生態(tài)護(hù)岸指的是利用植物或者植物與土木工程相結(jié)合,對河道坡面進(jìn)行防護(hù)的一種新型護(hù)岸工程技術(shù)。生態(tài)護(hù)岸集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體,是現(xiàn)代河流治理的發(fā)展趨勢。近些年來,隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,許多新技術(shù)、新材料被用于國內(nèi)外河道生態(tài)護(hù)岸中,主要有以下措施:
1、生態(tài)護(hù)岸的工程技術(shù)措施
1.1自然型護(hù)岸
自然型護(hù)岸,即以天然的植被、原石、木材等材料來替代混凝土護(hù)岸,盡量創(chuàng)造接近自然型的河道。在日本和臺灣,這種河道治理方法稱之為“近自然工法”和“生態(tài)工法”。自然型護(hù)岸工程的型式,可分為自然原型型、自然型和多自然型三種:自然原型型護(hù)岸,只種植被保護(hù)河岸,以保持河流的原生態(tài)特性,但這種型式的護(hù)岸,抵抗洪水的能力較差。自然型護(hù)岸,除種植植被外,還采用石材、木材等天然材料,以增強(qiáng)護(hù)岸工程的抗洪能力。多自然型護(hù)岸,即在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上,再巧妙地使用混凝土、鋼筋混凝土等硬質(zhì)材料,既不改河岸的自然特性,又確保了護(hù)岸工程的穩(wěn)定性。
1.1.1自然原型護(hù)岸
自然原型護(hù)岸指只采用種植植被保護(hù)河岸、保持自然堤岸特性的護(hù)岸。主要采用喬灌混交,發(fā)揮喬木與灌木的自身生長特性,充分利用高低錯落的空間和光照條件,以達(dá)到最佳郁閉效果。同時利用植物舒展而發(fā)達(dá)的根系穩(wěn)固堤岸,增強(qiáng)其抵抗洪水、保護(hù)河堤的能力。
(1)優(yōu)點
完美地將護(hù)岸與大自然融為一體,純天然,無任何污染,投資較省,且施工方便。
(2)缺點
抵抗洪水的能力較差,抗沖刷能力不足。在日常水位線以下種植植物難度較大,品種的選擇亦較關(guān)鍵,否則很難保證植物的存活。
(3)適用條件
適用于流速不快,流量較小,沖刷能力較弱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級河道,河床過水?dāng)嗝孑^小。
(4)常用方法
主要采用根系發(fā)達(dá)的固土植物進(jìn)行護(hù)岸:即在水中種植柳樹、水楊、白楊以及蘆葦、野茭白、菖蒲等具有喜水特性的植物;而在坡面上撒播或鋪上草坪,也可以種植一些植物如沙棘林、刺槐林、龍須草、常青藤、香根草等。
1.1.2自然型護(hù)岸
自然型護(hù)岸不僅種植植被,還采用石材、木材等天然材料,以增強(qiáng)堤岸的抗沖刷能力。如在日常水位線以下采用石籠、木樁或干砌塊石,其上筑一定坡度的土堤,斜坡上喬灌草相結(jié)合,固堤護(hù)岸。
(1)優(yōu)點
采用木樁、塊石等具有一定的強(qiáng)度的材料保護(hù)坡腳,使整個護(hù)岸的抗沖刷能力大大提高。木樁、塊石間的縫隙為水草留下了生長的空間,同時也為魚、蝦等水生生物提供了棲息的場所。
(2)缺點
與自然原型護(hù)岸相比,自然型護(hù)岸投資較高,工程量加大,由于干砌塊石與土體的結(jié)合并非十分緊密,因此,整體穩(wěn)定性能較差。
(3)適用條件
適用于各種有較大流速的區(qū)縣及鄉(xiāng)鎮(zhèn)級河道、都市景觀河道。
(4)常用方法
1)大型護(hù)坡軟件排:水下部分采用軟體排或松散拋石,而水上部分則是在柔性的墊層(土工織物或天然織席)上種植草本植物,并且墊層上的壓重拋石不應(yīng)妨礙草本植物生長。
2)干砌塊石或打木樁:水下部分采用干砌塊石或打木樁的方法,并在塊石或木樁間留有一定的空隙,以利于水生植物的生長;水上部分可參考自然原型護(hù)岸的做法,鋪上草坪或者栽上灌木。
1.1.3多自然型護(hù)岸
多自然型護(hù)岸是在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上采用混凝土、鋼筋混凝土等材料加強(qiáng)抗沖能力的一種新型生態(tài)護(hù)岸型式。多自然型護(hù)岸較之自然原型護(hù)岸和自然型護(hù)岸具有更強(qiáng)的抗水流沖刷能力,能抵御更大的洪水。同時也具備其它生態(tài)護(hù)岸所共有的生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)。因此,它是目前使用最為廣泛的一種生態(tài)護(hù)岸型式。
(1)優(yōu)點
堤岸經(jīng)過防護(hù)后,整體穩(wěn)定性能大大增強(qiáng),抗沖刷能力得到加強(qiáng),同時也不受堤岸坡度的限制。
(2)缺點
由于采用較多的新技術(shù)、新工藝,使得施工要求提高,難度加大,工程的投資也相應(yīng)增加。另外,多自然型護(hù)岸采用較多的非天然材料如混凝土、鋼筋混凝土等,在一定程度上也有所污染。
(3)適用條件
多自然型護(hù)岸由于具有較強(qiáng)的抗沖刷能力,因此可以適用于大流量、高沖刷能力的河流。
(4)常用方法
1) 纖維織物袋裝土護(hù)岸法
由巖石坡腳基礎(chǔ)、礫石反濾層排水和編織袋裝土的坡面組成。如將降解生物(椰皮)纖維編織物(椰皮織物)盛土,形成一系列不同土層或臺階岸坡,然后栽上植被。
2) 面坡箱狀石籠護(hù)岸法
將鋼筋混凝土柱或耐水圓木制成梯形箱狀框架,并向其中投入大的石塊,形成很深的魚巢。再在箱狀框架內(nèi)埋入柳枝、水楊枝等,鄰水一側(cè)種蘆葦、菖蒲等水生植物,使其在縫中生長出繁茂、蔥綠的草木。
3)三維網(wǎng)液壓噴播植草法
迎水坡面采用新型土工合成材料三維植被網(wǎng)墊植草護(hù)坡,利用液態(tài)播種原理,將植物種子或植物營養(yǎng)體(根、莖、葉等)經(jīng)前期處理后,與專用配料和水按比例拌和后,通過噴播機(jī)高壓泵的作用,快速噴播在需要種植的地方,從而形成植被覆蓋。
4)土壤固化劑法
固化劑是以水泥為主體摻入特殊的激發(fā)元素后制成的,其作用機(jī)理是固化劑中的水分子調(diào)節(jié)劑與土壤中的水分子形成化學(xué)鍵,對水分子有很強(qiáng)的吸附作用,利用土壤穩(wěn)定固化,填充土體孔隙,形成骨架結(jié)構(gòu),從而提高土壤的抗壓、抗?jié)B、抗折等性能指標(biāo)。
1.2固土植物護(hù)坡護(hù)岸
即利用根系發(fā)達(dá)的植物進(jìn)行固土護(hù)坡,既可起到防止水土流失作用,又可以滿足生態(tài)環(huán)境修復(fù)需要,同時還可以人造景觀。
1.3網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸
網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸,可以構(gòu)造鐵絲網(wǎng)與碎石復(fù)合種植基。即由鍍鋅或噴塑鐵絲網(wǎng)籠裝碎石、肥料及種植土組成。在河道護(hù)坡中,一般應(yīng)選用耐銹蝕的噴塑鐵絲網(wǎng)籠。
1.4土工材料復(fù)合種植護(hù)岸
該項枝術(shù)又分為:土工網(wǎng)復(fù)合植被,土工網(wǎng)墊固土種植基,土工格柵固土種植基,土工單元固土種植基等技術(shù)。其中,土工網(wǎng)復(fù)合植被枝術(shù),又稱草皮加筋技術(shù)。土工網(wǎng)墊固土種植基,主要由網(wǎng)墊和種植土、草籽等組成。網(wǎng)墊質(zhì)地疏松、柔韌,有合適的空間,可充填土壤和沙粒。植物的根系可以穿過網(wǎng)孔生長,長成后的草皮可使網(wǎng)墊、草皮、泥土表層牢固地結(jié)合在一起。土工格柵固土種植基,是利用土工格柵進(jìn)行土體加固,并在邊坡上植草固土。土工單元固土種植基,是利用聚丙烯等片狀材料經(jīng)熱熔粘接成蜂窩狀的網(wǎng)片整體,在蜂窩狀單元中填土植草,
起固土護(hù)坡作用。
1.5植被型生態(tài)混凝土護(hù)岸
植被型生態(tài)混凝土亦稱綠化混凝土,由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成。在城市河道護(hù)坡結(jié)構(gòu)中,可利用生態(tài)混凝土預(yù)制塊進(jìn)行鋪設(shè),或直接作為護(hù)坡結(jié)構(gòu),既實現(xiàn)了混凝土護(hù)坡,又能在坡上種植花草,美化環(huán)境,使江河防洪與城市綠化完美結(jié)合。
1.6水泥生態(tài)種植基護(hù)岸
水泥生態(tài)種植基,是由固體、液體和氣體三相組成的具有一定強(qiáng)度的多孔性材料。固體物質(zhì)包括適合于植被生長的土壤、肥料、有機(jī)質(zhì)及由低堿性的水泥、河砂組成的膠結(jié)材料等。在種植基固體物質(zhì)間,由稻草、秸稈等成孔材料形成孔隙,以便為植物提供充足的水分和空氣。在種植基內(nèi)還可填充保水劑,保持植物在日照下能很好生長。
1.7多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)護(hù)岸
所謂多孔質(zhì)護(hù)岸,是指用自然石、混凝土預(yù)制件等材料,構(gòu)成的帶有孔狀的適合動植物生存的護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式。其施工簡單,不僅能抗沖刷,還為動植物生長提供有利條件,此外還可凈化水質(zhì)。這種型式的護(hù)岸,可同時兼顧生態(tài)型護(hù)岸和景觀型護(hù)岸的要求。
2、生態(tài)護(hù)岸的功能
2.1防洪效應(yīng)
隨著社會和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,河流、湖泊大量萎縮,水面積不斷縮小,防洪問題顯得更加地突出。生態(tài)護(hù)岸作為一種更加高級的護(hù)岸型式,其植被可以調(diào)節(jié)地表和地下水文狀況,使水循環(huán)途徑發(fā)生一定的變化,因而具備抵御洪水的能力。當(dāng)洪水來臨時,洪水通過坡面植被大量地向堤中滲透儲存,生態(tài)護(hù)岸削弱洪峰,起到了徑流延滯作用。而當(dāng)枯水季節(jié)到來時,儲存在大堤中的水反滲入河,對調(diào)節(jié)水量起到了積極的作用。同時,生態(tài)護(hù)岸中大量采用根系發(fā)達(dá)的固土植物,使得護(hù)岸的抗沖性能(即各類植物護(hù)岸可抵御的最大近岸流速、波浪高度和相應(yīng)的沖刷歷時)大大加強(qiáng),在水土保持方面發(fā)揮了很好的效果。
2.2生態(tài)效應(yīng)
大自然本身就是一個和諧的生態(tài)系統(tǒng),大到整個社會,小至一條河流,無不是這個生物鏈中不可或缺的重要一環(huán)。生態(tài)護(hù)岸可以把水、河道與堤防、河畔植被連成一體,構(gòu)成一個完整的河流生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)護(hù)岸的坡面植被可以帶來流速的變化,為魚類等水生動物和兩棲類動物提供覓食、棲息和避難的場所,對保持生物多樣性也具有一定的積極意義。另外,生態(tài)護(hù)岸主要采用天然材料,從而避免了混凝土中因摻雜大量添加劑(如早強(qiáng)劑、抗凍劑、膨脹劑等)在水中發(fā)生反應(yīng)對水質(zhì)和水環(huán)境帶來的不良影響。
2.3景觀效應(yīng)
近年來,生態(tài)護(hù)岸技術(shù)在國內(nèi)外被大量地采用,從而改變了過去的那種“整齊劃一的河道斷面、筆直的河道走向”的靜態(tài)美,現(xiàn)在的生態(tài)大堤上建起了綠色長廊,昔日的碧水漪漪、青草漣漣的動態(tài)美得以重現(xiàn),生態(tài)護(hù)岸順應(yīng)了現(xiàn)代人回歸自然的心理,并且為人們休憩、娛樂提供了良好的場所,提升了整個城市的品味。
2.4自凈效應(yīng)
生態(tài)護(hù)岸可以增強(qiáng)水體的自凈功能,改善河流水質(zhì)。當(dāng)污染物排入河流后,首先被細(xì)菌和真菌作為營養(yǎng)物攝取,并將有機(jī)污染物分解為無機(jī)物,所產(chǎn)生的無機(jī)物如氮、磷等作為營養(yǎng)鹽類又被水中的浮游動物、魚、蝦等所食。這就是水體的自凈作用,即按食物鏈的方式降低污染物濃度。
生態(tài)護(hù)岸上種植于水中的柳樹、菖蒲、蘆葦?shù)人参铮軓乃形諢o機(jī)鹽類營養(yǎng)物,其龐大的根系還是大量微生物吸附的好介質(zhì),有利于水質(zhì)凈化,生態(tài)護(hù)岸營造出的淺灘、放置的石頭、修建的丁壩、魚道形成水的紊流,有利于氧從空氣傳入水中,從而增加水體的含氧量,有利于好氧微生物、魚類等水生生物的生長,促進(jìn)水體凈化,使河水變得清澈、水質(zhì)得到改善。
生態(tài)護(hù)岸是融現(xiàn)代水利工程學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、美學(xué)等學(xué)科于一體的水利工程,十分有助于生物多樣性,河流水質(zhì)的改善,以及提供給人們一個見水、近水、親水的美好環(huán)境,重現(xiàn)大自然的勃勃生機(jī)。因此,生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)代河流治理的發(fā)展趨勢,是水利建設(shè)發(fā)展到一種相對高級形態(tài)的必然結(jié)果。