河道硬质驳岸生态覆绿系统模式初探.docx

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河道硬质驳岸生态覆绿系统模式初探

河道硬质驳岸生态覆绿系统模式初探

摘要：

文章论述了国内城镇河道坡岸现状及护坡的几种方法，并提出一种全新的河道硬质驳岸生态覆绿系统。

通过引入竹纤维作为植被型生态混凝土的增强材料，引入入侵植物秸秆作为植被型生态混凝土的肥料来源，从而在保证生态环保的基础上改善河道硬质驳岸现状，实现河岸覆绿的新景观。

关键词：

护坡，植被型生态混凝土，竹纤维，入侵植物

Abstract:

ThearticlediscussesaboutthecurrentsituationofrivebankinChinaandseveralmethodsofslopeprotection,andthenposesanewgreeningsystemofconcretedriverbank.Thissystemfocusesononekindofbrand-newvegetation-growingeco-concrete,whichcouldchangethesituationofconcretedriverbankintoecologicalgreenlandscapethroughusingbamboofiberasreinforcedmaterialandusinginvasiveplantsasfertilizer.

Keywords:

slopeprotection;Vegetation-growingeco-concrete;bamboofiber,invasiveplant

城镇河流除具有为生活和工农业生产就近供水、交通航运、泄洪滞涝等功能外，还具有生态环境功能。

景观生态学将城市河流看作廊道及生态边缘区，认为城市河流绿色通道应是一条链或一张网，将城市河流沿岸的各个部分联系起来，也将河流与陆地联系起来。

城市河流绿色通道不仅具有景观美化、消除噪声、净化水质的作用，还可以发挥河流的娱乐和休闲功能，有利于城市形象的塑造。

但是近些年随着城市化进程的加快，河道面临被填埋、被污染的诸多问题。

政府在河道整治中采用了裁弯取直、河道横断面几何规则化、河床材料硬质化等措施。

这样的改造虽然在河道外观形态上产生了整齐划一、井然有序的效果，也保证了四大功能的正常发挥，但是在保护河岸的同时也将河岸表面封闭起来，阻隔了水土的连接通道，隔绝了生物和微生物与大地的接触，带来的负面影响是河流生态系统失衡、河道天然的自净能力丧失、河水水质下降、居民居住水环境恶化[1]。

20世纪后期提出“人居环境”概念，标志着人类对待自然的态度已从根本上发生改变，强调环境保护的生态护坡出现在各地的

河道治理工程建设中。

所谓生态护坡，就是综合考虑“水安全、水环境、水资源、水景观”各方面的协调，在满足防洪、排涝等需求的同时，充分考虑生态效应，将河堤由过去混凝土构筑物改造成适合生物生长的仿自然状态的护坡。

1.我国生态护坡工程现状

我国在河道边坡绿化方面的研究起步较晚，近年来在充分吸收国外河道整治和其他领域生态护坡研究成果的基础上取得了很大的进步。

如：

鄢俊[2]结合我国现阶段航道工程的植草护坡现状，讨论了各种植草护坡方式的特点和边坡种草的关键技术。

马庆等人[3]根据上海市河道的具体特点，讨论了生态型护坡结构形式；季永兴[4]等综合分析了城市原有河道护坡结构及对环境水利和生态水利的影响，并在吸取国内外有关城市河道整治和其他领域生态护坡经验的基础上，探讨了不同材料的生态型护坡结构新方法。

在引滦入唐工程中，陈海波等提出网格反滤生物组合护坡技术[5]；胡海泓等人在广西漓江治理工程中，提出了石笼挡墙、网笼垫块护坡、复合植被护坡等生态型护坡技术[6]。

江西省南昌县地处鄱阳湖之滨，外洪圩堤长达544km，利用网布被草坪圩堤护坡技术，使网格和土体形成一个有机的整体，充分发挥了土体的抗剪强度。

草坪形成后其利用草根和网格的相互交织作用，形成较稳定的植被，能更有效地防止坡面的雨水击溅、风浪冲刷，从而达到固土、保水、防冲的目的[7]。

这些带有生态色彩的护坡技术综合起来，可以归纳为二种：

第一种是单纯利用植物护坡；第二种是植物-工程措施复合护坡技术。

如表1所示：

表1国内主要采用的五种生态护坡技术

类型

形式

应用范围

植物护坡

种植根系发达植物固土，采用水力喷播植草技术植草

行洪流速超过3m/s的迎水坡面和防洪重点地段不宜采用

土工材料绿化网

土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基、土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基

抗雨水冲刷,但不能用于堤防的迎水坡面

水泥生态种植基

由适合于植被生长的土壤、肥料、有机质及由低碱性的水泥、河砂组成的胶结成孔材料,并含有保水剂

具有较好的抗冲刷和固坡性能,还能美化环境

土壤固化剂

以水泥主体掺入某种特殊的激发元素后制成的高性能土壤固化剂

固化河（湖）底,使底土层表面结壳,从而达到固土保沙作用,并使底层利于水生物繁衍生殖。

植被型生态混凝土

由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土组成

混凝土浇注或块石砌筑硬质堤坝

由上表可以看出，植物护坡带来的景观效果最好，但是由于稳固性差而无法广泛使用。

土工材料和水泥材料的使用大幅度地提高了护坡体的稳固性及抗冲刷性，曾一度成为城镇河道整治使用的最广泛的方法，但是由于工程材料本身会给环境带来污染压力，同时这两种护坡方式的后期维护会耗费比较多人力物力财力，因此应用的前景也并不好。

土壤固化剂主要针对河底状况，而且造价相对较高，不具有普适性。

植被型生态混凝土是近年来的研究热点。

它是由大孔（多孔）混凝土、保水材料、添加剂、难溶性肥料和表层土壤组成，PH值较低，可以满足植物生长的需要。

其中多孔混凝土是植被型生态混凝土的骨架。

多孔混凝土也被称作多孔渗水混凝土（简称POC），POC具有能自由贯通的空隙，因此，水、空气和植物的根系能在空隙内自由地通过，同时该混凝土又具有一定的抗压、抗折强度，作为河岸堤坡的铺装材料，它既能够防治水流将土壤冲刷，起到保护堤岸的作用，又能使植物的根系由下而上或由上而下地穿越。

同时由于渗水的作用，植物生长能得到足够的水分，从而保证根深叶茂。

随着时间的推移，一般情况下，在一年到一年半内，生长出来的植物能够将POC表层覆盖，为一些动植物的生长发育创造自然条件，一些昆虫也有了栖息之地。

另一方面，水陆两栖植物的根系可穿过POC中的空隙，漂浮或注入水体中，它既可吸收水体中的富营养物质起到净化水体的作用，又可作为水生动物（鱼类、贝类等）产卵哺育的载体，造就了水中生物的多样性[8]。

吴义锋等人[9]对黄浦江进行的生态护坡建设及王飞等人[10]针对三峡水库消落区生态护坡的研究均证明了植被型混凝土强度高、抗侵蚀能力强，透水性和透气性好，能使植物的根系生长良好，而且两个实例的结论均表明球体构型的生态混凝土的景观效果优于其他砌块。

2.河道硬质驳岸生态覆绿系统

2.1河道硬质驳岸生态覆绿系统的结构

生态覆绿支撑系统主要由生态支撑子系统和生态种植基子系统两部分组成。

2.1.1生态支撑子系统

此系统是以竹筋、竹纤维为主要的增强材料，结合常用的工程材料及施工手段，研究开发竹筋与竹纤维植被型球型砌块生态混凝土护坡技术（常水位线以上）与锚固漂浮式竹筋与竹纤维预制浮水植物种植筏技术（常水位线）。

如图1所示。

竹筋与竹纤维植被型球型砌块生态混凝土护坡技术（常水位线以上）技术体系如图2所示，主要选择种植适宜的生态覆绿植物群落，利用竹筋和竹纤维的抗拉伸能力，将这种环保材料与植物生长基、植物种子、多孔隙混凝土球型砌块结合起来，形成抗拉伸、抗冲刷的护坡表面。

由于体系内部富含营养物质，可以为植物的生长提供充足的营养。

锚固漂浮式竹筋与竹纤维预制浮水植物种植筏技术（常水位线）技术体系如图3、图4所示，主要选择种植适宜的浮水植物群落，利用竹筋与竹纤维预制浮水植物种植槽，经由毛竹捆绑、组合成1.5MX3M近岸漂浮式种植筏带，通过系留缆绳将锚固点与种植筏连接。

这种结构不仅能够保证植物能够随着水位线的季节性变化而变化，也能够防止由于通航或其他自然因素而导致浮水植物飘散进而影响河道通航安全和生态安全。

图1：

河道硬质驳岸生态覆绿支撑系统示意图

图2：

竹筋与竹纤维植被型生态混凝土护坡技术（常水位线以上）技术体系示意图

图3：

锚固漂浮式竹筋与竹纤维预制浮水植物种植筏技术（常水位线）技术体系示意

图4：

锚固漂浮式竹筋与竹纤维预制浮水植物种植筏技术（常水位线）技术体系示意

在覆绿系统中，选择竹筋和竹纤维作为增强材料除了因为竹子是我国重要的森林资源之一，它具有生长快、成材早、产量高、一次造林、永续利用等特点，而且因为竹材的力学强度大。

竹筋具有其他植物筋（树枝、草等）所不及的优点（见表2）：

收缩量小，高度的割裂性、弹性和韧性，很好的顺纹抗压强度和抗拉强度。

由此可见，只要保证支撑系统中的竹筋和竹纤维不出现腐烂或虫蚀的迹象，系统就会保持永久稳固的特性[11]。

表2竹材各种力学强度MPa

项目

顺纹

横纹

横纹挤压

抗拉

抗压

挤压

径向抗压

劈裂

径向抗压

弦向抗压

抗弯

切向

径向内边

径向外边

强度

150

65

59

11.5

2.3

10.6

20

1157

22.6

154

22.8

注：

顺纹弹性模量：

11.6GPa—11.9GPa；静曲弹性模量：

16.17GPa—17.32GPa

2.1.2生态种植基子系统

此系统的特色是以入侵植物水葫芦和一枝黄花作为植被生长的营养来源。

众所周知，入侵植物的繁殖能力极其旺盛，一旦有适应其生长的环境，它便快速生长并成为当地的优势物种，抑制或影响其他物种的上涨，破坏生态多样性，极易造成该地区生态恶化、物种单一，破坏生态平衡[12]。

但是同时我们也发现，入侵植物如水葫芦和一枝黄花根系发达，其富集营养物质的能力非常强，也正因为这个特点，入侵植物才可能在陌生的环境里抢夺有限资源并成功地迅速繁殖起来。

由此可见，入侵植物体内含有丰富的营养物质，以水葫芦为例，它含有丰富的纤维素、蛋白质、脂肪，所以曾经一度被用来作为动物饲料

[13]。

将入侵植物水葫芦和一枝黄花的秸秆进行预处理后按一定配比添加进植被型生态混凝土中，代替目前大多数护坡工程植物生长基添加的难溶性肥料，可以在为护坡植物提供生长所需营养的同时，降低投入成本，而且在供给需求方面促进这两种入侵植物清理工作的进行，从侧面推进地区入侵植物的整治工作。

3.河道硬质驳岸生态覆绿系统的优点

3.1改善河道生态环境

河道硬质驳岸与水面生态覆绿支撑系统的合理实施，可以在较低的工程成本范围内改善原有城镇河道驳岸的硬质景观效果，同时由于根据植物生理特性的不同，在常水位线以上及常水位线上种植了不同的植物，在河岸边将具有净水作用的浮水植物锚固在种植基上从而促进其生长，这些都在一定程度上恢复了河道微生态系统，逐渐改善河岸生态微循环，从而使得河流能够恢复一定的自净能力，建立生态友好型河道景观。

3.2稳固河道防护体系

驳岸原本就是阻止河岸崩塌或被冲刷的建筑结构，硬质驳岸生态护坡覆绿支撑系统仅改变了驳岸的外表属性，而且支撑系统在最大程度上减少了对原有坡体的破坏，并通过植物根系的锚固作用加强了覆绿系统与河岸的结合，所以此系统不会影响城镇河道各项功能的安全发挥。

3.3降低河道维护成本

植物护坡体系建立后，增强了堤坝抵抗水浪冲击和水体浸泡的作用，降低了大堤的维修费用，同时减少了人力、物力和财力的巨大浪费。

生态覆绿系统采用竹筋和竹纤维作为增强材料，入侵植物一枝黄花和水葫芦作为肥料来源，不管从工程层面还是生物层面均充分利用了浙江省当地资源，在实现生态环保的目标的基础上，降低了项目施工成本，更有利于成果的推广和应用。

4.展望

随着我国经济实力的不断增强和城市化的进程的加快，拥有城镇河道的现代城市都将“水清、流畅、岸绿、通航”的城市水系作为建设的一个重要方面。

本项目兼顾了城镇河道的功能效益、环境效益和经济效益，充分利用当地丰富资源，并且考虑到入侵植物变废为宝的经济利益，这种将本地优势资源与河道护坡工程建设相结合的方法，能够在保证环保护坡的效果的基础上明显地降低了项目成本，为项目的推广普及提供了保证。

参考文献

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[2]鄢俊.植草护坡技术的研究和应用.水运工程,2000（5）:

29-31

[3]马庆,张兰,沈银武,刘永定,杨洪芳,汪结春,卢志灵,陈德辉.上海老段浦污染河道生态修复试验研究.给水排水,2006（21）:

23-26

[4]季永兴,刘水芹,张勇.城镇河道整治中生态型护坡结构探讨[J].水土保持研究,2001,8（4）:

25-29.

[5]陈海波.网格反滤生物组合护坡技术在引滦入唐工程中的应用.中国农村水利水电,2001（8）:

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[10]王飞，史文明，王能贝，潘利坦．绿色生态型护坡在三峡水库消落区的工程应用．水电能源科学，28（3）：

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[11]吕韬，张宏胜．高填方加筋边坡中竹筋的应用初探．山西建筑，33（20）：

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[12]丘山．水葫芦和紫茎泽兰的启示—话说外来植物入侵．农药市场信息，2003，（7）：

24

[13]朱磊，胡国梁，卢剑波，傅智慧．水葫芦的资源化利用．浙江农业科学，2006，4：

460-463

（注：

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）