生态护坡技术在河道治理中的应用研究

邢来顺，曹珈琪，张 勇

（北京京水建设集团有限公司，北京 102400）

长期以来，由于森林砍伐，沿江美丽的风景遭到严重破坏，导致水土流失等自然灾害，从而影响了河流的通航和泄洪能力。在社会经济发展的同时，注重生态建设，投入大量人力物力治理河道，采用生态护坡技术来改善河道环境。

1 研究背景及意义

河流就是由于特定气候和地理以及水文条件长期演变形成的完全平衡的一种生态系统。许多的河流管理项目破坏了原有的生物多样性，也降低了水净化与恢复的能力，并且导致了河流生态系统的退化。伴随着社会经济的发展，特别是生态文明的发展，河流管理的方法与方式已经成为了人们关注的焦点。在河流治理之初，就考虑了排水、防洪、航运、灌溉、冲刷与水土保持的功能。护坡作为河流中的一部分，也是河流的线性景观，是连接人力资源和水资源的纽带，是河流管理的重要组成部分。传统的护坡方法主要从力学角度考虑边坡的稳定性。由于护坡材料以硬质材料为主，阻碍了河流水体与周围生态环境的正常交换过程，使各种动植物和微生物无法正常生存，因此传统的硬坡护坡已不能满足当前生态河流治理的需要。随着生态护坡技术的应用和发展，生态护坡在改善河流水环境、生态系统和周边景观环境方面发挥着极为重要的作用。

2 传统护坡对河道环境的影响

2.1 对观赏环境的影响

不断净化河流的整洁美丽，传统的混凝土护岸结构完全覆盖了原有的河岸，原有的草本植物和小灌木消失了，现代城市中人们对河流环境的要求是清新美丽。传统的混凝土护坡形式与周围环境不相适应，不能满足现代城市的要求。此外，传统的混凝土结构一旦受到破坏，也会影响到河流周边的环境，不利于改善城市形象和居住环境。

2.2 对生活环境的影响

首先，混凝土护坡材料添加膨胀剂和其他添加剂。因为混凝土护坡浸在水里很长一段时间，混凝土护坡的原材料和添加剂会发生水化反应和碳化反应。城市的水源主要来源于城市的河道。如果公民喝的水与添加剂混合很长一段时间，会影响他们的健康。其次就是，混凝土护坡缺乏植被覆盖度，不能净化空气和水质。河水一旦被污染到，刺鼻的气味就会扩散到周边居民的生活区。最后，由于混凝土护坡结构相对简单，没有适当的植被，观赏性差，必然影响周边居民的情绪和居住环境。

2.3 对自然环境的影响

传统的混凝土护坡结构覆盖了整条河流，许多水生动植物失去了原有的生态环境。这些水生动物本来打算在河床上筑巢，但坚硬的混凝土结构挡住了它们的去路。水生植物需要在河岸的淤泥中生根，但却受到混凝土结构的阻碍。混凝土护坡结构破坏了整个河流生态系统，部分护坡几乎延伸到河底，形成了综合护坡结构，对水生态环境的影响会更大。

3 生态护坡概述

3.1 定义

生态护坡是一种应用力学、生态学和土壤科学相结合的护坡技术。植被覆盖使植物根系和土壤层紧密相连，加强了防护坡土壤层，防止了土壤侵蚀，使防护坡结构趋于稳定。

3.2 优势

第一，保护河流生态系统的多样性。砂石和混凝土护岸能加速水流，显著增强水流的侵蚀能力。部分微生物会直接进入下游，导致生物多样性的下降，周围生态环境的可持续发展被直接影响。第二，有利于修复河岸绿化景观。对传统护坡的改进是采用环保材料和节能技术进行生态护坡。它不仅能满足防洪、水涝、排水的需要，又能与周围环境交换，形成一个开放、平衡的生态系统。第三，调整水温，保持生态系统的平衡。在传统护坡条件下，水温变化大，不利于对温度敏感的生物和鱼类产卵，容易滋生细菌。生态护坡植被或灌木覆盖可以调整光线，避免不正常的水温变化。生态护坡在水文生态环境方面发挥着积极的作用。总的来说，堤防建成后，沿河生物物种将减少约33%，生态边坡防护有良好的透水性，各种生物的生存环境能够有利维持。第四，可提高水质和自净化能力。传统的护坡工程要平整、清洁、坚硬。没有植物防护屏障，很容易引起垃圾和污染物进入水中，水的纯净度会迅速恶化。生态边坡防护可以有效防止杂质和垃圾，正确过滤污染物，保护水源。此外，生态边坡保护的材料多为渗透性良好的环保材料，有利于水、土壤和生物之间的能量和物质循环，提高了水的自净化能力。

4 生态护坡的设计原则

4.1 安全性

风浪和水流的侵蚀直接影响河道的安全和稳定。河道护坡是减少河道、保护岸坡侵蚀的基本要求。因此，生态护坡设计的首要原则是抗侵蚀、安全和稳定。

4.2 自然性

为了保持河流原有的空间环境和自然属性，应遵循“遇弯即弯，易宽即宽”的原则。随着水平和地形的变化，必须尽可能保持原有地貌，恢复河道的水平和垂直连接。这也是治理河流，保证水系正常运行的措施之一。

4.3 生态性

河道的生态护坡应当为水生植物的生长提供适宜的环境，护坡结构应该满足孔隙度要求，保持地下水与河流之间的信息交换，充分利用护坡植物维持河流的生态平衡，从而可以有效提高河流自净能力和岸坡整体稳定性，应尽量避免苛刻单调的护坡结构。

4.4 地域性

不同的河流水文地貌和地质以及河势等环境条件具有显著的地域特征和差异。必须充分考虑区域内施工场地的规章制度和生态景观。岸坡设计应结合防洪规划和自然岸线的特点，因地制宜，保证区域环境与河流景观的协调性。不能完全照搬其他河道治理的方法。另一方面，生态护坡要满足资源消耗的需要，节约成本，充分利用当地材料，有效利用可再生资源，提高资源利用率，尽量将可再生资源作为工程材料。

5 河道治理当中主要应用的生态护坡技术

5.1 三维排水柔性生态袋护坡

柔性生态袋具有很强的渗透性，但对土壤的渗透性有一定的抑制作用，袋内所填充的营养土壤与生长剂，通过坡体与袋形成了整体，从而形成了复合稳定的生态坡体。立体排水柔性生态袋不易变形，可在生态袋内填充牧草种子等。在根系进入边坡前，形成三维植被，固定土壤，减少雨水冲刷。随着植物根系的不断生长，坡面土壤固定，防止水土流失，网状根系与土壤相互进行交织，从而也形成了比较强大的复合系统。

5.2 骨架植被护坡

骨架植被护坡是以混凝土、砂浆、石料为骨架，种植草坪等植物，有效提高边坡的稳定性，保证边坡生态功能。植被骨架护坡是一种将工程护坡与生态护坡相结合的护坡方法，它大大拓展了其应用范围，并对土质边坡和全风化岩质边坡具有较好的适应性。一般情况下，骨架植被护坡的坡度小于1∶0.75，在受河水强烈冲刷的情况下，坡度应小于1∶1。

5.3 现浇植被型生态混凝土护坡技术

现浇绿色生态混凝土护坡主要由随机复合多孔混凝土组成，一般由水土保持原料、肥料、透水混凝土材料、种植土壤等组成。主要含有少量掺有硅灰、矿渣水泥和粗骨料的细料。施工时砌体和碎石的粒度应满足植物生长的要求。利用植物根系的附着和生长空间，实现混凝土构件的绿化，使环境保护与工程施工有效结合+655。草型生态混凝土护坡由上至下为70 mm厚土籽、100 mm生态混凝土和30 m粗砂组成，孔隙率为25%~30%，最小抗压强度为7 MPa。生态混凝土适用于植草浇框，绿化率必须在95%以上。这种护坡一般适用于高边坡地区，生态效益好，但投资较大，由于对骨料级配和施工工艺要求严格，常用于城市河流治理工程中。

5.4 天然鹅卵石散铺护坡

上游山地型河道具有典型的洪水涨落、水流湍急的特点，可以概括为“一短两快四大”。河谷型河流易发生洪水侵蚀、河床淤积加剧、河岸陡峭崩塌、漫滩堆积、河岸宽度窄、河岸线不稳定、洪水承载能力差，对沿河城镇的安全构成潜在威胁。虽然传统的护坡或混凝土挡土墙可以满足防滑稳定和防洪安全的要求，但刚性护坡对生态景观影响不大。在实践工程经验的基础上，结合同类工程设计方案，因地制宜，充分考虑自然生态和防洪，最后选择卵石护岸，充分发挥其生态效益，体现河流的自然特征。通过修建海滩和山脊，天然鹅卵石散落护坡更适合于广阔的浅水区域，创造出一种奇特的河流景观，它通常建在急流或弯道的正常水位以下。

5.5 新型预制混凝土块护坡

平原河流治理工程的石材采购难以保证其施工的质量。环保的要求比较高，主要用于城市面临护坡中的河道管理项目。预制块体的护坡具有管理维护比较方便、工期相对比较短、强度比较高、稳定性比较好、机械化施工以及工厂预制等等特点。高孔隙率对于坝坡变形及波的衰减适应性是有利的。本地草籽可以在孔隙之中进行生长，并且投资成本比较适中。新型预制混凝土砌块护坡具有保持水土、填充与美化城市形象等功能，也能够满足生态环境以及现代生活的需求。在应用的范围、自锁、链等等方面也有了很大差异。新型预制件的生态护坡技术其在大三角中普遍得到了应用。在近年，一种新型的大型三角形预制混凝土砌块生态护坡在河流生态治理工程当中也得到了很广泛的应用，具有了十分良好的经济效益与环境效益。工程实践则表明，由于风浪、船浪、洪水、暴雨等因素的影响，河道的淤积与防波堤的问题十分严重。当预制块面向水侧设置的时候，应该使用钢绞线进行连接固定。水下施工中的基本条件也是使用铰链、一层土工布与100 mm厚的碎石垫层。为了护岸的生态效果能够突出，在水面以上的预制块开口之间可以种三叶草、苜蓿等等低矮的草。在种植之前可以铺40~100 mm腐殖质土，这样成活率可以提高。

5.6 三维植被网草皮护坡

植草护坡也是一种实用、经济、应用广泛的技术措施。它可以利用植物的根系来巩固土壤，从而加固了斜坡的土壤。植被可以显著减少边坡的长度与降雨的入渗，提高了土壤抗剪的强度，改善了边坡的稳定性。三维植被网草坪护坡也是一种综合护坡的形式，利用三维网垫、植物草与植物在表面消散波浪。三维网垫由聚乙烯、聚丙烯与其他聚合物材料制成。复合种植基地的整合还包括种植土壤、播种草籽、砾石等等。三维网格垫由平行于土壤方向的二维拉伸平面网格和垂直于土壤方向的多层网格而组成。为了使多层的网格空间在垂直方向之上更加稳定，网格层之间的节点通过热熔焊进行连接。草皮完全生长以后，土层、土工布垫层与草层牢固地结合在了一起，从而形成了一个坚实且稳定的整体。网状结构的空间十分大，不仅仅可以填充土壤与沙子，还可以为草坪提供更好的生长环境。

6 结束语

综上所述，在治理河流过程当中，不可避免地会在一定程度上破坏河岸原有植被，也会影响原有河岸的土层结构，导致其出现松动现象，这将大大降低河流治理初期的抗侵蚀能力。这时，土壤侵蚀加剧，河流淤积等相关的问题极有可能发生。最后，也就影响了河流泄洪、生态和航运的正常功能。近些年来，为充分满足社会生态文明建设的需要，大量河流治理建设项目开工建设。这时，为了提高河流治理的效果，应用生态护坡技术保护生态河流治理项目所造成的各种影响。值得注意的是，在生态护坡技术的具体应用中，需要对存在的问题进行研究和分析，并结合实际情况，保证生态护坡技术的选择更加合理。