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现代城市河湖生态护岸的工程技术措施与功能

发布者:admin 发布时间:2014-12-11

生态护岸指的是利用植物或者植物与土木工程相结合,对河道坡面进行防护的一种新型护岸工程技术。生态护岸集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体,是现代河流治理的发展趋势。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、生态护岸的工程技术措施

    1.1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。

    1.1.1自然原型护岸

   自然原型护岸指只采用种植植被保护河岸、保持自然堤岸特性的护岸。主要采用乔灌混交,发挥乔木与灌木的自身生长特性,充分利用高低错落的空间和光照条件,以达到最佳郁闭效果。同时利用植物舒展而发达的根系稳固堤岸,增强其抵抗洪水、保护河堤的能力。

    (1)优点

完美地将护岸与大自然融为一体,纯天然,无任何污染,投资较省,且施工方便。

    (2)缺点

抵抗洪水的能力较差,抗冲刷能力不足。在日常水位线以下种植植物难度较大,品种的选择亦较关键,否则很难保证植物的存活。

    (3)适用条件

适用于流速不快,流量较小,冲刷能力较弱的乡镇级河道,河床过水断面较小。

    (4)常用方法

   主要采用根系发达的固土植物进行护岸:即在水中种植柳树、水杨、白杨以及芦苇、野茭白、菖蒲等具有喜水特性的植物;而在坡面上撒播或铺上草坪,也可以种植一些植物如沙棘林、刺槐林、龙须草、常青藤、香根草等。

    1.1.2自然型护岸

    自然型护岸不仅种植植被,还采用石材、木材等天然材料,以增强堤岸的抗冲刷能力。如在日常水位线以下采用石笼、木桩或干砌块石,其上筑一定坡度的土堤,斜坡上乔灌草相结合,固堤护岸。

    (1)优点  

    采用木桩、块石等具有一定的强度的材料保护坡脚,使整个护岸的抗冲刷能力大大提高。木桩、块石间的缝隙为水草留下了生长的空间,同时也为鱼、虾等水生生物提供了栖息的场所。

    (2)缺点

    与自然原型护岸相比,自然型护岸投资较高,工程量加大,由于干砌块石与土体的结合并非十分紧密,因此,整体稳定性能较差。

    (3)适用条件

    适用于各种有较大流速的区县及乡镇级河道、都市景观河道。

   (4)常用方法

    1)大型护坡软件排:水下部分采用软体排或松散抛石,而水上部分则是在柔性的垫层(土工织物或天然织席)上种植草本植物,并且垫层上的压重抛石不应妨碍草本植物生长。

    2)干砌块石或打木桩:水下部分采用干砌块石或打木桩的方法,并在块石或木桩间留有一定的空隙,以利于水生植物的生长;水上部分可参考自然原型护岸的做法,铺上草坪或者栽上灌木。

    1.1.3多自然型护岸

    多自然型护岸是在自然型护岸的基础上采用混凝土、钢筋混凝土等材料加强抗冲能力的一种新型生态护岸型式。多自然型护岸较之自然原型护岸和自然型护岸具有更强的抗水流冲刷能力,能抵御更大的洪水。同时也具备其它生态护岸所共有的生态效应、景观效应和自净效应。因此,它是目前使用最为广泛的一种生态护岸型式。

    (1)优点

    堤岸经过防护后,整体稳定性能大大增强,抗冲刷能力得到加强,同时也不受堤岸坡度的限制。

    (2)缺点

   由于采用较多的新技术、新工艺,使得施工要求提高,难度加大,工程的投资也相应增加。另外,多自然型护岸采用较多的非天然材料如混凝土、钢筋混凝土等,在一定程度上也有所污染。

    (3)适用条件

    多自然型护岸由于具有较强的抗冲刷能力,因此可以适用于大流量、高冲刷能力的河流。

    (4)常用方法

    1) 纤维织物袋装土护岸法

   由岩石坡脚基础、砾石反滤层排水和编织袋装土的坡面组成。如将降解生物(椰皮)纤维编织物(椰皮织物)盛土,形成一系列不同土层或台阶岸坡,然后栽上植被。

    2) 面坡箱状石笼护岸法

   将钢筋混凝土柱或耐水圆木制成梯形箱状框架,并向其中投入大的石块,形成很深的鱼巢。再在箱状框架内埋入柳枝、水杨枝等,邻水一侧种芦苇、菖蒲等水生植物,使其在缝中生长出繁茂、葱绿的草木。

  3)三维网液压喷播植草法

    迎水坡面采用新型土工合成材料三维植被网垫植草护坡,利用液态播种原理,将植物种子或植物营养体(根、茎、叶等)经前期处理后,与专用配料和水按比例拌和后,通过喷播机高压泵的作用,快速喷播在需要种植的地方,从而形成植被覆盖。

    4)土壤固化剂法

    固化剂是以水泥为主体掺入特殊的激发元素后制成的,其作用机理是固化剂中的水分子调节剂与土壤中的水分子形成化学键,对水分子有很强的吸附作用,利用土壤稳定固化,填充土体孔隙,形成骨架结构,从而提高土壤的抗压、抗渗、抗折等性能指标。

    1.2固土植物护坡护岸

   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。

    1.3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。

    1.4土工材料复合种植护岸

    该项枝术又分为: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。

    1.5植被型生态混凝土护岸

    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。

    1.6水泥生态种植基护岸

   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。

    1.7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。

    2、生态护岸的功能

    2.1防洪效应

    随着社会和经济的迅速发展,河流、湖泊大量萎缩,水面积不断缩小,防洪问题显得更加地突出。生态护岸作为一种更加高级的护岸型式,其植被可以调节地表和地下水文状况,使水循环途径发生一定的变化,因而具备抵御洪水的能力。当洪水来临时,洪水通过坡面植被大量地向堤中渗透储存,生态护岸削弱洪峰,起到了径流延滞作用。而当枯水季节到来时,储存在大堤中的水反渗入河,对调节水量起到了积极的作用。同时,生态护岸中大量采用根系发达的固土植物,使得护岸的抗冲性能(即各类植物护岸可抵御的最大近岸流速、波浪高度和相应的冲刷历时)大大加强,在水土保持方面发挥了很好的效果。

     2.2生态效应

    大自然本身就是一个和谐的生态系统,大到整个社会,小至一条河流,无不是这个生物链中不可或缺的重要一环。生态护岸可以把水、河道与堤防、河畔植被连成一体,构成一个完整的河流生态系统。生态护岸的坡面植被可以带来流速的变化,为鱼类等水生动物和两栖类动物提供觅食、栖息和避难的场所,对保持生物多样性也具有一定的积极意义。另外,生态护岸主要采用天然材料,从而避免了混凝土中因掺杂大量添加剂(如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等)在水中发生反应对水质和水环境带来的不良影响。

     2.3景观效应

    近年来,生态护岸技术在国内外被大量地采用,从而改变了过去的那种“整齐划一的河道断面、笔直的河道走向”的静态美,现在的生态大堤上建起了绿色长廊,昔日的碧水漪漪、青草涟涟的动态美得以重现,生态护岸顺应了现代人回归自然的心理,并且为人们休憩、娱乐提供了良好的场所,提升了整个城市的品味。

     2.4自净效应

    生态护岸可以增强水体的自净功能,改善河流水质。当污染物排入河流后,首先被细菌和真菌作为营养物摄取,并将有机污染物分解为无机物,所产生的无机物如氮、磷等作为营养盐类又被水中的浮游动物、鱼、虾等所食。这就是水体的自净作用,即按食物链的方式降低污染物浓度。

    生态护岸上种植于水中的柳树、菖蒲、芦苇等水生植物,能从水中吸收无机盐类营养物,其庞大的根系还是大量微生物吸附的好介质,有利于水质净化,生态护岸营造出的浅滩、放置的石头、修建的丁坝、鱼道形成水的紊流,有利于氧从空气传入水中,从而增加水体的含氧量,有利于好氧微生物、鱼类等水生生物的生长,促进水体净化,使河水变得清澈、水质得到改善。

生态护岸是融现代水利工程学、生物科学、环境科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程,十分有助于生物多样性,河流水质的改善,以及提供给人们一个见水、近水、亲水的美好环境,重现大自然的勃勃生机。因此,生态护岸是现代河流治理的发展趋势,是水利建设发展到一种相对高级形态的必然结果。