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河道生态护岸设计中的几个问题
熊治平
(武汉大学水利水电学院)
摘要:
文中首先指出了河道传统护岸工程存在的问题;其次,比较、分析了生态护岸与传统护岸两者的区别;最后,探讨、综述了河道生态护岸设计中的几个相关问题。
关键词:
河道生态护岸
一、河道传统护岸存在的问题
长期以来,传统的河道护岸工程往往局限于防洪、排涝、引水和航运等基本功能。
在护岸工程设计中,特别是城市河道,为了控制河势和确保河道的防洪安全,着力于运用块石、混凝土等硬质材料的结构设计,而很少考虑河道的生态、景观、休闲、娱乐等其他功能。
现行城市防洪工程设计规范,也未明确提出河道护岸的生态学要求,致使不少地方的河道,被人为渠化及对河岸的强行硬化。
这样一来,对河道和人类造成了诸多方面的负面影响。
主要有:
(1)对生态环境的影响
河岸衬砌硬化之后,原始河岸面目全非,土体与水体的关系相割裂,隔断了河道水域中的生物、微生物与陆域的接触,并引起其自然生存环境恶化,河流的天然自净能力因此下降。
同时,硬化型河岸使得水生植物无法生长,各种水生动物也因生存环境改变而无法生存,整个生态系统的食物链因硬化河岸而断开,河流生态廊道的作用因此失去,河流生态系统的整体平衡遭到破坏,并由此诱发严重的生态环境问题。
(2)对人类生活环境的影响
河道两岸修筑防洪堤岸并实施硬化护坡之后,河流基本失去了其原生态功能,河流从前的滨水环境发生了改变,人与河流原本的和谐关系被破坏,人们失去了往昔那种自然野趣的亲水、休闲和娱乐场所,继而对人们的身心健康和精神生活带来一定影响。
(3)对自然景观的影响
河流本是自然界一道靓丽的风景。
特别是城市河道,其景观效果更是一座城市的历史、文化、资源、财富和文明程度的象征。
按传统方法整治后的河道,河槽渠化,河岸硬化,边界整齐,走向笔直,虽具现代气息,但它与现代人追求回归自然,以及与自然和谐相处的景观需求和心理期待完全相背。
人们放眼望见那灰白色的河道两岸,巳经难以找寻昔日赏心悦目的河流景象。
二、生态护岸与传统护岸的区别
所谓河道生态护岸,我们认为,应是指以治河工程学为基础,融生物学、生态学、环境学、园林学和景观学等学科为一体的新型河道护岸技术。
生态护岸与传统护岸都属治河防洪工程。
区别在于:
从设计理念上讲,传统护岸强调的是“兴利除害”,尤其是防洪安全这一基本功能;而生态型护岸,则除重点考虑堤岸安全性之外,还须重视人与自然和谐相处和生态环境建设,即还要考虑亲水、休闲、娱乐、景观和生态等其他功能。
从河道形态讲,传统护岸规划的河道,岸线平行,岸坡硬化,断面形态规则,断面尺度沿程不变;而生态型护岸,岸线蜿蜒自如,岸坡近天然态,断面形态具有多样性、自然性和生态性。
从所用材料看,传统护岸工程主要采用抛石、砌石、混凝土块、现浇混凝土、铰链混凝土排及土工模袋等硬质材料;而生态型护岸,所用材料一般为天然石、木材、植物、多孔渗透性混凝土及土工材料等。
从设计施工看,传统护岸工程的设计施工比较规范,但工程完建后一般需要在岁修中填残补遗,后期管理维护工作不容忽视;而生态型护岸,其设计施工方法因河因地各异,现阶段尚无成熟的设计施工技术规范,但相对传统护岸说来,其长期管理维护的工作相对要轻些。
从工程效果看,传统护岸工程完建后,生态环境往往变恶化,尤其在人口高密区,工程措施往往不能满足生态环境和景观的要求;而生态型护岸,生态环境得以改善,与常规的抛石、混凝土等硬质护岸结构相比,外观更接近自然态,因而更能满足生态和环境要求。
综上看来,可以认为,生态型护岸是传统型护岸的改进,是治河工程学科发展到相对高级阶段的产物,是现代人渴求与自然和谐相处的需要。
生态型护岸既源于传统型护岸,也有别于传统型护岸,它是护岸工程技术发展与进步的必然结果。
随着社会生态环保理念的深入,人们将不断地提高对护岸工程生态环境效益的要求,因而传统型护岸必然要向着生态型护岸方向发展。
三、河道生态护岸设计中的几个问题
1.设计原则
(1)符合工程设计技术要求
生态护岸是护岸工程的一种形式。
它首先须满足工程的稳定性与安全性要求,在此前提下,兼顾生态环境效益与其他效益,切不可轻重倒置。
因此,应符合工程设计的相关技术要求。
在满足护岸工程稳定与安全的前提下,尽量减少其人为改造,以保持天然河岸蜿蜒柔顺的岸线特点,以及拥有可渗透性的自然河岸基底,以确保河岸土体与河流水体之间的水分交换和自动调节功能。
(2)满足生态环境修复需要
河流及其周边环境本是一个相对和谐的生态系统。
在河流生态系统中,食物链关系相当复杂,水和泥沙是滩岸和河道内各种生物生存的基础。
按传统护岸方法,河岸被衬砌、硬化之后,阻隔了河流与滩岸植物的水气循环,造成了整个河流生态系统的破坏。
生态护岸把河水、河岸、河滩植被连为一体,构成一个完整的河流生态系统。
生态护岸的岸坡植被,可为鱼类等水生动物和两栖动物提供觅食、栖息和避难的场所。
在生态护岸设计时,应通过水文分析确定水位变幅,选择适合当地生长的、耐淹、成活率高和易于管理的植物物种。
为了恢复和保持河流及其周边环境的生物多样性,生态护岸应尽量采用天然材料,避免含有大量添加剂的对水质、水环境有不利影响的材料,尽量减少不必要的硬质工程。
此外,在岸坡上设置多孔质构造,为水生生物创造安全适宜的生存与生长空间。
(3)体现人水和谐理念
生态型河道应是亲水型河道。
因此,营造人水和谐的河流环境,必须考虑市民的亲水要求。
可设计修建格式多样、高低错落、水陆交融的石阶、栈桥、长廊、亭榭等亲水平台,使城市河流成为人们亲近自然、享受自然的好去处。
(4)构建自然与美学结合的水景观
城市生态河道建设中的水景观设计,要遵循城市历史文脉,并与提升城市品味和回归自然相结合。
河流滩岸的景观效果,应按照自然与美学相结合的原则,进行河道形态与断面的规划设计,避免防洪工程建设的园林化倾向。
(5)因地制宜,就地取材,节省投资。
城市生态河道建设,通常是以防洪为主的综合治理工程,其效益不仅体现在防洪安全上,还要体现在社会公益性上。
规划建设时,要妥善协调好各有关方面的矛盾,处理好投资与利益的关系。
注意就地取材,尽可能利用原有和当地材料,节省土地资源,保护不可再生资源,降低工程造价,减少管理维护费用。
2.设计内容
河道生态护岸设计的内容,应因河因地而异。
一般应包括以下方面:
自然生态环境设计:
如扩大水面和绿地面积,设置不同生物的生长区域,营造景观生境,采取水质、水环境保护措施等。
滨水景观设计:
设置各种建筑物以构造滨水景观,并与周围环境相和谐。
从景观学角度讲,滨水景观应具有一定的连续性、多样性、通透性和自然性。
亲水措施设计:
如河流近岸的平台、石阶、栈桥、泳池、绿地等。
孔隙结构设计:
自然界中几乎所有的高级生物都是依赖于孔隙、洞穴、屏蔽等区域而生息。
因此,构造孔隙结构河岸,能很好的保护和促进河道生态系统发展。
在河岸结构设计中,通常选用圆木、卵石或其它天然材料,构造适宜生物生存的水下岸壁孔隙环境。
3.技术措施
生态护岸是年轻的河道护岸工程技术。
近些年来,随着科学技术的快速发展,许多新技术、新材料被用于国内外河道生态护岸中。
主要有以下措施。
(1)固土植物护坡
即利用根系发达的植物进行固土护坡,既可起到防止水土流失作用,又可以满足生态环境修复需要,同时还可以人造景观。
(2)网石笼结构生态护岸
网石笼结构生态护岸,可以构造铁丝网与碎石复合种植基。
即由镀锌或喷塑铁丝网笼装碎石、肥料及种植土组成。
在河道护坡中,一般应选用耐锈蚀的喷塑铁丝网笼。
(3)土工材料复合种植枝术
该项枝术又分:
土工网复合植被,土工网垫固土种植基,土工格栅固土种植基,土工单元固土种植基等技术。
其中,土工网复合植被枝术,又称草皮加筋技术。
土工网垫固土种植基,主要由网垫和种植土、草籽等组成。
网垫质地疏松、柔韧,有合适的空间,可充填土壤和沙粒。
植物的根系可以穿过网孔生长,长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起。
土工格栅固土种植基,是利用土工格栅进行土体加固,并在边坡上植草固土。
土工单元固土种植基,是利用聚丙烯等片状材料经热熔粘接成蜂窝状的网片整体,在蜂窝状单元中填土植草,起固土护坡作用。
(4)植被型生态混凝土护坡
植被型生态混凝土亦称绿化混凝土,由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。
在城市河道护坡结构中,可利用生态混凝土预制块进行铺设,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,使江河防洪与城市绿化完美结合。
(5)水泥生态种植基
水泥生态种植基,是由固体、液体和气体三相组成的具有一定强度的多孔性材料。
固体物质包括适合于植被生长的土壤、肥料、有机质及由低碱性的水泥、河砂组成的胶结材料等。
在种植基固体物质间,由稻草、秸秆等成孔材料形成孔隙,以便为植物提供充足的水分和空气。
在种植基内还可填充保水剂,保持植物在日照下能很好生长。
(6)多孔质结构护岸
所谓多孔质护岸,是指用自然石、混凝土预制件等材料,构成的带有孔状的适合动植物生存的护岸结构形式。
其施工简单,不仅能抗冲刷,还为动植物生长提供有利条件,此外还可净化水质。
这种型式的护岸,可同时兼顾生态型护岸和景观型护岸的要求。
(7)自然型护岸
自然型护岸,即以天然的植被、原石、木材等材料来替代混凝土护岸,尽量创造接近自然型的河道。
在日本和台湾,这种河道治理方法称之为“近自然工法”和“生态工法”。
自然型护岸工程的型式,可分为自然原型型、自然型和多自然型三种:
自然原型型护岸,只种植被保护河岸,以保持河流的原生态特性,但这种型式的护岸,抵抗洪水的能力较差。
自然型护岸,除种植植被外,还采用石材、木材等天然材料,以增强护岸工程的抗洪能力。
多自然型护岸,即在自然型护岸的基础上,再巧妙地使用混凝土、钢筋混凝土等硬质材料,既不改河岸的自然特性,又确保了护岸工程的稳定性。
参考文献
[1]季永兴刘水芹张勇,城市河道整治中生态型护坡结构探讨,水土保持研究,2001年第8卷第4期。
[2]陈明曦,陈芳清,刘德富应用景观生态学原理构建城市河道生态护岸,长江流域资源与环境,2007年第16卷第1期。
[3]许士国、高永敏、刘盈斐编著,《现代河道规划设计与治理》,中国水利水电出版社,2006年3月。
[4]王新军罗继润,城市河道综合整治中生态护岸建设初探,复旦学报(自然科学版),2006年第1期,第45卷。
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水利部中国水利技术信息中心,首届全国河道治理与生态修复技术研讨会,《中国河道治理与生态修复技术专刊》,2009.5
*原载武汉大学学报(工学版增刊)2009.9
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