河流生態(tài)護岸的工程實踐

(長江科學(xué)院 河流研究所， 湖北 武漢 210093)

河流生態(tài)護岸的工程實踐

閔鳳陽孫貴州王家生李凌云

(長江科學(xué)院河流研究所，湖北武漢210093)

傳統(tǒng)河道的岸坡防護常以硬質(zhì)的岸坡防護為主，造成了水土與營養(yǎng)物質(zhì)阻隔、坡面景觀單一以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單脆弱等一系列問題，生態(tài)護岸是河道生態(tài)治理的必要手段。以近幾年長江科學(xué)院生態(tài)護岸為例，介紹了生態(tài)護岸方案和效果，以期為以后大江河及中小河流生態(tài)治理提供借鑒和參考。

生態(tài)護岸； 河流生態(tài)；岸坡；生態(tài)治理

1 研究背景

河流具有行洪、排澇、供水、灌溉、生態(tài)、環(huán)保、景觀和文化等功能，是自然環(huán)境的重要組成部分。傳統(tǒng)河道治理以防洪排澇、水資源利用及水土保持為主要目的，按照防洪標(biāo)準(zhǔn)進行治理。為了以有限的資金達(dá)到較好效果，常采取“渠化”、“硬化”等手段，給河流的水生態(tài)環(huán)境造成了極大危害。具體體現(xiàn)在：造成河道水質(zhì)下降；河岸帶生態(tài)系統(tǒng)破壞，物種群落單一；河流形態(tài)幾何規(guī)則化，致使河道的自然屬性遭受破壞，嚴(yán)重影響人水和諧[1]。

在這些危害當(dāng)中，尤以河流硬質(zhì)護岸表現(xiàn)較為突出。河流硬質(zhì)護岸是指由堅硬的石塊或混凝土材料組成的與土體完全隔絕的結(jié)構(gòu)體，主要有漿砌或干砌塊石護岸、現(xiàn)澆混凝土護岸等幾種形式[2]。這種傳統(tǒng)的硬質(zhì)護岸對河流生態(tài)環(huán)境造成了極大的危害，具體表現(xiàn)在：①硬質(zhì)護岸隔斷了河道坡面物質(zhì)和能量的交換與流動，嚴(yán)重破壞了生物的棲息地環(huán)境；②隔絕了河道附近水域和陸域生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系，不利于河流水體自凈能力的發(fā)揮和自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)；③河岸硬質(zhì)化造成河岸無植被、生物多樣性單一等，嚴(yán)重影響了河岸帶自然風(fēng)貌和生態(tài)景觀[3]。

為解決硬質(zhì)護岸所帶來的一系列問題，國內(nèi)外不少學(xué)者提出了“生態(tài)護岸”概念，但目前尚未統(tǒng)一其定義。一般認(rèn)為，河道生態(tài)護岸是利用植物或者植物與護坡結(jié)構(gòu)相結(jié)合，對河道坡面進行防護的一種新型護岸形式。從生態(tài)系統(tǒng)的角度來講，除護岸結(jié)構(gòu)本身外，河道生態(tài)護岸還包括植物、動物及微生物，系統(tǒng)內(nèi)部之間與相鄰系統(tǒng)間均發(fā)生著物質(zhì)、能量和信息的交換，具有很強的動態(tài)性[4]。生態(tài)護岸的真正意義是在滿足河道邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以塑造岸坡系統(tǒng)的生物多樣性為目標(biāo)，在水-土-生物之間，形成物質(zhì)、信息、能量的循環(huán)體系，通過良性循環(huán)，進行自我組織和自我修復(fù)，使護坡不僅具有景觀效果，還能修復(fù)污染的河流水體，提高河流的自凈能力，從而為河流生態(tài)系統(tǒng)的健康提供保障[5]。

目前，國內(nèi)外針對生態(tài)護岸問題已經(jīng)進行了不少的研究和探索，積累了大量的工程實踐經(jīng)驗，主要有：①植物護岸法，包括植草、植樹(活枝條或木樁)、椰殼纖維卷等；②柴枝土體加筋法，包括活體柴(梢料)捆、活體柴(梢料)排、活體柴(梢料)層、柴枝包等；③硬質(zhì)結(jié)構(gòu)與植被結(jié)合法，包括塊石與植被結(jié)合、木框檔土墻與植被結(jié)合、石籠墊等；④土工織物法，包括土工織物扁袋、欄網(wǎng)或土工籬笆、植草土工格柵、土工格室等；⑤預(yù)制構(gòu)件法，包括混凝土預(yù)制塊、生態(tài)型混凝土預(yù)制件、生態(tài)磚和魚巢磚等。

近年來，長江科學(xué)院積極探索了中小河流及大江大河的生態(tài)護岸，積累了一定的工程經(jīng)驗。本文對近幾年在不同區(qū)域不同河流實施的生態(tài)護岸情況進行簡要介紹。

2 工程實例

2.1 云南景洪勐養(yǎng)河生態(tài)護岸工程

2.1.1 自然概況及存在問題

勐養(yǎng)河是瀾滄江左岸一級支流，干流河長54 km，流域面積603 km2，年均流量8.1 m3/s，由南向北匯入瀾滄江。勐養(yǎng)河流域近似呈東南-西北向的矩狀，上游流經(jīng)高山峽谷地區(qū)，切割較深，河谷狹窄，比降較大。河道中游流經(jīng)勐養(yǎng)鎮(zhèn)勐養(yǎng)壩段，兩岸河谷相對較為開闊，綿延數(shù)百米甚至上千米。河道在兩岸低矮農(nóng)田中蜿蜒穿行，遇大洪水兩岸農(nóng)田均會被洪水淹沒。此次治理的河段即位于勐養(yǎng)河中游勐養(yǎng)段附近。勐養(yǎng)河下游位于“V”形峽谷內(nèi)，比降較大，植被覆蓋較為完整?？傮w而言，勐養(yǎng)河具有山區(qū)性河流的典型徑流特征：①徑流年內(nèi)、年際變化較大；②洪水暴漲暴落，洪峰高，匯流時間短。

圖1 勐養(yǎng)河河道典型橫斷面(單位:cm)

通過實際的調(diào)研和沿河道查勘，勐養(yǎng)河河道主要存在以下3個方面問題。

(1) 河道斷面狹小，行洪能力嚴(yán)重不足。勐養(yǎng)河河道現(xiàn)狀寬度5～7 m，河道平均深度約 1.5 m，基本上為枯水河槽，過流面積狹小，僅能維持枯期的過流能力，河道的行洪能力嚴(yán)重不足。因此，一旦上游來水稍大，就會漫過河道，淹沒周邊農(nóng)田和房屋，給當(dāng)?shù)氐拇迕駧韲?yán)重危害。

(2) 河道蜿蜒曲折，河岸抗沖性能差，岸線不穩(wěn)。勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段彎道過多，河道寬窄不一，河岸低矮。沿河兩岸基本上為沙性紅壤土，加之現(xiàn)狀河道無堤防及護岸工程，抗沖性能差，一遇大洪水，勢必造成河岸沖刷坍塌嚴(yán)重，洪水漫灘成災(zāi)。

(3) 河道淤塞嚴(yán)重，影響行洪安全。勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段處于丘陵平原地段，兩岸河谷相對較為開闊，沿河兩岸大都為農(nóng)業(yè)用地，土壤抗沖抗蝕性差，降雨時水土流失嚴(yán)重，沉積在河道中，導(dǎo)致河道淤塞。部分河道內(nèi)垃圾、塊石、雜草茂盛，阻水嚴(yán)重，一旦洪水發(fā)生，將嚴(yán)重滯洪，影響行洪安全。

2.1.2 河道斷面及岸坡防護設(shè)計

在河道治理中，秉承“安全、自然、生態(tài)”的原則，在不改變河道現(xiàn)有河勢，并滿足征地條件的情況下，盡可能采取“灘-槽”相結(jié)合的復(fù)式河道斷面型式；在城鎮(zhèn)段，征地條件緊張的情況下采取生態(tài)擋墻的型式。在岸坡防護設(shè)計中，盡量采用有利于植物生長的多孔透水材料，以保證水、土、氣之間的相互聯(lián)系，保持河流的橫向連通性[6]。綜合考慮抗沖性能與工程造價等因素，在10 a一遇洪水位以下采用23 cm厚的雷諾護墊護坡，雷諾護墊內(nèi)充填塊石，且有一定的透水功能，有利于水生植物的生長和岸灘物質(zhì)交換；10 a一遇洪水位以上采用草皮護坡，植物的種植采取狗牙根等云南當(dāng)?shù)爻Ｒ姴莘N；鎮(zhèn)腳采取格賓鎮(zhèn)腳。勐養(yǎng)河河道典型橫斷面見圖1。

2.1.3 工程治理后的河道情況

勐養(yǎng)河河道護岸施工及完工4個月與16個月照片對照見圖2～4。

圖2 勐養(yǎng)河河道護岸施工照片

圖3 勐養(yǎng)河河道完工后照片(4個月后)

圖4 勐養(yǎng)河河道完工后照片(16個月后)

2.2 湖北興山古夫河生態(tài)護岸工程

2.2.1 自然概況及存在問題

古夫河為香溪河的一級支流，穿過興山縣新縣城(古夫鎮(zhèn))，在古夫鎮(zhèn)下游11 km處匯入香溪河。古夫鎮(zhèn)上游約2 km處建有古洞口水庫大壩。古夫河興山縣城段治理工程上游起于古洞口水庫電站尾水出口，下游止于興山縣城南寒溪口，治理河道兩岸長 5.4 km。古夫河左岸上游約 0.9 km尚未采取護岸措施，為自然岸坡；其他 4.5 km岸線已先后進行整治，其中80%的整治岸段采用漿砌護坡或漿砌石垂直擋墻等硬質(zhì)護岸的型式[7]。

在河道整治工程、河道采砂及其他人類活動等多方面因素影響下，古夫河興山縣城段河道生境遭受到較嚴(yán)重破壞，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

(1)河床自然幾何形態(tài)消失。古夫河興山縣城段經(jīng)河道整治后，河道灘槽結(jié)構(gòu)消失，斷面形態(tài)單一；由于過度采砂，河床變得坑坑洼洼，且采砂坑分布十分凌亂，這將造成河床阻力結(jié)構(gòu)調(diào)整和水流流向、流速等發(fā)生劇烈變化，尤其是洪水期水流特性發(fā)生變化，給河道的防洪帶來安全隱患。

(2)河岸帶功能退化。在古夫河興山縣城段整治的 4.5 km岸段中，以硬質(zhì)護岸型式的岸段占整個實施岸段的80%左右。長距離、大規(guī)模的硬質(zhì)護岸使得古夫河兩岸河岸帶的生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，生物棲息地空間基本消失。

(3)城市河道功能減弱。作為興山的城市河流，古夫河是縣城居民日常休閑、娛樂、親水、嬉水的主要場所。由于該河道兩岸硬化，河道的生態(tài)景觀基本消失，與城市的發(fā)展極不協(xié)調(diào)。

2.2.2 河道岸坡修復(fù)設(shè)計

古夫河興山縣城段岸坡生境修復(fù)包括已實施的混凝土預(yù)制六方塊漿砌石護坡的生態(tài)化改造和左岸上游約0.9 km原始岸坡生態(tài)護岸兩部分內(nèi)容。

河道岸坡生境修復(fù)分為古夫河常水位以下、常水位至馬道、馬道和馬道以上4個部分。具體如下：①常水位以下部分采用生態(tài)魚磚的形式，適合水生生物棲息及魚類產(chǎn)卵。②常水位至馬道間之間采用生態(tài)袋形式，可供各類濱水植物生長。③馬道采用透水磚鋪設(shè)，既可做景觀道路，也可生長植物，美化路面。④馬道以上分兩種情況：一是已有六方塊護坡段，從馬道至堤頂坡面混凝土六方塊部為采用棕櫚石置換(置換面積為20%)，棕櫚石上可直接生長植被，此外，在馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置植物槽，種植本地藤條攀爬類植物，對馬道以上部分六方塊坡面進行綠化；二是沒有六方塊護坡自然坡面河段，采用雷諾護墊或生態(tài)袋等結(jié)構(gòu)型式，在滿足防洪安全同時也能使河岸帶的植被得到恢復(fù)[7]。河道岸坡修復(fù)典型代表斷面見圖5。

圖5 河道岸坡修復(fù)典型代表斷面(據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)

2.2.3 工程治理后的河道情況

古夫河興山縣城段河道護坡見圖6。

圖6 古夫河興山縣城段河道護岸

2.3 下荊江典型岸段生態(tài)防護工程

2.3.1 自然概況及存在問題

下荊江上起藕池口，下至洞庭湖出口處的城陵磯，全長約175.7 km，為典型的蜿蜒型河道。20世紀(jì)60年代末至70年代初，下荊江經(jīng)歷了3次裁彎工程，裁彎工程實施后，河道河長明顯縮短。同時，河道兩岸也在不斷實施河勢控制工程與護岸工程，河道擺動幅度明顯減小，岸線穩(wěn)定性也明顯得到了增強[8]。目前下荊江已成為限制性彎曲河道，由石首、沙灘子、調(diào)關(guān)、中洲子、監(jiān)利、上車灣、荊江門、熊家洲、七弓嶺、觀音洲共10個彎曲段組成。

目前該段存在的主要問題如下：①石首河段河勢還在進一步的調(diào)整中、監(jiān)利河彎主支汊易位等河勢問題可能依然突出；②原列入隱蔽工程的有18.58 km尚未實施，這些地段年久失修、破損嚴(yán)重；③近年已得到新護和加固的局部地段依然存在不同程度的險情。

2.3.2 典型河段生態(tài)防護設(shè)計

從整治線按1∶2.5～1∶3削坡至設(shè)計枯水位，在灘頂高程下5 m處設(shè)置寬 0.5 m的馬道，灘坡身由墊層及面層組成，根據(jù)工程設(shè)計的需要，不同的岸段可采取不同的生態(tài)防護型式：①混凝土預(yù)制塊+香根草護坡；②層碼干砌石+香根草+狗芽根護坡；③雷諾護墊護坡。護坡下設(shè)漿砌石腳槽及干砌塊石，防止沖刷。

下荊江典型護坡岸段橫斷面見圖7。

圖7 下荊江典型護坡岸段橫斷面(單位:mm)

圖8 監(jiān)利觀音洲護坡(混凝土預(yù)制塊+香根草護坡)

圖9 團結(jié)閘上段護坡(層碼干砌石+香根草+狗芽根護坡)

圖10 向家洲護坡(鋼絲網(wǎng)石籠)

2.3.3 工程治理后的河道情況

工程治理后的河道情況見圖8～10。

3 生態(tài)護岸效果分析

從上述河道生態(tài)護岸的分析來看，不同生態(tài)護岸型式均能取得較好的植被恢復(fù)效果，但不同的河段及不同型形式之間之間仍存在一定差異。

勐養(yǎng)河位于云南省南部，屬熱帶地區(qū)，氣候溫暖濕潤，降雨豐富。工程完工后4個月內(nèi)，由于還屬干季，降雨量較少，植被生長恢復(fù)較慢。但經(jīng)過一個雨季后，植被生長迅速，在采取雷諾護墊護岸區(qū)域基本已覆蓋整個坡面，郁郁蔥蔥，十分繁茂，取得了良好的生態(tài)效果。但擋墻區(qū)域因缺土缺水的原因，植被生長還較為缺乏，今后可考慮采取種植攀爬的藤蔓植物，對其進行綠化。

興山古夫縣城區(qū)的護坡修復(fù)主要分已有硬質(zhì)岸坡的改造及未護岸段的守護，從目前的情況看，由于土質(zhì)較差，且降雨較少，植被生長較為緩慢。今后應(yīng)采取人工澆水等措施，促使植被快速生長。

下荊江生態(tài)護坡的植被生長狀況與當(dāng)?shù)氐暮觿菁八髑闆r有密切的關(guān)系：在緩流的觀音洲區(qū)域，六方預(yù)制塊結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，植被恢復(fù)較快；在團結(jié)閘區(qū)域，層碼干砌石植被生長較為迅速，但其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不如其他硬質(zhì)護坡結(jié)構(gòu)，受水流沖刷的影響，部分區(qū)域下段干砌石部分已脫落，土質(zhì)基底出露，需定期維護；在向家洲護岸段，其植被恢復(fù)較好，但受流速、水位等因素影響，中下段(易受水淹沒區(qū)域)植被生長較少，恢復(fù)較為困難。

4 結(jié) 語

生態(tài)護岸一直是河流生態(tài)整治相關(guān)研究的熱點，如何快速恢復(fù)河道岸坡的植被是河道生態(tài)護岸中的重要內(nèi)容。本文對長江科學(xué)院近幾年在不同區(qū)域不同河流實施的生態(tài)護岸情況作了簡要介紹，包括雷諾護墊、棕櫚石、生態(tài)袋、生態(tài)魚磚、混凝土預(yù)制塊+香根草、層碼干砌石+香根草+狗芽根、鋼絲網(wǎng)石籠等型式，并對生態(tài)護岸后的植被恢復(fù)效果進行了調(diào)查分析。研究發(fā)現(xiàn)，實施生態(tài)護岸后，植被都能較快地生長，但均存在較大的差異，這與河道所處區(qū)域的氣溫、降雨、土壤以及河道岸坡的淹沒狀況(水位)、流速等密切相關(guān)。不同淹水情況下的植被恢復(fù)情況有顯著區(qū)別，生態(tài)護岸措施中土壤的滯留效果也是草類植被能否生長的關(guān)鍵。同時調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，一些護岸措施因水流沖刷而脫落，因此，護岸措施的后期維護管理也很重要，今后應(yīng)改變“重建設(shè)、輕管理”的現(xiàn)象，真正為河流岸線的生態(tài)化治理和保護提供服務(wù)。

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(編輯：朱曉紅)

2017-09-15

國家重點研發(fā)計劃水資源高效開發(fā)利用重點專項課題資助(2017YFC0405306)

閔鳳陽,男，長江科學(xué)院河流研究所， 高級工程師.

1006-0081(2017)11-0069-06

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