張蛟龍（遼寧省本溪市水務(wù)局水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧本溪117000）

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河道生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)及生態(tài)功能

張蛟龍
（遼寧省本溪市水務(wù)局水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧本溪117000）

本文以某生態(tài)河道示范區(qū)工程為例，對河道生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。本工程主要采用了全系列生態(tài)護坡、土壤生物工程護坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護坡三類生態(tài)護坡技術(shù)，對生態(tài)護坡的生態(tài)功能進行了為期三年的生態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要包括生態(tài)護坡完成后不同時間坡岸的生態(tài)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性兩方面。進而對監(jiān)測結(jié)果進行了分析，監(jiān)測結(jié)果表明：在監(jiān)測的三年時間里，該工程的護坡植物長勢良好，根系和新生枝葉均起到了明顯的護坡作用，坡體土體的抗剪強度得到顯著提高，生態(tài)護坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時，生態(tài)護坡還很大程度上改善了河岸的生態(tài)環(huán)境，有利于本地植物快速恢復(fù)起來，增加了河道周邊的生物多樣性。

河道護坡；生態(tài)護坡；關(guān)鍵技術(shù)；生態(tài)功能

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.027

1 引言

河岸作為水陸交錯地帶在防洪抗災(zāi)、水土保持以及調(diào)節(jié)氣候方面都發(fā)揮著特別重要的作用［1］。科學(xué)的河道生態(tài)系統(tǒng)可以使物質(zhì)以適當(dāng)?shù)男问胶退俣韧ㄟ^界面區(qū)，有利于保持陸地的水土，同時，可有效避免河水“富營養(yǎng)化”問題的出現(xiàn)。河道生態(tài)護坡的主要目的是通過生態(tài)護坡的方式對受損的河岸生態(tài)系統(tǒng)進行重建，恢復(fù)其應(yīng)有的生態(tài)功能［2］。目前我國有關(guān)學(xué)者對河道生態(tài)護坡進行了大量的研究，但大多只是停留在相關(guān)定義的具體闡述上，或只對生態(tài)護坡技術(shù)的應(yīng)用方法進行研究，對于已完成的生態(tài)護坡工程的生態(tài)監(jiān)控以及效果評估卻很少涉及，因此，無法充分認(rèn)識到這一技術(shù)的演變過程以及其生態(tài)功能［3］。本文對某生態(tài)河道示范區(qū)工程所采用的以植物為主要結(jié)構(gòu)體的生態(tài)護坡技術(shù)進行了深入的研究，同時，通過長期的生態(tài)監(jiān)測對生態(tài)護坡工程的生態(tài)功能進行了深入的分析。

2 生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)的選取與應(yīng)用

根據(jù)國內(nèi)外對生態(tài)護坡技術(shù)的研究理論與具體實踐，可以將以植物為主體結(jié)構(gòu)的生態(tài)護坡技術(shù)具體的分為三種類型［4］：全系列生態(tài)護坡、土壤生物工程護坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護坡技術(shù)。該工程在對工程區(qū)域詳細勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合河道的周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、具體的功能定位以及不同生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用范圍等因素，對生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)進行選取。生態(tài)河道示范區(qū)（一）采用全系列生態(tài)護坡、土壤生物工程護坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護坡技術(shù)（柳枝扦插結(jié)合石籠護坡、柳枝扦插結(jié)合土工布復(fù)合護坡）；生態(tài)河道示范區(qū)（二）護坡技術(shù)以全系列生態(tài)護坡為主；生態(tài)河道示范區(qū)（三）主要采用土壤生物工程護坡（見表1）。

表1 示范區(qū)生態(tài)護坡類型

3 生態(tài)功能研究

從總體上看，生態(tài)護坡主要包含兩個方面的生態(tài)功能［5］：一是加固河岸，增強河岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；二是維護河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，提高河岸的生態(tài)穩(wěn)定性。該工程完工后即對生態(tài)護坡進行為期三年的生態(tài)監(jiān)測，以對生態(tài)護坡工程的發(fā)展動態(tài)及生態(tài)功能進行科學(xué)評估。

3.1 監(jiān)測指標(biāo)與監(jiān)測方法

（1）樣帶設(shè)置

監(jiān)測過程采用固定樣帶法進行樣地設(shè)置，即對不同類型的生態(tài)護坡均選取2～3個固定樣帶，樣帶從坡頂延伸向常水位，其寬度設(shè)定為1.0m，對每個樣帶的常水位、坡腰及坡頂進行動態(tài)監(jiān)測。

（2）監(jiān)測頻率

在生態(tài)護坡植物的第一個生長季節(jié)對生態(tài)護坡工程每月監(jiān)測一次，接下來的兩個生長季則每年監(jiān)測2次。采樣用在連續(xù)晴天幾天后進行。

（3）護坡植物的生長狀況及生物量情況

對護坡植物新生枝條的高度、密度進行現(xiàn)場隨機測定，通過隨機挖掘規(guī)定數(shù)量的整株護坡植物進行新生根系長度測定，并通過相關(guān)室內(nèi)試驗測定護坡植物樣品的新生枝葉和根系的生物量（干重）［6］。

（4）土體的抗剪強度、緊實度及含水率指標(biāo)

分別在每個固定樣帶內(nèi)隨機設(shè)定15個監(jiān)測點，在近常水位置、坡頂以及坡腰位置分別設(shè)置5個點［7］。為減少測量過程對土壤的擾動，監(jiān)測中設(shè)定了科學(xué)的測量順序：首先用W.E.T土壤3參數(shù)儀對土壤的含水率情況進行測定，然后用現(xiàn)場剪力測量儀測定土壤的抗剪強度，最后用簡易緊實度儀對土壤的緊實度進行測定，測量位置應(yīng)為地表以下約15cm處。

（5）河岸生物群落

監(jiān)測過程中對植物的物種多樣性、植物群落結(jié)構(gòu)以及河岸生態(tài)環(huán)境等指標(biāo)進行了分析研究。樣帶選取位置同土壤抗剪強度的測定位置，記錄每個固定樣帶內(nèi)植物的類型、覆蓋度、密度、高度等情況，同時對樣帶內(nèi)動物的種類進行記錄。

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 護坡植物生長情況及生物量分析

植物在護坡工程中有很好的護坡工程特性，在穩(wěn)固坡岸中起到一定的積極作用。植物的枝葉所具有的降雨截留作用良好，同時其土壤增滲作用、徑流延滯作用、蒸騰作用也特別的顯著。植物的根系具有支撐坡體和固結(jié)土壤的機械效用。該監(jiān)測過程中對采用全系列生態(tài)護坡以及土壤生物工程護坡的護坡植物的生長情況以及生物量情況進行了測定分析。

該工程采用的土壤生物工程主要包括灌叢墊、柴籠以及活枝扦插3種類型，前兩種類型以杞柳枝為主要植物材料，活枝扦插所使用的植物材料是垂柳枝。使用的植物材料都是沒有葉片和根系的新鮮枝條，將新鮮枝條安置在淺表層土壤中。工程完工兩周后，柳枝首先萌芽，完工后的兩個月時間里坡面的新枝大約每月增長7～10cm；新枝最快生長速率出現(xiàn)在5～10月期間，這一期間新枝大約每月增長35～45cm；10～12月氣候變冷，新枝生長速率變慢，每月增長量大約為5cm。完工后10個月通過現(xiàn)場挖掘的方式測定柳枝的生長情況，結(jié)果顯示柳枝和垂柳枝的新生根系的平均深度都在1.0m以上；新枝條的平均高度大約為1.7m，其中最高高度可達3.1m，新枝的蓋度可達90%。綜上，經(jīng)過10個月的生長后新枝可以對坡岸起到很好的防護作用。

3.2.2 土體抗剪強度及含水率

生態(tài)護坡后坡體淺層土內(nèi)會含有大量的植物根系，根系在土壤中的加筋作用提高了坡岸的穩(wěn)定性。對于淺層土壤而言其抗剪強度是由根系和土體組成的復(fù)合體的抗剪強度，可直接反映出植物根系對土體的加固作用。不同類型生態(tài)防護的土體抗剪強度如表2所示。

表2 護坡的淺層土抗剪強度

經(jīng)過對采集到的數(shù)據(jù)進行單向方差分析可見：生態(tài)護坡處理后的岸坡的土體抗剪強度與裸露對照岸坡的土體抗剪強度之間具有顯著差異。在生態(tài)護坡工程完工后初期，各種類型的生態(tài)護坡的淺層土壤抗剪強度都不大，這是由于初期新枝根系尚未得到良好的發(fā)育，生態(tài)護坡正開始進行自生完善；完工后1.5年以及3.0年，測定的坡岸淺層土壤抗剪強度結(jié)果表明，隨著生態(tài)護坡中植物的不斷生長以及生態(tài)護坡系統(tǒng)的不斷完善，各類生態(tài)護坡的淺層土體抗剪強度都隨著時間的增長而不斷增大，這一現(xiàn)象在坡腰以及常水位位置處表現(xiàn)更為明顯，這兩個部位的淺層土壤抗剪強度明顯高于對照岸坡［8］。對于采用灌叢墊的生態(tài)護坡，其常水位和坡腰位置處的淺層土壤抗剪強度比對照坡岸的淺層土抗剪強度大2～7倍。采用不同方式的生態(tài)護坡的坡岸淺層土抗剪強度變化不同，從結(jié)果看采用灌叢墊護坡的淺層土壤的抗剪強度隨時間增長最快，明顯大于其他兩種生態(tài)護坡淺層土抗剪強度的增長速率。

圖1 淺層土含水率與抗剪強度相關(guān)性分析

經(jīng)檢測各類生態(tài)坡岸的淺層土壤的含水率大約在15～39%之間變化，淺層土壤的含水率對其抗剪強度有一定的影響。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)生態(tài)護坡淺層土壤的抗剪強度與其含水率呈顯著的負相關(guān)（R2= 0.5154，P=0.001＜0.01）（如圖1所示），呈現(xiàn)這一關(guān)系的主要原因是當(dāng)土壤自身的含水率達到并超過某一數(shù)值時，土壤中便會產(chǎn)生過多的自由水，這些水分降低土壤顆粒之間的吸力，導(dǎo)致土壤的緊實度減小，從而降低土壤的抗剪強度。對于采用灌叢墊這一方式的生態(tài)護坡，新生得到密集植物滋生具有很強蒸騰作用，有利于及時將淺層土壤中過多的水分排出土體，從而提高土壤抗剪強度，起到更好的護坡作用。

3.2.3 生態(tài)護坡對生物多樣性的影響

對于恢復(fù)重建已經(jīng)退化的河岸生態(tài)系統(tǒng)而言，首要任務(wù)是恢復(fù)植物多樣性并對其進行優(yōu)化組合。護坡工程實施前，我們對該工程區(qū)域內(nèi)的生物情況進行調(diào)查，該區(qū)域植被覆蓋率低，在高度活動的斜坡上植物很難生長，生物多樣性很低。生態(tài)護坡工程完成后，在第一個生長季節(jié)，坡岸植被得到很快的恢復(fù)，生物物種數(shù)量不斷增加，施工完成初期生物樹種量僅為2～3種，一個生長季后已達到14～18種。這一現(xiàn)象在采用活枝扦插與全系列組合護坡的生態(tài)護坡中表現(xiàn)的最為明顯［9］。

在坡岸植被恢復(fù)的過程中，河岸生態(tài)環(huán)境也不斷改善，這為野生動物的生殖繁衍提供了良好的條件，經(jīng)調(diào)查當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有缘玫矫黠@好轉(zhuǎn)。生態(tài)護坡工程完工后的第一年，現(xiàn)場調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)植物叢中已有澤蛙、雙叉犀金龜、中華蟾蜍等動物棲息。護坡植物的根系周邊生活著大量的土壤動物。生態(tài)護坡完成一段時間后，坡岸的植被逐漸恢復(fù)，當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有缘玫矫黠@改善。

4 結(jié)語

科學(xué)的河道生態(tài)系統(tǒng)可以使物質(zhì)以適當(dāng)?shù)男问胶退俣韧ㄟ^界面區(qū)，有利于保持陸地的水土，同時可有效避免河水“富營養(yǎng)化”問題的出現(xiàn)。而河岸在其中發(fā)揮著不可忽視的作用，因此需加大對河道生態(tài)護坡關(guān)鍵技術(shù)的分析和研究，使其充分發(fā)揮生態(tài)功能，加固河岸，增強河岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，維護河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，最終實現(xiàn)其保持河岸的生態(tài)穩(wěn)定性的目的。本文通過對生態(tài)護坡技術(shù)的研究表明，生態(tài)護坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時改善了河岸的生態(tài)環(huán)境，增加了河道周邊的生物多樣性。

［1］才厚.凌海市凌河流域生態(tài)帶建設(shè)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2015 （03）：44-46 +69.

［2］樊柳鳳.河道生態(tài)護坡的重點技術(shù)和功能評估［J］.環(huán)境與生活，2014（06）：51-52.

［3］趙廣琦，邵飛，崔心紅.生態(tài)河道的坡岸綠化技術(shù)探索與應(yīng)用［J］.中國園林，2008（11）：66-70.

［4］梁向前，傅海峰.面板堆石壩壩料爆破開采技術(shù)研究進展［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2007（05）：71-73 +76.

［5］齊真.河道生態(tài)治理方法的研究［D］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

［6］曹仲宏，徐澤.現(xiàn)代城市河道生態(tài)護坡淺談［J］.城市道橋與防洪，2011（02）：50-53 +113.

［7］黃翔峰，陳旭遠，陸麗君，劉佳，徐竟成.河道植被護坡技術(shù)的應(yīng)用及評價方法［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010（07）：191-195 +200.

［8］才厚.凌海市凌河流域生態(tài)帶建設(shè)規(guī)劃［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2014（11）：7-8 +63.

［9］王和鑫.面板堆石壩砂巖料場爆破方案設(shè)計［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（06）：79-82.

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1672-2469（2016）01-0082-03

2015-09-09

張蛟龍（1986年—），男，工程師。