城镇河道生态护坡研究综述

作者:翟奕菡 刘…    文章来源:河南水利与南水北调    点击数:2264    更新时间:2011/5/13

摘要:传统形式的护坡工程在保持河道岸坡稳定、防止水土流失及满足行洪排涝功能等方面颇有成效,但却会对生态环境及城镇居民的生存环境带来不良影响。城镇河道生态护坡在具有水利工程效益的同时兼顾生态效益。生态护坡作为适应时代的产物,不仅要满足人们对“绿色”的需求,而且要切实保障城镇河流生态系统的健康。

关键词:生态护坡;水利工程效益;生态效益;生态系统

传统的城镇河道护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡、模袋混凝土护坡等纯工程的防护形式,这些传统形式的护坡工程虽然在保持河道岸坡稳定、防止水土流失及满足河道行洪排涝功能等方面颇有成效,但是却较少考虑对生态环境及居民生存环境等的影响。在降雨强度高、岩土易风化的地区很难保证工程材料与边坡体兼容,工程结构很容易被架空,从而导致滑坡,严重影响了河道的正常运行。随着人类社会的不断发展以及人们对生态环境保护意识的增强,逐渐意识到了这种单一的护坡工程给生态环境带来的不良影响,生态护坡技术应运而生。力求河道在发挥水利工程功效的同时融入城市园林景观、生态环保、建筑艺术等元素。因此社会相关人士对生态护坡技术广泛关注,并进行了一系列较深入的研究与探索。

一、城镇河道生态护坡的概念、内涵及作用机理

(一)城镇河道生态护坡的概念

近年来,生态护坡技术得到了广泛的关注,国内外学者对生态护坡有许多定义,但是对于生态护坡的概念并没有一致的说法,大多关注于形式上的简单描述,虽然带有一定的生态色彩,却不能称为真正意义上的生态护坡。

真正意义上的生态护坡是一个完整的生态系统,它不仅包括植物,还应包括动物及微生物,系统内部之间以及系统与相邻系统间均发生着物质、能量和信息的交换,具有很强的动态性;真正意义上的生态护坡应该是在保证边坡稳定的基础上,以营造边坡的生物多样性为目标,在水——土——生物之间,形成物质、信息、能量的循环体系,通过良性的循环,进行自我组织和自我修复,使护坡不仅具有景观效果,还能修复污染的河流水体,提高河流的自净能力,从而为城镇河流生态系统的健康提供保障。

(二)城镇河道生态护坡的内涵

城镇河道生态护坡的内涵包括两个方面,首先护坡要具有水利工程效益,满足防洪抗冲标准,构建透水透气且适合植物生长的环境;其次要兼顾生态效益,建立良性的河道护坡生态系统。在设计生态护坡的时候,要因地制宜,适合当地的生态环境,保护与节约自然生态系统的物质和能量资源,尽量还原自然原貌。

(三)城镇河道生态护坡的作用机理

城镇河道生态护坡技术是基于生态工程学、工程力学、植物学、水力学等学科的基本原理,利用活性植被材料,结合其他工程材料在边坡上构建具有生态功能的护坡系统。

生态护坡的主要作用机理是根系的力学效应和茎叶的水文效应。

地下广布的草本类根系及木本类水平根系纵横交错,增大了土体的固着和结持力,使边坡土体在其延伸范围内成为土与草根的复合材料,草根可视为带预应力的三维加筋材料;木本植物垂直根系的主根粗壮,扎入土层较深,垂直深根穿过边坡的软弱层或滑动面,以锚固与桩侧阻的方式对边坡起到加固作用,其作用类似于锚杆或抗滑桩。

降雨是诱发滑坡的重要因素之一,边坡失稳与坡体水压力的大小有着密切关系,植物通过吸收和蒸腾坡体内水分,降低土体的孔隙水压力,增加土体吸力,提高土体的抗剪强度,有利于边坡体稳定;植被能够拦截高速下落的雨滴,减少或防止降雨对地面的直接撞击溅蚀;地表径流会带走已被滴溅分离的土粒,进一步引起片蚀、沟蚀,植被能够抑制地表径流的这种冲刷作用。

二、城镇河道生态护坡的主要形式及其适用性

(一)植物护坡

植物发达的根系能够很好地保持水土,利用其进行护坡固土,在防止水土流失的同时满足人们对生态环境的需求。着眼于固土植物的选择,需要根据岸坡当地情况,适宜选种,以适应当地气候条件,将植被和护坡的模式结合起来综合考虑,灵活把握。

植物护坡使用于城镇河道时,护坡易被雨冲刷形成深沟,护坡效果差,影响景观,长期浸泡在水下、行洪流速超过3m/s 的土堤迎水面坡和防洪重点地段(如河流弯道)不适宜植草护坡。

(二)三维植被网护坡

它主要是利用活性植物并结合土工合成材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统,通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术。

与上述植物护坡相比,这种护坡形式能够更好地抑制雨水冲刷,防止水土流失,但是当应用于堤防迎水坡面时,功能略显不足。尽管有用混凝土、石笼做铺垫外框以增加其坡面稳定性,但仍难以长时间抵御较大洪水侵袭。

(三)植被型生态混凝土护坡

植物型生态混凝土起源于日本,后推广于河道护坡方面。其由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细掺和料组成,是植被型生态混凝土的骨架。保水材料以有机质保水剂为主,并掺入无机保水剂混合使用,为植物提供必需的水分。表层土铺设于多孔混凝土表面,形成植被发芽的空间,减少土中水蒸发,提供植被发芽初期的养分,防止草生长初期混凝土表面过热。

在城镇河道护坡或护岸结构中可以利用生态混凝土预制块体进行铺设,或直接作为护坡结构,既实现了混凝土护坡,又能在坡上种植花草,美化环境,使硬化和绿化完美结合。植被型生态混凝土具有较好的抗冲刷性能,上面的覆草具有缓冲性能,由于草根的“锚固”作用,抗滑力增加,草生根后,草、土、混凝土形成一体,更加提高了堤防边坡的稳定性。

三、城镇河道生态护坡作用价值的探讨

生态护坡由于表面覆盖植被,水流速度会减缓,生态护坡的河道行洪能力明显低于传统护坡河道,而且目前城镇河道在水源不足时,流速也较低,此时防止水土流失的功能基本丧失。生态护坡特性决定了它没有很高的强度,保持边坡稳定的能力有限,为提高生态护坡的强度,要辅以其他工程措施,或者利用水力调度的方式提高城镇河道水动力特性,并通过自然选择或人工干涉清除部分阻水植物,增强河道行洪能力,并尽力解决水源不足情况。

生态护坡在解决河道污染方面作用并不大,尽管人们最初的构想是实现河道净化。城镇河流污染主要来自城市污水排放、农田化肥农药随雨水流入以及大气造成的酸雨。河流污染是大多数国家都面临的水环境问题,但是仅依靠生态措施来减缓或消除水污染情况似乎难以实现,因此不能为了采用新概念的城镇河道生态护坡,而夸大具有生态护坡的河道的自净能力。

植物生长和生态恢复需要一定的周期,而工程建设一般工期较短,某些建设单位为了满足工程验收评价时的效果,对植被演替规律认识不足,并且进行一些不符甚至违背自然规律的设计,使得建成的生态系统相当脆弱,加之后期缺乏人员维护,从而达不到预期效果。

四、结语

生态护坡作为适应时代的产物,不仅要满足人们对“绿色”的要求,而且要切实地保障城镇河流生态系统的健康。这正是需要研究者着眼于实际,分析影响河岸植物生长的物理因素和生物因素并对其进行影响评价,以研究出更好的生态护坡材料,与此同时改善河道断面结构和护坡结构等,促使城镇河道完整生态系统的形成。

本文阐述了生态护坡的概念、内涵及作用机理,介绍了植物护坡、三维植被网护坡、植被型生态混凝土护坡等三种生态护坡主要形式及其适用性,并对生态护坡作用价值进行了探讨。我国河道生态护坡的研究尚处在初级阶段,随着城市化进程的加快,我国城市水利向环境水利和生态水利的转化指日可待。

参考文献

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