高原城鎮(zhèn)河道演變與生態(tài)護岸措施

張東艷,宗永臣

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院，西藏 林芝 860000)

護岸是城市獨特的線性景觀，也是城市休閑最頻繁的區(qū)域之一[1]。傳統(tǒng)的護岸工程側(cè)重于河道渠化和疏浚、河岸的加固和堤防的建設(shè)，對河道自然環(huán)境很少進行全面評估，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題加劇[2-4]。Seifert提出的“近自然河溪整治”概念[5]形成了生態(tài)護岸理念雛形，隨著傳統(tǒng)水利工程弊端凸顯，生態(tài)護岸技術(shù)逐步得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有生態(tài)護岸形式分類方法不一[6-7]，按照使用材料分為自然原型護岸、自然改造型護岸和復(fù)合型護岸。生態(tài)護岸技術(shù)在滿足防洪要求下，還具備水土保持、優(yōu)化河岸景觀、確保生態(tài)系統(tǒng)完整性等功能，河岸帶作為水陸錯落帶，能起到凈化水質(zhì)和保護河流生態(tài)系統(tǒng)的作用。

西藏是青藏高原主體，也是我國河流最多的省級行政區(qū)之一，城鎮(zhèn)多沿河谷發(fā)展，其獨特氣候特征和下墊面條件，使得河流生態(tài)脆弱[8]。2015年中央第六次西藏工作座談會提出，西藏在戰(zhàn)略全局中的定位是重要的生態(tài)安全屏障，堅持生態(tài)保護第一。因此，發(fā)展高原城鎮(zhèn)生態(tài)護岸，將開發(fā)建設(shè)與生態(tài)保護相結(jié)合，有利于保障高原脆弱的河流生態(tài)和實施西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)。本文以林芝市八一鎮(zhèn)河道為研究對象，分析河道演變及護岸現(xiàn)狀，設(shè)計選擇適合的生態(tài)護岸類型。

1 研究區(qū)概況

林芝市八一鎮(zhèn)是林芝市行署所在地，地處北緯29°35′～30°17′、東經(jīng)93°30′～95°05′之間，海拔2 900 m，位于尼洋河畔，距雅魯藏布江與尼洋河交匯處約30 km。八一鎮(zhèn)護岸工程作為城市重點建設(shè)項目，既是獨特的風(fēng)景線，也是市民散步休憩之地，肩負著打造林芝國際旅游城市、改善民生的重要使命。

林芝市水資源極為豐富，境內(nèi)河流、湖泊、溪流廣布，河流總長度10 536 km，水域面積7.658萬hm2，冰川面積67.282 hm2。林芝市境內(nèi)主要河流有雅魯藏布江、尼洋河、帕隆藏布、西巴霞曲、丹巴曲、察隅曲、吉太曲，受地形影響，河流均南流出境。林芝市八一鎮(zhèn)主要水系包括尼洋河、銀久弄巴河、福清河、永清河、覺木曲及八及曲，詳見圖1。

圖1 林芝市八一鎮(zhèn)水系

尼洋河全長286 km，流域水資源主要表現(xiàn)為河川徑流，以融水補給為主，由降水和地下水補給共同組成[9]。銀久弄巴河為尼洋河流域右岸一級支流，河流源頭海拔4 320 m，入河口海拔 2 970 m，總河長9.33 km，平均比降約14.5%，全流域面積約 66.4 km2。永清河是尼洋河右岸二級支流，福清河發(fā)源于周邊山體，覺木曲及八及曲為山洪溝，水流最終匯入尼洋河。

2 河道演變與護岸現(xiàn)狀

林芝市八一鎮(zhèn)70%地面低于尼洋河河道，八一鎮(zhèn)堤防保護林芝城市面積13.2 km2，人口約7萬人，護岸工程是城市防洪建設(shè)的重要工程，尼洋河八一鎮(zhèn)河段河道演變對護岸工程影響深遠。

2.1 尼洋河八一鎮(zhèn)河段河道演變分析

尼洋河源頭為古冰川作用圍谷，海拔5 000 m左右，其許多支流源頭有規(guī)模不等的現(xiàn)代冰川。尼洋河流域地處高山峽谷，氣候垂直變化明顯，具有山區(qū)小氣候特征，日溫差大，多夜雨、陣雨，降雨主要集中在6—9月，占全年降水量的75%以上。

2.1.1河道變遷

尼洋河八一鎮(zhèn)河段呈兩端寬中間窄的藕節(jié)狀，最窄處位于八一大橋，河寬僅0.5 km。八一二橋以下河段為兩個連續(xù)彎道，呈反“S”形，河寬一般超過2 km，最寬約4 km。結(jié)合1970年和1982年航測圖分析，1970—1982年尼洋河主流擺動頻繁，特別是八一大橋以下河段水流散亂，沒有相對穩(wěn)定的主河槽；洲灘沖刷侵蝕強烈，心灘普遍下移，1970—1982年移動150～180 m，下移速率為12.5～23.3 m/a；凹岸部位侵蝕強烈，年侵蝕6.7～10.0 m。20世紀(jì)70年代，八一大橋建成后，橋墩改變了原有水流特性，大橋以下主流趨向右岸，橋梁下游心灘上提約 425 m，年平均上提約35 m，對下游河勢產(chǎn)生了重大影響。

根據(jù)2009年和2014年實測地形分析，八一鎮(zhèn)河段近期演變規(guī)律表現(xiàn)為河段多支多汊，沒有一汊占絕對優(yōu)勢，河寬相對較窄河段，水流分為2或3股，且各汊深泓高程相差不大；永清河河口以下水流分匯頻繁，深泓年際間平面擺動范圍很大，汊道數(shù)量也有變化，邊(心)灘和深槽有沖有淤。

2.1.2河道演變趨勢

八一鎮(zhèn)河段河床由漂石、卵石夾少量粗砂堆積而成，具有明顯的游蕩特征。尤其是八一二橋以下河段寬淺散亂，心灘發(fā)育，洲汊縱橫，主流擺動不定，灘槽極不分明，河口處河床被分為5或6股匯入雅魯藏布江。心灘的位置及形態(tài)隨流量大小而異，洪水期心灘多被淹沒，河床岸邊遭受沖刷，洪水過后則發(fā)生堆積，表現(xiàn)出明顯的“漲沖落淤”規(guī)律，年內(nèi)基本處于沖淤平衡狀態(tài)。

八一鎮(zhèn)河段總體河勢格局基本保持不變，河道游蕩、分汊屬性不變。在水流貼岸段，近岸河槽沖刷可能造成護岸工程損毀甚至垮塌。流量不大時，凸岸邊灘保持相對穩(wěn)定，不會發(fā)生較大沖淤變化。若遇到較大洪水，凸岸邊灘可能被沖刷切割，導(dǎo)致該段河勢發(fā)生較大調(diào)整。因此，在凸岸邊灘采取工程措施，防止凸岸邊灘被沖刷切割，保持河勢穩(wěn)定，是十分必要的。

2.2 護岸現(xiàn)狀

林芝市八一鎮(zhèn)護岸主要包括防洪堤、內(nèi)河河道及山洪溝堤岸。其中防洪堤于1998年開始興建，經(jīng)過多年治理，目前城區(qū)防洪堤總長約26.7 km，其中左岸堤防長約10.2 km，右岸約16.5 km，與其上下游階地形成防洪保護圈，分別保護左岸八一鎮(zhèn)主城區(qū)和右岸城區(qū)。

由于西藏特殊的氣候和水文地質(zhì)條件，尼洋河河道主流擺動頻繁，沒有穩(wěn)定主河槽，且尼洋河洪水流速較大、推移質(zhì)較多；八一鎮(zhèn)河段堤防建于20世紀(jì)末，兩岸堤防腳槽基礎(chǔ)埋深較淺，護腳塊石粒徑不能滿足抗沖要求。這些因素導(dǎo)致堤防在運行過程中，頂沖河段護腳鉛絲籠塊石沖毀，堤腳受淘刷，堤防兩岸出現(xiàn)不同程度的險情，造成了重大經(jīng)濟損失，對防洪極為不利。統(tǒng)計顯示，左岸于2004年、2008年、2011—2013年，右岸于2004年、2006年、2013年出現(xiàn)較大險情，兩岸均出現(xiàn)堤防腳槽沖刷破壞、迎水面護坡破壞、堤段破壞情況。此外，左岸還出現(xiàn)部分堤防基礎(chǔ)懸空，堤身部分砂卵石沖毀，13座丁壩損壞險情；右岸出現(xiàn)2座丁壩及部分路面損壞情況，且出現(xiàn)八一大橋垮塌重大險情。

福清河和永清河是林芝市八一鎮(zhèn)內(nèi)河，雨水直接排入城市內(nèi)河，為城市提供親水環(huán)境。內(nèi)河以城市排澇功能為主，兼具部分排洪功能。內(nèi)河河道堤岸為硬質(zhì)護岸，隔絕了土壤與水體之間的物質(zhì)交換，使得鳥類、昆蟲類等動物失去了棲息、繁衍和避難的場所，導(dǎo)致整個水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被破壞、大大削弱了水體的自凈能力。

八一鎮(zhèn)除其他小山洪溝外，主要有3條山洪溝，分別為覺木曲、八及曲和銀久弄巴河。3條山洪溝分別匯集國道G318以西、省道S306以東的山洪，山洪排入河道，最終匯入尼洋河。其中，覺木曲堤線總長度2.728 km，匯集國道G318以西山洪，覺木曲洪峰流量為268 m3/s。山洪溝內(nèi)局部碎石淤積嚴(yán)重、溝壁垮塌，需要清淤、加固和拓寬。

3 生態(tài)護岸設(shè)計

設(shè)計建設(shè)生態(tài)護岸是從生物多樣性保護角度出發(fā)，在滿足防洪功能的前提下，以維護和恢復(fù)河流、江岸的自然形態(tài)為前提，利用石頭、木材、多孔環(huán)?；炷梁妥匀徊馁|(zhì)制成的柔性結(jié)構(gòu)對河岸進行加固，防止河道淤積、侵蝕和下切。采用多孔護岸材料形成透水護岸可保證地表徑流與地下水之間物質(zhì)、能量的交換，為植物的生長提供有利條件，為野生動物提供棲息地，形成一個協(xié)調(diào)、一致、互益的整體。

3.1 生態(tài)護岸設(shè)計要點

3.1.1遵守自然法則，尊重民族文化

保留河流兩岸既有植被、淤積洲島、抽水植物、水草堆積、苔蘚地等，形成彎曲的河道、河岔、緩坡、陡坡、洲島、急流、淺灘等水深和水面寬度多變的河道斷面，恢復(fù)自然河流的形狀，創(chuàng)造水流的多樣性，形成生物棲息場所，恢復(fù)自然環(huán)境。

在生態(tài)護岸設(shè)計過程中統(tǒng)籌考慮城市景觀與當(dāng)?shù)夭刈屣L(fēng)俗，美化沿河標(biāo)志性建筑物，如尼洋閣；尊重當(dāng)?shù)孛褡逦幕Ｗo沿線觀賞性植物及其附屬裝飾，如大柏樹、野生桃樹等植物和周圍經(jīng)幡及附屬設(shè)施；采用具有當(dāng)?shù)孛逦幕厣挠^景臺或休憩棧道等，促進城市生態(tài)文化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。

3.1.2采用原生材料，營造濱水景觀

生態(tài)護岸的原生材料主要包括植物及天然建筑材料。植物作為工程材料，主要利用喬木、灌木、水生植物的發(fā)達根系纖維來固定岸坡，采用自然工法形成“植物加筋土”，即把植物當(dāng)作結(jié)構(gòu)的一部分，增加土的抗剪強度，防止坡岸坍塌。

天然建筑材料包括卵石、山石、石籠、木樁、仿木樁等，這些材料紋理和亮度富于變化，采用傳統(tǒng)工藝綜合使用這些材料，結(jié)合植物配置，可以營造豐富多彩的水邊景觀。利用生態(tài)護岸具有自然特征的環(huán)境景觀，在季節(jié)變化中產(chǎn)生不同的景觀效應(yīng)，保護和創(chuàng)造濱水的自然景觀，滿足人們對景觀的審美要求。

3.1.3去直改緩，注重生物多樣性

傳統(tǒng)意義上的河道護岸是從河道坡岸的穩(wěn)定性及河道的行洪排澇能力出發(fā)，很大程度上忽略了對周邊環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)的影響。目前林芝市八一鎮(zhèn)河道多為直墻斷面，可以全部或部分拆除直墻，改為緩坡，形成水陸過渡帶，從而貫通水與植物間的連續(xù)性，便于兩棲動物的爬行，形成較好的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。此外，通過擺放巨石、汀步、丁壩等方法形成人工深潭和沙灘，為水生動物和兩棲類動物提供棲息、繁衍和避難場所。沙礫堆及其周圍的急灘、河床間隙、沙洲上積水坑的位置在洪水季節(jié)都會有很大的變化，形成多樣的生息環(huán)境，其中汀步、巖石保證了河流縱向的連通性，形成魚道，能更好地保護水域空間的生物多樣性。

3.2 生態(tài)護岸選擇

當(dāng)前，林芝市八一鎮(zhèn)河道仍主要采用水泥混凝土硬質(zhì)護岸，根據(jù)尼洋河河道變遷情況及護岸現(xiàn)狀，綜合選擇自然原型、自然改造型和復(fù)合型3種類型生態(tài)護岸。

3.2.1自然原型護岸

自然原型護岸是最接近自然的護岸，是在西藏特殊氣候條件下，采用種植植被保持自然特性的植物護岸。對林芝市八一鎮(zhèn)河道未用石塊堆砌及未形成硬質(zhì)河岸的河段、濕地兩岸及灘地植樹種草[10-11]，盡量營造自然型的駁岸，恢復(fù)近岸區(qū)的生物棲息地，構(gòu)建緩沖區(qū)，促進林芝八一鎮(zhèn)河流、濕地的生物多樣性，打造自然河灘景觀。

3.2.2自然改造型護岸

自然改造型護岸是在種植植被的基礎(chǔ)上，采用石材、木材等天然材料增強河岸的抗沖刷性。林芝市八一鎮(zhèn)植被、石材豐富，結(jié)合河岸特點，可在尼洋河河道腹地開闊、流速緩慢河段，對河岸本體結(jié)構(gòu)進行改造。采用松木樁-拋石生態(tài)護岸(圖2)，即在對河堤進行護岸處理時，將松木樁打入泥里，并由內(nèi)及外布設(shè)粒徑逐漸放大的天然石塊護岸介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)可有效地保護岸堤，減輕河岸沖刷，防止水土流失，為水生生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育創(chuàng)造條件。該護岸是自然河床形式的延伸，與其他人工護岸形式相比，更趨向于自然，節(jié)約投資和建設(shè)費用。

圖2 松木樁-拋石生態(tài)護岸

3.2.3復(fù)合型護岸

復(fù)合型護岸是在自然改造型護岸的基礎(chǔ)上，采用混凝土、鋼筋混凝土、新型土工材料、土壤固化劑等材料，加強抗水流沖刷能力，能抵御更大洪水的生態(tài)護岸。對于林芝八一鎮(zhèn)沖刷能力較強、大流量、高腐蝕性的河段，保護要求較高，可選擇以下幾種復(fù)合型護岸。

a.生態(tài)格網(wǎng)擋墻。生態(tài)格網(wǎng)擋墻是將特種鋼絲編制成雙絞、蜂巢形網(wǎng)目格網(wǎng)片，按需組裝成箱籠并裝入石塊等填充料后連接成一體的結(jié)構(gòu)。在工程預(yù)算允許下，可以采用格賓網(wǎng)箱裝入河卵石等填充料(圖3)，分層連接成整體擋土結(jié)構(gòu)，隨后在外表層上附上種植土，撒播草籽，建成柔性護岸結(jié)構(gòu)[12]。該結(jié)構(gòu)具有較強的抗沖刷能力、極佳的穩(wěn)定性和整體性，有利于保持河道橫向水土交換。在自然環(huán)境下可正常使用100年，且能很好地同自然環(huán)境融合[5]，適用于尼洋河水流湍急河段以及山洪溝內(nèi)碎石淤積嚴(yán)重和溝壁垮塌段。

圖3 格賓網(wǎng)箱生態(tài)護岸

b.混凝土砌塊護岸。混凝土砌塊護岸(圖4)是生態(tài)護岸發(fā)展初期最常見的形式之一，是由一組尺寸、形狀和質(zhì)量一致的預(yù)制混凝土塊，用一系列繩索相互連接而形成的連鎖型矩陣，具有滲水、柔性、能植草、防沖刷、穩(wěn)定、抗高切應(yīng)力等優(yōu)點。為增強抗沖能力，常水位以下部分采用空心孔洞較小的預(yù)制混凝土塊；常水位以上部分，采用空心孔洞較大的預(yù)制混凝土塊，結(jié)合綠化措施，增強生態(tài)效果。混凝土砌塊護岸技術(shù)成熟，施工方便快捷，耐用持久，節(jié)省總工程投資及后期維修費用，該護岸適用于林芝市八一鎮(zhèn)河道中采用斜坡式護岸和拐點較多的河段。

圖4 混凝土砌塊護岸

c.生態(tài)混凝土護岸。生態(tài)混凝土是由石灰石、水泥和添加劑等傳統(tǒng)材料制成，其中包含活性炭浮石、分子篩和零價鐵的改性混凝土，水凈化效果較好[13]。生態(tài)混凝土護岸是將草籽、種植土、水泥、添加劑和水混合拌和后，利用高壓噴射黏結(jié)在坡面上，或者制成多孔隙預(yù)制塊[14]，其透水性、透氣性及類似土壤的呼吸功能較強，草籽發(fā)芽后從生態(tài)混凝土孔隙中生長出來，覆蓋坡面。

尼洋河生態(tài)護岸護腳可根據(jù)河段特點，采用混凝土橫梁或者格賓網(wǎng)箱，護坡布置混凝土框格結(jié)構(gòu)增強其穩(wěn)定性及防沖能力，撒播帶草籽的種植土(圖5)，起到河流防護和河堤綠化效果。生態(tài)混凝土護岸強度與普通混凝土相當(dāng)，抗沖刷能力強，能保證水分的正常蒸發(fā)和滲透，有利于水體和土壤物質(zhì)的能量交換，為植物、微生物的生長提供適宜的空間，且生態(tài)景觀效果好。

除以上生態(tài)護岸以外，可結(jié)合河道具體情況，綜合考慮經(jīng)濟、生態(tài)、文化、科技等各方面因素，因地制宜進行設(shè)計。河道水位隨著季節(jié)變化大，夏季水位上漲,冬季為枯水季節(jié)，水位降低，可將河段劃分為常淹區(qū)、變化區(qū)、常露區(qū)，不同區(qū)由下至上分別采用格賓網(wǎng)箱護岸、生態(tài)混凝土護岸或者混凝土砌塊護岸、植物護岸3種形式，以達到防洪及生態(tài)最佳效果。在不影響防洪安全前提下，可適當(dāng)保留當(dāng)?shù)貎?yōu)勢護岸，逐步將河流水系硬質(zhì)護岸改造為生態(tài)護岸。對于未開發(fā)河段護岸，充分利用有限條件，發(fā)展有利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的護岸形式，促進護岸環(huán)境與周圍環(huán)境的和諧發(fā)展。

圖5 生態(tài)混凝土護岸

4 結(jié) 論

a.1970—1982年尼洋河主流擺動頻繁，洲灘沖刷侵蝕強烈，心灘普遍下移；尼洋河八一鎮(zhèn)河段近期演變中河段多支多汊，沒有一汊占絕對優(yōu)勢；2009—2014年八一鎮(zhèn)河段總體河勢格局基本保持不變，河道游蕩分汊屬性不會改變。

b.目前尼洋河干流河段堤防防洪問題凸顯，內(nèi)河河道堤岸為硬質(zhì)護岸，不利于城市水體自然修復(fù)，山洪溝內(nèi)局部碎石淤積嚴(yán)重、溝壁垮塌，需要對該水系硬質(zhì)岸線進行生態(tài)改造或延伸，恢復(fù)其生態(tài)功能。

c.從尊重民族文化、遵守自然法則、采用原生材料、營造濱水景觀、去直改緩、注重生物多樣性的設(shè)計角度出發(fā)，根據(jù)林芝市八一鎮(zhèn)水系河岸現(xiàn)狀及防洪要求，結(jié)合現(xiàn)有條件，綜合選擇自然原型護岸、自然改造型護岸和復(fù)合型護岸3類生態(tài)護岸，設(shè)計采用植物護岸、松木樁-拋石護岸、生態(tài)格網(wǎng)擋墻、混凝土砌塊護岸和生態(tài)混凝土護岸等生態(tài)護岸形式。