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浅论城市河道的生态护坡

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来源:中国水土保持SWCE 2003年第3期

[关键词] 生态护坡;城市河道;设计原则

[摘要] 传统的河道护坡会破坏生态,加速人居环境的恶化,不符合人与自然和谐相处的理念。因此,应研究和实施生态护坡,建立满足岸坡稳定要求,与周围环境相协调和现代文明城市发展相适应的开放性生态系统。生态护坡的设计应综合考虑各方面因素,遵循水力稳定性原则、生态原则和回归自然原则。通过试验验证生态护坡设计原则,校正设计参数,优化系统模式。

1 传统护坡存在的问题

传统的河道护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等。这些护坡工程的造价均相对较高,且水下施工、维护工作难度较大。其最大的缺点还在于,它仅仅从满足河道岸坡的稳定性和河道行洪排涝功能的角度出发进行设计施工,很少考虑对环境和生态的影响。

1.1 对生态的破坏

传统的护坡工程将整个河岸表面封闭起来,隔绝了土壤与水体之间的物质交换,原先生长在岸坡上的生物不能继续生存,生态系统的食物链断开,使土壤和水体中的生物失去了赖以生存的环境。对生态的影响主要是:① 用水泥石料修葺的河道中,具有净水功能的水生生物生长非常困难,河水自净能力将大为降低,水质可能恶化;② 会导致河水受阳光影响而水温变化过大,不利于维持水中生态平衡,特别是高温季节,容易使传染病菌孳生;③ 随着水流流速的增大,水中一些生物会被水流冲走,使水中生物减少,岸上又缺乏天然植物,直接影响沿河野生生物种类生存,如水鸟。据统计,目前城市河道衬砌后,沿河生物种类减少了70%以上,而水生物也只相当于原来的50% 。

1.2 加速居民生存环境的恶化

传统的混凝土护坡在施工中均不同程度地使用了一些添加剂,如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等,这些添加剂在水中发生反应,对水质和水环境产生不利的影响。岸坡没有天然植物作为屏障,会使岸边的垃圾轻易入水,造成污染。这些虽然不是水质恶化的主要原因,但它们对水质的恶化起到了促进作用。

同时,没有绿色的传统护坡使河道失去了原有的生机,这与现代人们追求回归自然的要求不相一致,与现代城市建立优美环境相违背,更与现代城市的人文景观不相和谐。

2 生态护坡的内涵

生态护坡所涉及的范围很广泛,目前国内外对其还没没有明确的定义,绝大多数人认为岸坡上种植植物就是生态护坡。笔者认为生态不仅仅包括植物,它应是一个系统的含义。生态护坡应该包括两方面的含义:首先是护坡,其次是生态。其具体内涵为:①首先在满足行洪排涝要求的基础上,保证岸坡的稳定,防止水土流失;②生态护坡是开放式的系统,它是与周围生态系统密切联系的,不断与周围生态系统进行物质交换;③ 生态护坡是动态平衡的系统,系统内的生物之间存在着复杂的食物链,它们互为食物,保持着系统的动态平衡;④ 生态护坡是动力式的系统,它与水流之间是相互作用的,水流对岸坡有冲刷作用,岸坡对水流有阻碍作用,岸坡生态系统是地表水与地下水交换的媒介;⑤生态护坡是整个生态系统(包括自然生态系统和社会生态系统)的一个子系统,它与其他生态系统之间是相互协调、协同发展的,它的生态功能好坏直接影响其他生态子系统功能的发挥,甚至还会破坏其他生态系统;⑥ 生态护坡是可持续发展的系统。

3 生态护坡设计原则

3.1 水力稳定性原则

护坡的设计首先应满足岸坡稳定的要求。岸坡的不稳定性因素主要有:① 由于岸坡面逐步冲刷引起的不稳定;② 由于表层土滑动破坏引起的不稳定;③ 由于深层滑动引起的不稳定。因此,我们应对影响岸坡稳定的水力参数和土工技术参数进行研究,从而实现对护的水力稳定性设计。

3.2 生态原则

生态护坡设计应与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性、减少对资源的剥夺、保持营养和水循环、维持植物生境和动物栖息地的质量、有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。主要包含以下几个方面。

(1)当地原则。设计应因地制宜,在对当地自然环境充分了解的基础上,进行与当地自然环境相和谐的设计。这一原则包括:① 尊重传统文化和乡土知识;② 适应场所自然过程,设计时要将这些带有场所特征的自然因素考虑进去,从而维护场所的健康;③根据当地实际情况,尽量使用当地材料、植物和建材,使生态护坡与当地自然条件相和谐。

(2)保护与节约自然资源原则。对于自然生态系统的物流和能流,生态设计强调的解决之道有4条:①保护不可再生资源,不是万不得已,不得使用;② 尽可能减少能源、土地、水、生物资源的使用,提高使用效率;③ 利用原有材料,包括植被、土壤、砖石等服务于新的功能,可以大大节约资源和能源的耗费;④尽量让护坡处于良性循环中,从而使资源可以再生。

(3)回归自然原则。自然生态系统为维持人类生存和满足其需要提供各种条件和过程,这就是所谓的生态系统的服务。这一原则着重体现在:① 自然界没有废物,每一个健康生态系统,都有完善的食物链和营养级,所以生态设计应使系统处于健康状态;②边缘效应,在两个或多个不同的生态系统边缘带,有更活跃的能流和物流,具有丰富的物种和更高的生产力,也是生物群落最丰富、生态效益最高的地段。河道岸坡作为水体生态与陆地生态之间的边缘带,在设计时应充分考虑其边缘效应;③ 生物多样性,保持有效数量的动植物种群,保护各种类型及多种演替阶段的生态系统,尊重各种生态过程及自然的干扰,包括自然火灾过程、旱雨季的交替规律以及洪水的季节性泛滥。

4 生态修复技术研究

生态修复,是指把已经退化的生态系统修复到与其原有能保持自然潜能的状态极其近似的状态。主要包括以下几方面:①恢复生态完整性;②恢复原有功能;③ 兼顾上下游大型景观要求。通过对实地考察,分析研究河道生态退化与护坡的关系、机理,了解生态修复的潜能和可行性,在此基础上,对现有护坡进行生态修复设计。首先应该确定修复目标,如以恢复到某一年或某一段时间内的状况为目标。生态恢复是长期的工程,应该分阶段制定相应的修复计划和修复方案。

通过一定的试验验证按以上原则设计出的护坡模式,校正其中与实际条件不相符的一些参数,使其达到最优。

(1)针对不同地质条件、不同功能、不同流速、不同坡比的河道段岸坡稳定性进行试验研究。

(2)岸坡与水体的相互作用试验,通过试验研究不同护坡形式对流态、流速、水位等河道水流特性的影响以及水流对护坡的稳定性影响。

(3)通过试验研究不同护坡结构形式、不同护坡材料、不同护坡布置方式对水体生态环境(包括水质、动物种群、植物种群)的影响。

(4)岸坡作为地表水与地下水之间的媒介,在两者物质交换过程中起着一定的作用。通过试验对岸坡在两者之间的物质交换作用以及在水体污染物的扩散过程中所起的作用进行研究。

(5)通过试验研究生态护坡的生态承载力。

5 结论

在保证岸坡稳定和满足行洪要求的基础上,河道生态护坡是一个与周围环境相互协调、协同发展,保证社会、经济可持续发展的开放性的生态系统。生态护坡涉及的范围、因素较多,在设计时应综合考虑各方面的因素,在满足岸坡稳定的前提下,以维持物种多样性、减少对资源的剥夺、保持营养和水循环、维持植物生存环境和动物栖息地的质量、有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。

生态护坡直观有效的研究方法是实验方法,通过实验对设计护坡结构、材料、布置方式等进行验证。在生态修复设计时,只有对河道护坡现状充分了解后,才能有针对性地进行修复设计。可通过实验对现有河道护坡现状进行研究,为生态修复设计提供可靠依据。

发布日期:2011-8-9
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