黄河下游生态护坡构建研究

第３２卷第２期　人民黄河　Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．２　２０１０年２月　ＹＥＬＬＯＷ　ＲＩＶＥＲ　Ｆｅｂ．，２０１０　【防洪・治河】　黄河下游生态护坡构建研究　曾　贺　，谌奔波　，张晓华　（１．黄河水利科学研究院水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南郑州４５０００３；　２．河南城建学院，河南平顶山４６７０００）　摘要：从恢复生态学的角度对如何构建河道生态岸坡进行了分析，介绍了构建河道生态护坡应当遵循的原则，提出生　态岸坡的构建应当以保障堤防安全、实现河岸生物群落向顶级群落的演变为最终目的。针对黄河下游冲淤变化剧烈的　特点，从抗滑稳定和抗冲刷稳定两个方面对生态岸坡的稳定性进行了阐述，提出了适合黄河下游堤防的护坡形式。　关键词：护坡稳定性；生态护坡；黄河下游　中图分类号：Ｑ１４２；ＴＶ８８２．１　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１０．０２．０１０　“受损河岸生态系统修复”起源于欧洲，国外称为“近自然　图通过单一的、短期的生态工程就立竿见影地解决环境问题是　河川工法”、“土壤生物工程护岸技术”、“受损河岸生态系统修　不现实的，也是不可能的。因此，初始的恢复目标就是构建河　复技术”等，国内称为“生态水工学”。欧洲一些国家如德国、　岸植物群落，启动植被恢复过程，并在人工帮助下使其向健康　法国、瑞士、奥地利等，出于对以往大规模破坏森林和河川等的　方向发展，而不是恢复项目本身完成恢复过程…。　反省，耗费巨资开展了河岸水边植物群落与河畔林的复原工　作。阿尔卑斯山山脚的阿勒河，著名的塞纳河、多瑙河、莱茵　２构建生态护坡的原则　］　河、清溪川等都采用了生态方法进行治理。近几年来，国内部　分河岸治理也开始尝试此类方法，鉴于此，笔者对黄河下游生　（１）稳定性。对于黄河来说，保障两岸人民群众的生命财　态护坡的构建进行了研究。　产安全是重中之重。生态护坡要保证堤岸的稳定性。岸坡的　稳定性设计需要结合试验资料和已建生态护坡工程的监测资　１生态护坡概述　料，对水力参数和土工技术参数进行评估，找出造成不稳定的　主要因素，然后根据实际情况选用护岸形式，提高岸坡的稳定　生态护坡是河流生态治理的～项重要措施，是结合水利工　性和安全性。　程与生态环境保护而兴起的一种新型护坡技术。它集现代水　（２）保护生物多样性。生态护坡与传统护坡最大的区别　利工程学、生物科学、环境学、生态学、景观学、美学等学科为一　就在于生态护坡将生态学理论纳入护岸设计当中，首先以生态　体，打破了传统护岸水泥三面衬砌、整齐划一的格局，同时不再　学为基础，将生物种群作为设计的核心，考虑护岸连接长度和　仅仅强调护岸的抗冲刷能力等，而要求稳定性、景观性和生态　宽度对生物生存与繁衍的制约；其次注意保护生物的多样性和　性的完美结合。因此，河道生态护坡技术可描述为“通过使用　食物链网的复杂性，积极为水生生物、两栖动物创造栖息、繁衍　植物或植物与土木工程相结合的方式，减轻水流、风浪、雨水等　的环境。这样既有利于恢复和保护河流生态环境，又有利于提　各类侵蚀的程度，提高坡面及坡脚的稳定性，实现河岸生态群　落向顶级群落演变的水利工程技术”。　高河流的自净能力。　根据恢复生态学理论，宽而浓密的植物带能更好地减少来　（３）因地制宜。在设计时要充分考察当地的地质、水文、　自相邻景观的各种干扰。在环境干扰较轻自ｇ情况下，生态演替　环境条件和生物种群，因地制宜，尽量选用当地材料以降低工　的作用可使土质边坡具有自我修复、恢复的能力，退化系统中　程成本；植物的配置也应以乡土植物为主，合理布局，保证较高　的植物能够减轻干扰，并向顶级方向发展，同时恢复其原有植　的生物种群异质性。　被的结构和功能，最终演变为能流、物流和信息流正常运转的　（４）景观性。水环境景观是城市、乡村景观的重要组成部　稳定的顶级群落。但是，上述过程较为漫长，而且随着环境的　分，在进行生态护坡规划时，要以自然、生活、空间、历史和文化　变化存在不确定性，很难及时起到防护和绿化的作用。目前，　为线索，充分了解与认识当地的自然环境与人文景观，以便将　生态恢复的基本思路是根据地带性规律、生态演替及生态位原　生态护岸与当地的景观文化融为一体。　理选择适宜的先锋植物，构造种群和生态系统，实行土壤、植被　与生物同步分级恢复。在前期建设过程中，通过人类的主动干　收稿日期：２００９～０２—１２　基金项目：黄河水利科学研究院科技发展基金资助项目（２００８ＺＦＸ０６８）。　预使受损河岸生态系统进行自然修复，但它并不能及时地产生　作者简介：曾贺（１９８２～）。男，山东菏泽人，硕士，研究方向为水利工程管理。　直接的修复结果，只是帮助启动生态系统的自我修复过程。试　Ｅ・ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｈｅ１６３＠１６３．ｃｏｎｌ　・２３・　人民黄河２０１０年第２期　３黄河下游生态护坡构建　考虑到黄河下游防洪的重要性，堤防护坡的功能仍然要以　防洪保安全为主，即要求护坡工程具有一定的抵抗洪水冲刷及　浸泡损坏的能力，因此首先要根据工程地质、水文、气候等资　料，分析护坡基础的稳定性。若基础稳定，则只需要进行生物　１０　０００、１５　７００　ｍ　／ｓ和２２　０００　ｍ　／ｓ时，与不植树情况相比。水　位抬升值分别为０．０６、０．０７　ｍ和０．１０　ｍ，壅水效果并不明显。　虽然防浪林的建设会壅高洪水水位并延长洪水传播时间，但相　比其防洪效益、生态效益，在堤距宽阔的河段加宽防浪林是可　行的。　在采用植物防护初期，为提高植物抗冲刷能力，可利用“干　根网状护坡法”进行种植。其基本方法是：在坡面上挖方格或　防护；若基础不稳定，则需要采取工程措施与生物措施相结合　的治理方法，先对基础进行深层加固，然后再进行生物防护。　３．１生态护坡的稳定　堤防护坡必须满足稳定要求，稳定一般包括边坡的抗滑稳　定和抗冲刷稳定。坡式护岸的稳定计算应包括整体稳定和边　坡内部稳定计算。以砂性土为主的岸坡在护坡工程完工后容　易出现局部塌陷问题，原因是垫层级配不合理，下部被水流淘　空而产生了不均匀沉降，引起局部塌陷，在设计中应特别注意。　（１）抗滑稳定。土壤剪切力和紧实度是坡岸抗侵蚀能力和　稳定性的重要指标。一般认为：表层和浅层的土壤抗剪能力越　强，坡岸表面滑坡的可能性越小；表面的紧实度越高，坡岸耐冲　刷和侵蚀的能力越强。生态护坡的植物根系可以显著地增强　边坡稳定性。从植被类型来看，灌木提高土壤抗剪强度的能力　最强，草地提高土壤抗剪强度的能力最弱。种植方法不同，杞　柳和垂柳新生根系的生物量和生长深度也不同，活枝扦插加柴　笼和灌丛垫的效果要比单枝乔木的效果好　。与裸露坡岸相　比，土壤生物工程构筑的水位线附近坡岸表面土壤剪切力提高　了２．２５—３．２３倍，坡岸下１５　ｃｍ处土壤剪切力提高了１Ｏ．７１～　１５．７８倍；ｈｉ位线附近的土壤紧实度提高了２．６～５．５倍　，表　明坡岸中植物根系的生长可以提高坡岸尤其是常水位附近坡　岸的稳定性。　（２）抗冲刷稳定。有植被的堤坡抗冲刷能力明显优于无植　被堤坡。根据英国建筑工业研究与情报协会原型试验结果以　及英国Ｎｅｆｌｏｎ公司的资料，一般草皮的抗冲刷极限流速大于１　ｍ／ｓ。而日本在信浓川（新泻县河名）曾做过包括无植被、有植　被（草类）、有植被（柳树）及植被网的４种河岸冲刷保护试验，　结果表明：有植被（柳树）的耐冲刷性仅次于植被网，显示出很　强的耐冲刷能力，其冲刷速度为０．５　ｍｍ／ｍｉｎ，而有植被（草类）　和无植被的地方，其冲刷速度为２—４　ｍｍ／ｍｉｎ。黄河下游大堤　堤身多为砂壤土、粉土或粉细砂，长期受水流冲刷会形成冲刷　坑，特别是在坝根和坝头下缘容易形成巨大的冲刷坑，在进行　护坡设计时应注意护坡的整体稳定性。　波浪淘刷是造成护坡失稳的重要因素。目前黄河下游河　道有规划地种植了５０　ｍ宽的防浪林，可有效阻止波浪对岸坡　的淘刷。根据张宝森等对郑州河段加宽黄河堤防防浪林可行　性论证报告的内容得知，在没有防浪林的工况下，风浪对堤防　的影响（包括波浪爬高和风壅水面高度）为１．８０　ｍ。目前郑州　河段种植有５０　ｍ宽的防浪林，株行距为２　ｍ×２　ｍ，在滩区风力　６～７级、平均吹程１０　ｋｍ时的消浪率为４６．９％。如果郑州河　段种植５５０　ｍ宽度的防浪林，株行距采用２　ｍ　ｘ　３　ｍ，那么消浪　率可达９０％以上，防止波浪淘刷效果将非常明显。以花园口断　面为例进行植树对排洪能力的影响分析计算，若在滩区植树，　考虑排洪河宽３　ｋｍ以外的滩地部分过流，则流量分别为　・２４・　菱形网，将于材埋人土中，使干梢或其干部间断暴露，埋入土中　的干材两侧生根，暴露部分萌芽成林。埋人土中的部分占干材　的９０％，暴露部分则占１０％，可有效地提高苗木的成活率。埋　入土中的于材两侧生根，根系较直式发达，面积也较大，网格状　排列对坡面也具有防护作用，两者结合，可起到固结土壤、防止　水土流失的作用。该方法于２００３年３月在济平干渠贵平山口　东防洪堤得到应用，效果良好。另外，对于草皮护坡，也可使用　三维土工网，以提高其工程初期的抗侵蚀能力。　３．２生态岸坡的形式　黄河下游河道排洪能力上大下小，大洪水时，洪水在宽河　段漫滩后流速变缓，在距离主河槽较远处，水流速度十分缓慢，　堤防受水流、风浪的侵蚀都不很严重。目前，下游堤防护坡多　为草皮护坡，当发生强降雨时容易受雨水侵蚀破坏，建议使用　三维植被网护坡或土工格护坡，必要时采用土工材料软体排护　脚，以提高抗冲刷能力。　在一些长期未靠水的工程前，建设乔木、灌木、草皮相结合　的生态防护体系，可阻止大水时对坡脚的冲刷，并在一定程度　上防止河势摆动。　对于水流流速较快、冲淤演变剧烈的河段，可采用石笼结　构护坡技术如格宾石笼、雷诺护坡等，代替已有的浆砌石护坡、　混凝土护坡，用于险工、控导工程靠溜迎水面。在根石牢固、能　够进行旱地施工的地方，可采用格宾网笼护脚、干砌石护坡的　方式；在根石不是十分牢固的地方可采用雷诺护坡的方式。石　笼结构护坡后应在石笼的空隙内填土，覆土厚度应当满足植物　生长要求，而且应当使植物根系深入到石笼内，覆土和植被可　以保护钢丝网不被河水腐蚀，避免钢丝网被撕裂，减少水流对　石笼内块石的侵蚀破坏。　对于已硬化的坡面（如混凝土、砌石护岸），可采用在其上　覆土植被的方法达到生态治理的效果。若硬化堤坡较陡，在覆　土时应将堤坡放缓，以适于植被生存。对堤防防洪来说，安全　作用还要依靠覆土下面的护岸来发挥，覆土只起到恢复生态系　统连续性的作用。　参考文献：　［１］　黄志霖，傅伯杰，陈利顶．恢复生态学与黄土高原生态系统的恢复与重建问　题［Ｊ］．水土保持学报，２００２（３）：１２２—１２５．　［２］董哲仁．探索生态水利工程学［Ｊ】．中国工程科学，２０ｏ７（１）：Ｉ一７．　［３］杨永红，王成华，刘淑珍，等．不同植被类型根系提高浅层滑坡土体抗剪强　度的试验研究［Ｊ］．水土保持研究，２００７（２）：２３３—２３５．　［４］李小平，张利权．土壤生物工程在河道坡岸生态修复中应用与效果［Ｊ］．应　用生态学报．２０Ｏ６（９）：１７０５—１７０９．　【责任编辑翟戌亮】