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生态护坡技术在河道治理的应用

作者:lylunwen 所属分类:杂志社官网 点击:182次

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为解决河道行洪能力下降、水生态失衡及水环境污染等问题,深入分析了生态护坡与传统护坡存在的差异。然后以实际工程为例,结合国内外综合治理经验和河道生态治理原则,设计了林草植被护岸和生态砌块挡墙护坡方案,从成本造价、生态协调性和稳定性的角度科学评价生态护坡的优势,希望为快速恢复水生态环境以及河道治理方案设计提供帮助。
关键词:生态护坡;河道治理;方案设计;评价分析
  随着水生态文明城市建设步伐的加快和人们对自然环境保护意识的增强,河道治理中传统的护坡技术所存在的弊端日趋显露,对河流水生态功能与社会服务功能的提升产生严重的制约。因此,综合考虑生态环境、人文景观和形态布局的河道生态治理逐渐引起工程技术人员的关注。当前,我国部分河道治理中生态护坡技术得以充分地应用,将传统的人工材料与林草植被相结合用于河道治理的案例较多[1-4]。例如,绍兴市通过大规模综合治理河流水系,以“水清、景美、岸绿、流畅”河流为现代化水系建设目标,在水生态保护与现代化水系建设方面取得了明显的成效;上海浦东区河道治理项目将生态理念渗透至工程管理、施工、设计等每个环节,遵循因地制宜、生态治水的原则,对河道水系实行水边栽植物、多样化水流、河岸与边坡种植林草等护岸形式,为重塑江南水乡风光和生态文明建设注入了新的活力;成都府南河整治项目将文化、生态、绿化、交通、排水、防洪融为一体,取得了巨大的经济、环保和社会效益。近年来,人们对河道景观、自然环境、水文化等要求越来越高,传统的防洪、排涝治理理念逐渐转变为安全、舒适、优美型近自然水环境观念。
  1河道治理生态护坡技术
  1.1传统的护坡技术
  传统的河道护坡技术比较注重河流的排水能力,一般利用流水的排导功能冲刷携带污染物,采用混凝土或浆砌石改建河道护坡形式,以达到加固稳定岸坡及保持河道顺畅的效果。通过硬化处理可以提升河道水流和岸坡的稳定性,工程中常用的方式有两种:其一,为确保水力冲刷下岸坡不发生倾覆对边坡浇筑混凝土;其二,为保护岸坡稳定性利用石材的强固化作用,将人工石材浆砌至坡体之上[5]。
  1.2生态护坡技术
  河道生态治理为提升水资源承载力与恢复水生态环境的有效方法,为建设滨河宜居城市、打造绿色生态河流及推动水生态文明发展的根本途径[6]。将生态植物材料与工程措施相结合或者利用生态型的植物,来保证河流冲刷时岸坡稳定性及完整性,这也是实施生态护坡的关键。生态学、水力学、水土保持学、水文地质学等为生态护坡技术的理论依据,通过实施植物与工程措施形成良性循环、绿色生态的护坡系统,最大限度地发挥生态工程自我修复、自我组织和自支撑功能达到边坡生态修复、抗滑动、抗冲蚀目的,实现生态环境、人类社会、河道治理与水资源的协调统一,减少洪涝灾害与坡面水土流失,改善自然环境与小流域气候的目标。因此,生态护坡工程属于一个涉及动植物与微生物的综合系统[7]。一般地,工程中比较常用的生态护坡技术主要包括:1)混凝土预制砖护岸:采用混凝土预制而成的一种存在大量连续空隙且具有抗压强度的空心砖护坡,此种护岸模式的透水、透气性较好,可以将草、灌植物播种至空隙内以形成近自然的生态护岸,从而达到净化水质和保护堤岸不受侵蚀的目标。2)堤岸栽植植物防护技术:该技术可以改善河流水质和减少堤岸硬质感,营造的小气候条件为河流水生植物的生长提供良好的条件,其主要做法是在河道底固定堆砌填装种植土的编织袋,以供植物生长。3)石笼护岸:将种植土、碎石等装入柳条、喷塑铁丝网或镀锌笼内,结合植物碎石堆砌成砌体挡土墙或台阶状护岸,由此增大河岸的生态性与稳定性,对于块石缺乏而沙子或碎石来源广泛的区域,石笼护岸具有较强的适用性与可行性。4)石材-木桩复合型护岸:为保证护坡安全性与稳定性于坡底实施生态混凝土护岸,同时为满足水生植物生长创造较好的空间,将卵石或砾石放置于木桩框架内以防护坡面上部结构,此类生态护岸结构融合了净水、景观、亲水等功能。
  1.3生态护坡与传统护坡的区别
  传统的硬质式护坡在增强岸坡稳定性与河流行洪能力的同时,也会对水环境造成一定的破坏,且此种护坡的造价往往较高。采用硬质性护岸材料会改变河道的自然属性,降低对地下水的补给及水陆系统的能量物质交流,对水生物种栖息环境产生破坏;此外,各类污染物因无法被硬化裸露的护岸过滤吸收,在径流作用下被排入河道产生污染;河道裁弯取直将明显增大水流速度,从而使得水力冲刷河底和河岸的能力大大增强[8]。河道治理工程存在的主要矛盾是行洪安全与生态需求,针对传统护坡存在的不足生态护坡逐渐得到广泛的应用。结合岸坡实际地质条件和不同的河道治理状况,在创造良好生境条件及达到生态需求的情况下,生态护坡还可提升岸坡的抗冲与防洪能力。
  2生态护坡技术的应用分析
  大凌河某河段治理工程有一高坎岸坡,前期护坡设计选用了传统护坡形式,该传统的护岸模式对水生态环境产生一定的破坏,无法满足人们对河道景观、湿地生态和自然环境的要求。因此,施工方和设计方考虑将工程措施与自然植被相结合,合理设计生态护岸模式。
  2.1生态砌块挡墙护坡
  RXP生态砌块具有节约土地面积、操作方便和施工速度快等优点,结合RXP生态砌块的特点以及治理河段的地质条件,考虑到C25混凝土已经浇筑至挡墙底部,所以可继续浇筑成厚10cm、宽60cm的基础。然后选用RXP280-10型主砌块、RXP300-100型生态砌块分别对顶层与中间层、基础层处理,并将土工格栅铺垫至挡墙背后坡面,为增强岩土体之间的摩擦力利用单项聚丙烯土格栅作为施工用土工格栅,逐步压实过程中应确保此处压实度超过90%。此外,为了能够播种植物种子保持砌块之间的缝隙宽度为80mm,同时为微生物创造了良好的生存空间。最后,采用C20混凝土对挡墙顶浇筑成宽2m、厚10cm的结构。2.1.1稳定性分析设计完成生态护坡方案后,为更好的分析其稳定性采用ANSYS建模仿真运算。将计算网格划分为2215个单元,节点数共有4670个,应变变形单元体由四边形八节点构成。充分考虑河道治理工程相关资料合理设定边界条件,水流水平方向的静水压力作为左、右边界的约束条件,自由边界为河道上部,岸坡底面为完全约束。合理划分几何模型网格后计算岸坡的稳定性,结果发现坡脚处为引起岸坡失稳的薄弱环节,其稳定性系数Fs=2.0符合工程设计要求。2.1.2生态协调性分析RXP砌块挡墙设计预留了一定的联通缝隙,挡墙上下砌块之间的缝隙将进一步打通河岸的生态结构。连通状态的水流有利于水下生物的自由活动,为水体植物的生长和微生物之间的交流传输创造了良好的空间,有助于维持水系统的良性循环。为遏制岸坡水土流失及美化生态环境,可以将适宜的植物栽植于RXP生态砌墙坡面处,植物的生长有助于提高岸坡的稳定性。协调使用人工灯光美化和植物体措施,将形成一个具有自然人文景观、光影、美丽的旅游休闲场所。2.1.3成本分析每平方米的造价按照工程实际成本来换算,并且折合生态砌块挡墙护坡的辅助性费用及机械费,该方案的最终的造价为782.57元/m2。
  2.2林草植被护坡
  针对河道治理中的高坎边坡,遵循自然和谐、人水相亲、宜宽则宽、易弯则弯的原则设计成植物护坡方案。为保证河流的防洪安全,岸坡上栽植固土能力强且生命力旺盛的乔木或灌木,如银杏、水杉和杨柳等;岸坡湿地区和浅水区应尽可能选取湿生植物,结合生态学知识和土壤的物理性质可供选取的植物类型有扁干草、水葱、香蒲、菖蒲、白蜡树、国槐等。设计桩基础以增强坡脚的抗冲刷能力,排桩间距5cm,桩直径15cm,其施工工艺是将木桩打入坡脚以增大其强度,然后采用木材横向放置于木桩上方,按照不同的景观要求可以将木栏设计成各种形状。为进一步加固坡脚还可在围栏后回填土料或堆积石料,将草坪植物种植于围栏以上坡面,同时配备木质台阶以实现多目标的协调统一,营造良好的环境满足水生动植物和微生物的生存[9]。2.2.1稳定性分析岸坡面和坡顶处交错布置植物带,选取的草本植物应具有发育完善的根系和快速生长的能力,以确保坡面土壤不被侵蚀为原则选取合适的乔灌植物。充分发挥植物截留雨水的功能,减少坡面的水土流失量,通过植被固土和留住水分降低水流对岸坡的冲刷。植物护坡设计方案选用桩基护脚,因此增强了坡脚的抗冲刷能力,确保了河岸的生态性和稳定性[10]。2.2.2生态协调性分析植物护坡技术能够有效截留水分、涵养水源,有利于促进植物水分吸收和岸坡的生态协调性。这种方法具有改善生态环境和河流水质,以及增强水体自净能力与抗冲刷的优点,此外岸坡栽植的植物还具有惯性,为动植物的生长、繁衍提供良好的空间,从而实现环境景观美化与水质净化、防洪治理、生态修复的有机统一,创造人水和谐、周边环境与河道景观有机相容的自然生态场所[11]。2.2.3造价分析单位面积的养护费、人工费和材料费为构成林草植被护坡的主要成本,此方案的综合成本为142.525元/m2。
  3结论
  生态护坡技术为河道治理领域一个长期研究的热点问题,应综合考虑生物和工程措施,增强河流的自然景观效果,最终打造出水环境改善、自然景观和谐的生态型河流。通过对比分析传统护坡与生态护坡技术,合理设计了植被护坡和生态砌块挡墙护坡方案,从岸坡稳定性、生态协调性和成本造价等方面分析了设计方案的优势。结果发现,生态护坡的成本较低、稳定性好且人文景观性强,可为其他河道生态治理提供参考。
  [参考文献]
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  [3]赵彦伟,杨志峰.城市河流生态系统修复刍议[J].水土保持通报,2006(1):89-93.
  [4]夏继红,严忠民.国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势[J].中国水土保,2004(3):20-21.
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  [6]李强.关于生态水利在河道治理中的应用探讨[J].水土保持应用技术,2014(6):30-31.
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  [9]曲家强.河道整治存在问题及现代化治理规划对策[J].黑龙江水利科技,2017(8):212-214.
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  [11]宋岩.浅谈河道治理工程中存在问题及措施[J].地下水,2016(6):224-225.
  作者:黄广玲
 
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