談水利工程生態(tài)護坡措施功能及特點
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［摘要］生態(tài)護坡是水利工程建設中的一種新型護坡措施，其不僅具備傳統(tǒng)的固岸效果和水土流失防治效果，同時能夠有效控制污染源，與整個水環(huán)境共同構成關系和諧的生態(tài)系統(tǒng)。本文簡要介紹了生態(tài)護坡的基本功能，并深入探究了各類生態(tài)護坡的特點和具體應用，以期能為相關單位帶來一定的工作參考。
［關鍵詞］水利工程；生態(tài)護坡；措施功能；特點
引言
在傳統(tǒng)的水利岸坡防護工程當中，一般會采取硬化護砌措施，常用材料包括石材、混凝土等。硬化護砌結構的最大優(yōu)勢在于自身的穩(wěn)定性較強，可以持續(xù)使用多年。但不利于生態(tài)環(huán)境建設，其不僅會破壞原有的水環(huán)境景觀和諧性，更會對水環(huán)境生物群種的發(fā)展和造成一定的影響。我國針對生態(tài)護坡技術的研究和應用的起步較晚，直至徹底了解生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律后才開始逐步在實踐當中進行應用，原則上是以尊重生態(tài)系統(tǒng)、不破壞生態(tài)系統(tǒng)、尊重生物生存空間為護坡的建設前提?，F(xiàn)如今，生態(tài)護坡已經(jīng)開始在實際中得到了廣泛的推廣，并延伸發(fā)展成了多種不同形式。生態(tài)護坡在本質上屬于岸坡防護措施，其主要用于保護河道體系、恢復河道系統(tǒng)生態(tài)平衡，體現(xiàn)出了“人與自然協(xié)調發(fā)展”的基本理念。生態(tài)是多種學科交叉應用后的結果，其包含水利、環(huán)境、生物科學、力學、生態(tài)化等多種學科的基本原理和知識。實際建設過程中充分強調自然植被與工程材料之間的結合，力求在提高岸坡防護效果的基礎上，避免對水環(huán)境生態(tài)平衡造成破壞。
1生態(tài)護坡的基本功能
1.1固岸
生態(tài)護坡中一般會選擇大量根系發(fā)達，能在水環(huán)境周圍快速生長的植物。由于此類植物根系較為發(fā)達，可以起到錨固表層松散土體的作用，從而能提高邊坡的抗滑力，減少土體流失。一般而言，生態(tài)護坡的整體結構和植物種植密度均經(jīng)過了精細化計算，植物之間的根系彼此纏繞，從而形成了龐大的根系網(wǎng)絡，根系網(wǎng)絡則將邊坡土體整合在一起，確保了土體的整體穩(wěn)定性。一般而言，草本植物和灌木類植物可以在淺層區(qū)域起到良好的固岸效果，而樹木類植物才能夠起到影響深層土體的目的。而從其他角度來看，邊坡的穩(wěn)定性還與坡體水壓力相關，植物根系的水分吸收作用可以有效降低邊坡的孔隙水壓力，從而提高了土體整體的抗剪強度，這同樣有利于起到固岸的效果。[1]
1.2控制面源污染
當河流兩側存在植被緩沖帶時，其對于控制氨氮等面源污染具有顯著的效果。在土壤和植物的綜合過濾、沉積、滯留作用之下，徑流所攜帶的污染物質得到了有效的控制。滯留和沉積下來的污染物質會進一步被植物所吸收、分解。這對于凈化水體，優(yōu)化河流水質無疑起到了積極的作用。[2]
1.3控制降雨濺蝕
植被的存在可以有效緩解雨滴的下落速度，控制雨滴對于地面整體的沖擊力，從而達到控制降雨濺蝕的效果。降雨濺蝕對于河岸的危害性會因為氣候差異性而存在較為明顯的區(qū)別。在降水量較少的區(qū)域，降雨濺蝕的影響微乎其微。而在降水量較大的區(qū)域，降雨濺蝕往往會對河岸造成較大的危害性，其會直接破壞河岸結構，造成土壤流失。應用生態(tài)護坡之后，雨滴在下落的過程中會被植被直接阻攔，后續(xù)沿著植物的莖葉過渡至地面，其對于地面的沖擊影響幾乎為零，同時還能避免由于降水所引發(fā)的土粒飛濺現(xiàn)象。[3]
1.4減少水土流失
生態(tài)護坡的基本功能就在于保持水土，減少水土流失。傳統(tǒng)的硬化護砌結構雖然同樣具有保持水土的功效，但其屬于“強制性”措施的一種，即從根本上改變了邊坡結構，導致邊坡無法參與到生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)當中。而在生態(tài)護坡當中，主要依靠植物根系來實現(xiàn)對土體的固定，其不僅可以避免土體被沖刷，同時還可以抑制地表徑流，從而達到減少水土流失的根本目的。
1.5參與生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)
生態(tài)護坡本身就是陸生生物的主要棲息地，同時也可以為水生生物提供食物來源。在這一過程當中，生態(tài)護坡本身就是水陸生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，這與傳統(tǒng)的硬化護砌結構有著根本上的差異性。
2生態(tài)護坡的特點和具體應用
2.1生態(tài)混凝土護坡
生態(tài)混凝土護坡指的是在河道兩側鋪設混凝土框架，并在混凝土框架當中添加無砂混凝土。與傳統(tǒng)意義上的混凝土不同，無砂混凝土的最大特征在于其內部存在較大的孔隙，這無疑為草本植物的生長提供了充足的空間，從而促使草本植物與整個混凝土構成完整生態(tài)系統(tǒng)，且整體固土效果較為出色。從結構特點的角度來看，生態(tài)混凝土可以分為兩大類型：一是土工格室層。其本身具有較大的孔隙供草本植物生長，所使用的混凝土為細骨料，并使用噴播植草技術。二是有機客土層。其主要由活性添加劑、草炭、保水劑和石子構成，一般是直接與原狀土相互接觸。從生態(tài)功能角度來看，生態(tài)混凝土植入植物之后，草本植物的根系會持續(xù)向下方生長，并與基層土壤相互接觸，從而促使整個坡面形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構。整個網(wǎng)狀結構會隨著草本植物根系的不斷橫縱生長而完善，并最終形成三維立體網(wǎng)，穩(wěn)定性較強。而活性添加劑的使用則可以進一步提高草本植物的生物活性，其主要成分是微生物，其能夠在促進草本植物生長的基礎上進一步控制水泥的堿性，確保整個生態(tài)混凝土護坡保持較高的活性，最終為草本植物的正常生長創(chuàng)造良好的客觀環(huán)境。此外，有些微生物的存在可以加快對落葉、樹枝的分解速度，并能夠分解土壤中的各種污染物質，減少了水體污染的概率。生態(tài)混凝土護坡的最大優(yōu)勢在于具有較強的適用性，可以在多種不同的地形地勢環(huán)境下進行使用，但其對于坡體角度有著較高的要求，理論上不超過75°的坡體均可以進行使用，一旦超過75°則需要考慮其他類型的生態(tài)護坡。[4]
2.2自嵌式擋墻
自嵌式擋墻的雛形為干壘擋土墻，是在該種墻體結構上研發(fā)的一種新型生態(tài)結構。自嵌式擋墻主要由擋土塊體、填土和加筋帶構成，這種復合結構能夠有效抵抗坡體受到的動靜荷載，具有良好的坡體穩(wěn)定功能。傳統(tǒng)的擋土墻穩(wěn)定性較差，且容易受到外界環(huán)境的侵蝕，而自嵌式擋墻則有效解決了這些問題，并具有生態(tài)性的基本特征。從結構特點角度來看，擋土塊體、填土、加筋帶、塑膠棒和濾填材料是主要成分，墻體背水面一般會設置過濾層，并使用相應級配的碎石進行填充，具有出色的自行排水能力。自嵌式擋墻的結構特征決定了其具有較為出色的透水性能和透氣性能，并具有出色的污染物吸收和環(huán)境凈化作用，可以在保證生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎上，保持生態(tài)自然平衡。自嵌式擋墻上設置多處孔洞結構，在孔洞結構中添加土壤后即可種植植物，而植物根系生長完善后可以進一步強化自嵌式擋墻的整體穩(wěn)定性。此外，植物生長孔和墻體內部空腔一般為錯位結構，這種錯位結構可以形成若干個通道和孔洞，從而為魚類的生長創(chuàng)造安全的棲息環(huán)境。隨著魚類的增多，其他水生植物可以進一步發(fā)展，這能夠有效避免水體富營養(yǎng)化的問題，保證水質。除了傳統(tǒng)意義上的草本植物之外，水生植物也可以在墻體上生長，隨著水生植物的不斷增加，整個生態(tài)系統(tǒng)對于氮磷等化合物的凈化、分解效果將進一步提升，這不僅有利于達到凈化水體的目的，更可以抑制水華。自嵌式擋墻同樣具有出色的實用性，且不會受到坡體角度的限制，但在坡體整體高度較大的情況下則需要謹慎使用。[5]
2.3生態(tài)聯(lián)鎖式護坡
與前兩種生態(tài)護坡結構相比較，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡不僅具有良好的護坡和生態(tài)功能，同時具有一定的景觀價值，是目前在實踐當中廣泛應用的生態(tài)護坡形式。從結構特征角度來看，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡使用預制混凝土磚塊構成整個坡面，坡磚均為工廠預加工，加工完成后直接運輸至施工現(xiàn)場進行鋪設。其所使用的坡磚屬于特殊的聯(lián)鎖式結構，坡磚與前后左右磚塊之間具有出色的連接功能，且整個坡面屬于柔性體，具有出色的耐沖刷性能。兩個坡磚在連接之后其中間位置會形成連接孔，而連接孔則可以用于植物生長孔使用。一般情況下，會在連接孔中種植根系發(fā)達的草本植物，且伴隨著草本植物不斷生長，整個護坡的耐久性、穩(wěn)定性和功能性將進一步得到提升。需要注意的是，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡在適用范圍方面具有一定的局限性，由于其本質上更加側重于生態(tài)效果和景觀效果，故在抗沖刷能力方面的表現(xiàn)相對較為有限，一般僅僅適合在平原區(qū)域的低流速河道中進行應用。但不可否認的是，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡的景觀價值相比較高，一旦植物生長成型，將在河道兩側構建成大規(guī)模的植被帶，這一優(yōu)勢是其他幾種生態(tài)護坡所不具備的。
2.4生態(tài)格網(wǎng)
生態(tài)格網(wǎng)是由鋼絲編制而成的網(wǎng)狀生態(tài)格網(wǎng)片，多個生態(tài)格網(wǎng)片可以組成籠箱，并進一步在籠箱中填充碎石等材料。從結構特點的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)的最大優(yōu)勢在于自身的抗腐蝕性能出色，能夠長期持續(xù)使用多年，且結構穩(wěn)定性和安全性不會受到較大的影響。一般在實際使用時，會在鋼絲表面包裹一層樹脂膜，從而進一步強化鋼絲的防腐性能，并賦予了鋼絲防銹、防靜電、抗老化、耐高壓等諸多的特點，這也造成了生態(tài)格網(wǎng)高適應性特征，甚至可以廣泛應用于海洋環(huán)境和高污染環(huán)境。在實際應用過程中，由生態(tài)格網(wǎng)所組成的籠箱會直接投放至治理區(qū)域，并在籠箱內部填充石料，從而構成具有高度柔性、透水性和整體性的防護結構。從生態(tài)功能的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)結構在本質上屬于多孔隙的防護結構，這無疑為水生植物、魚類和微生物的生長創(chuàng)造了舒適的空間。且與其他幾種生態(tài)護坡結構相比較，生態(tài)格網(wǎng)結構可以在維持水環(huán)境生態(tài)平衡的基礎上，進一步強化水質的自我凈化能力，可以在最大程度上實現(xiàn)工程的生態(tài)目標。由于生態(tài)格網(wǎng)結構中所使用的填充石料均為碎散體，其自身的孔隙較多，實際應用時可以保證河岸與河流水體之間的水分交換以及河流調節(jié)功能的實現(xiàn)，具有調節(jié)水位、穩(wěn)定護岸、促進植被恢復等多種功效。而從應用范圍的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)結構同樣具有較為廣泛的適用性，但鑒于生態(tài)格網(wǎng)結構需要大量的填充石料，故一般在石料采集方便的區(qū)域進行使用。此外，生態(tài)格網(wǎng)結構的施工流程較為簡單，且多數(shù)材料均可以直接就地取材，其便捷性遠高于其他幾種生態(tài)護坡結構。
3結語
綜合來看，生態(tài)護坡技術在水利工程中的應用可以有效強化土體的穩(wěn)定性，控制地表徑流，減少徑流對于河岸帶的侵蝕效果，并有利于保持水土，提高整個水環(huán)境的景觀效果。目前在實際當中廣泛應用的幾種生態(tài)護坡技術普遍具有工程特性和廣泛的適用性，實際使用過程中需要充分考慮到水利工程的實際需求，并結合施工區(qū)域當?shù)氐乃臍庀髼l件和地形地勢條件進行合理選擇。
參考文獻
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[3]李波.水利工程河道生態(tài)護坡施工要點[J].智能城市，2020，6（10）：251-252.
[4]黃火金.生態(tài)護坡建設在水利防洪工程中的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2018（3）：1543.
[5]宗恒水.防洪項目的生態(tài)護坡工程要點[J].中國新技術新產(chǎn)品，2012（24）：61.
作者：馮保龍 單位：甘肅慶東工程設計有限公司