù)岸的生態(tài)功能。

①預(yù)制混凝土連鎖塊體結(jié)構(gòu)護(hù)岸。放置在岸坡的塊體之間通過(guò)咬合作用提高了防護(hù)的整體性和穩(wěn)定性，塊體空心處充填碎石后可以植草、滲水，改善生態(tài)環(huán)境。

②網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)護(hù)岸。將碎石、肥料和種植土裝入鐵絲網(wǎng)籠形成復(fù)合式種植基，表面種植草木，可根據(jù)河道實(shí)際情況靈活運(yùn)用，通常做成擋土墻形式或者臺(tái)階狀。

③生態(tài)袋護(hù)岸技術(shù)。主要由生態(tài)袋、連接扣、植被等組合而成，具有濾土排水功能，對(duì)植物友善，植被穿透生態(tài)袋延伸到岸坡內(nèi)部，起到錨固和加筋作用，增強(qiáng)岸坡穩(wěn)定性，對(duì)各種地形幾乎均適用。

④土工格室護(hù)岸技術(shù)。土工格室是一種高強(qiáng)度蜂窩狀三維限制系統(tǒng)，其中填充腐殖土、碎石、草種等混合材料，既能穩(wěn)固岸坡，又能減少地表徑流和河道水流對(duì)岸坡的沖刷，兼具生態(tài)和防洪功能。

⑤三維植被網(wǎng)技術(shù)。利用土工合成材料的高強(qiáng)度以及植物根系的加筋作用，在坡面構(gòu)建形成一個(gè)具有自恢復(fù)能力的防護(hù)系統(tǒng)。

⑥生態(tài)混凝土。由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成，由于其多孔和糙率大，能有效減緩水流速度，防止沖刷及水土流失，能增強(qiáng)堤岸穩(wěn)定性，生態(tài)效益極高。

⑦水泥生態(tài)種植基。是一種由土壤、肥料、低堿性的水泥、河砂和有機(jī)質(zhì)等組成的具有一定強(qiáng)度的多孔性三相材料，可以為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

⑧土壤固化劑技術(shù)。固化劑與土壤混合后經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高土壤的強(qiáng)度與密實(shí)度，在保證岸坡植被生長(zhǎng)環(huán)境同時(shí)提高岸坡的穩(wěn)定性。

3 ?城市邊緣區(qū)河道生態(tài)護(hù)岸

3.1 總體要求

相比一般河道，城市邊緣區(qū)河道具有基底資源多樣、邊緣界面脆弱、河流功能多元、水體污染嚴(yán)重、水文條件復(fù)雜、土地空間廣闊、用地動(dòng)態(tài)變化等特征[10]，結(jié)合生態(tài)護(hù)岸的功能分類以及城市邊緣區(qū)實(shí)際情況，城市邊緣區(qū)生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)方案既要有利于保持河流生物物種多樣性，又能加快工程建設(shè)。

3.2 護(hù)岸形式選擇

城市邊緣區(qū)河道護(hù)岸型式的選擇在滿足護(hù)岸工程安全與穩(wěn)定的前提下，綜合考慮減少土地征用要求、施工條件、周?chē)鷳B(tài)環(huán)境及景觀要求、工程造價(jià)等方面，采取自然生態(tài)型護(hù)岸與人工生態(tài)型護(hù)岸相結(jié)合的型式，既能最大限度地減少人為改造，保持河岸“可滲透性”的自然屬性和柔順蜿蜒的自然形態(tài)，又實(shí)現(xiàn)了與周邊環(huán)境最大限度地過(guò)渡與融合。城市邊緣區(qū)河道水文條件復(fù)雜多變，河道水位變化幅度較大，在進(jìn)行護(hù)岸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分級(jí)分層考慮，根據(jù)當(dāng)?shù)厮馁Y料計(jì)算出不同的水位線：常水位線、常年汛期水位線和防洪水位線。同時(shí)，應(yīng)分析其經(jīng)濟(jì)性、后期管護(hù)難易程度以及與周?chē)h(huán)境協(xié)調(diào)性等方面，選擇適宜的護(hù)岸形式和植物種植方案，以期重建和恢復(fù)城市邊緣區(qū)河道豐富的生態(tài)系統(tǒng)，營(yíng)造更加具有自然美的景觀。

3.2.1 常水位線以下層級(jí)

常水位線以下層級(jí)常年被水浸泡，由于城市邊緣區(qū)河流流量不大，因此該層級(jí)可采用自然生態(tài)型護(hù)岸，同時(shí)進(jìn)一步分析水流條件，考慮是否采用喬、灌混搭方式以及圓木護(hù)底方式提高岸坡穩(wěn)定性。

3.2.2 常水位線至常年汛期水位線層級(jí)

常年汛期水位是指正常年份發(fā)生的洪水對(duì)應(yīng)的水位。每年汛期來(lái)臨時(shí)，該層級(jí)護(hù)岸被洪水淹沒(méi)，洪水通過(guò)坡面植被大量向堤中滲透儲(chǔ)存，緩解洪峰，起到徑流延滯作用;當(dāng)枯水季節(jié)到來(lái)時(shí)，儲(chǔ)存在大堤中的水反滲入河，起著滯洪補(bǔ)枯、調(diào)節(jié)水位的作用，這也導(dǎo)致該層級(jí)常年地表濕度大或地下水位高。該層級(jí)特別是河道轉(zhuǎn)彎凹岸、水流湍急等河岸沖刷嚴(yán)重的河段應(yīng)采用人工生態(tài)型護(hù)岸，綜合考慮工程投資、施工進(jìn)度以及后期效益，優(yōu)先采用預(yù)制混凝土連鎖塊體結(jié)構(gòu)護(hù)岸，石材資源豐富的地方可以采用網(wǎng)石籠護(hù)坡。此層級(jí)可以局部設(shè)置親水步道和親水平臺(tái)。

3.2.3 常年汛期水位線至防洪水位線層級(jí)

此層級(jí)只有在極端年份才會(huì)遭受洪水侵襲，綜合考慮抗沖性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性等方面，優(yōu)先選擇網(wǎng)石籠護(hù)岸。網(wǎng)石籠是一種柔性結(jié)構(gòu)護(hù)岸，網(wǎng)石籠本身透水性良好，不需另設(shè)排水，另外特殊涂層可保證網(wǎng)籠的長(zhǎng)期壽命，在抵御水流侵蝕、沖刷的同時(shí)，又能夠適應(yīng)地基沉降變形。石塊間的縫隙不僅能滿足植物生長(zhǎng)、維護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，也能為一些動(dòng)物提供棲息之所。此層級(jí)既可以選擇耐短期水淹植物品種進(jìn)行栽種，同時(shí)也可搭配一些中生植物品種以豐富植物生態(tài)群落，但為了降低物種入侵風(fēng)險(xiǎn)和工程投資應(yīng)擯棄名貴的植物品種。此層級(jí)受洪水侵襲的概率相對(duì)較低，可營(yíng)建濱水步道、觀景臺(tái)、小品建筑等具有地域特征的親水景觀和濱水景觀。

4 ?結(jié)論與展望

城市邊緣區(qū)由于其獨(dú)特的地理位置以及自然環(huán)境的可塑性越來(lái)越受到人們的青睞，針對(duì)城市邊緣區(qū)河道的典型特征，提出在不同的水文條件的基礎(chǔ)上，分層分級(jí)采用不同的護(hù)岸型式，使城市邊緣區(qū)河道護(hù)岸集防洪和生態(tài)功能于一體，保護(hù)和提高生物多樣性，優(yōu)化河道堤岸景觀結(jié)構(gòu)。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中還可分區(qū)分段對(duì)城市邊緣區(qū)河道生態(tài)護(hù)岸型式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，同時(shí)應(yīng)該制定后期管護(hù)計(jì)劃，以至河岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建，避免因管護(hù)不及時(shí)、不到位產(chǎn)生植被退化和消失，更好促進(jìn)城市邊緣區(qū)河道生態(tài)環(huán)境修復(fù)。

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