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淺論城市河道的生態護坡

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來源:中國水土保持SWCE 2003年第3期

[關鍵詞] 生態護坡;城市河道;設計原則

[摘要] 傳統的河道護坡會破壞生態,加速人居環境的惡化,不符合人與自然和諧相處的理念。因此,應研究和實施生態護坡,建立滿足岸坡穩定要求,與周圍環境相協調和現代文明城市發展相適應的開放性生態係統。生態護坡的設計應綜合考慮各方麵因素,遵循水力穩定性原則、生態原則和回歸自然原則。通過試驗驗證生態護坡設計原則,校正設計參數,優化係統模式。

1 傳統護坡存在的問題

傳統的河道護坡主要有漿砌或幹砌塊石護坡、現澆混凝土護坡、預製混凝土塊體護坡等。這些護坡工程的造價均相對較高,且水下施工、維護工作難度較大。其最大的缺點還在於,它僅僅從滿足河道岸坡的穩定性和河道行洪排澇功能的角度出發進行設計施工,很少考慮對環境和生態的影響。

1.1 對生態的破壞

傳統的護坡工程將整個河岸表麵封閉起來,隔絕了土壤與水體之間的物質交換,原先生長在岸坡上的生物不能繼續生存,生態係統的食物鏈斷開,使土壤和水體中的生物失去了賴以生存的環境。對生態的影響主要是:① 用水泥石料修葺的河道中,具有淨水功能的水生生物生長非常困難,河水自淨能力將大為降低,水質可能惡化;② 會導致河水受陽光影響而水溫變化過大,不利於維持水中生態平衡,特別是高溫季節,容易使傳染病菌孳生;③ 隨著水流流速的增大,水中一些生物會被水流衝走,使水中生物減少,岸上又缺乏天然植物,直接影響沿河野生生物種類生存,如水鳥。據統計,目前城市河道襯砌後,沿河生物種類減少了70%以上,而水生物也隻相當於原來的50% 。

1.2 加速居民生存環境的惡化

傳統的混凝土護坡在施工中均不同程度地使用了一些添加劑,如早強劑、抗凍劑、膨脹劑等,這些添加劑在水中發生反應,對水質和水環境產生不利的影響。岸坡沒有天然植物作為屏障,會使岸邊的垃圾輕易入水,造成汙染。這些雖然不是水質惡化的主要原因,但它們對水質的惡化起到了促進作用。

同時,沒有綠色的傳統護坡使河道失去了原有的生機,這與現代人們追求回歸自然的要求不相一致,與現代城市建立優美環境相違背,更與現代城市的人文景觀不相和諧。

2 生態護坡的內涵

生態護坡所涉及的範圍很廣泛,目前國內外對其還沒沒有明確的定義,絕大多數人認為岸坡上種植植物就是生態護坡。筆者認為生態不僅僅包括植物,它應是一個係統的含義。生態護坡應該包括兩方麵的含義:首先是護坡,其次是生態。其具體內涵為:①首先在滿足行洪排澇要求的基礎上,保證岸坡的穩定,防止水土流失;②生態護坡是開放式的係統,它是與周圍生態係統密切聯係的,不斷與周圍生態係統進行物質交換;③ 生態護坡是動態平衡的係統,係統內的生物之間存在著複雜的食物鏈,它們互為食物,保持著係統的動態平衡;④ 生態護坡是動力式的係統,它與水流之間是相互作用的,水流對岸坡有衝刷作用,岸坡對水流有阻礙作用,岸坡生態係統是地表水與地下水交換的媒介;⑤生態護坡是整個生態係統(包括自然生態係統和社會生態係統)的一個子係統,它與其他生態係統之間是相互協調、協同發展的,它的生態功能好壞直接影響其他生態子係統功能的發揮,甚至還會破壞其他生態係統;⑥ 生態護坡是可持續發展的係統。

3 生態護坡設計原則

3.1 水力穩定性原則

護坡的設計首先應滿足岸坡穩定的要求。岸坡的不穩定性因素主要有:① 由於岸坡麵逐步衝刷引起的不穩定;② 由於表層土滑動破壞引起的不穩定;③ 由於深層滑動引起的不穩定。因此,我們應對影響岸坡穩定的水力參數和土工技術參數進行研究,從而實現對護的水力穩定性設計。

3.2 生態原則

生態護坡設計應與生態過程相協調,盡量使其對環境的破壞影響達到最小。這種協調意味著設計應以尊重物種多樣性、減少對資源的剝奪、保持營養和水循環、維持植物生境和動物棲息地的質量、有助於改善人居環境及生態係統的健康為總體原則。主要包含以下幾個方麵。

(1)當地原則。設計應因地製宜,在對當地自然環境充分了解的基礎上,進行與當地自然環境相和諧的設計。這一原則包括:① 尊重傳統文化和鄉土知識;② 適應場所自然過程,設計時要將這些帶有場所特征的自然因素考慮進去,從而維護場所的健康;③根據當地實際情況,盡量使用當地材料、植物和建材,使生態護坡與當地自然條件相和諧。

(2)保護與節約自然資源原則。對於自然生態係統的物流和能流,生態設計強調的解決之道有4條:①保護不可再生資源,不是萬不得已,不得使用;② 盡可能減少能源、土地、水、生物資源的使用,提高使用效率;③ 利用原有材料,包括植被、土壤、磚石等服務於新的功能,可以大大節約資源和能源的耗費;④盡量讓護坡處於良性循環中,從而使資源可以再生。

(3)回歸自然原則。自然生態係統為維持人類生存和滿足其需要提供各種條件和過程,這就是所謂的生態係統的服務。這一原則著重體現在:① 自然界沒有廢物,每一個健康生態係統,都有完善的食物鏈和營養級,所以生態設計應使係統處於健康狀態;②邊緣效應,在兩個或多個不同的生態係統邊緣帶,有更活躍的能流和物流,具有豐富的物種和更高的生產力,也是生物群落最豐富、生態效益最高的地段。河道岸坡作為水體生態與陸地生態之間的邊緣帶,在設計時應充分考慮其邊緣效應;③ 生物多樣性,保持有效數量的動植物種群,保護各種類型及多種演替階段的生態係統,尊重各種生態過程及自然的幹擾,包括自然火災過程、旱雨季的交替規律以及洪水的季節性泛濫。

4 生態修複技術研究

生態修複,是指把已經退化的生態係統修複到與其原有能保持自然潛能的狀態極其近似的狀態。主要包括以下幾方麵:①恢複生態完整性;②恢複原有功能;③ 兼顧上下遊大型景觀要求。通過對實地考察,分析研究河道生態退化與護坡的關係、機理,了解生態修複的潛能和可行性,在此基礎上,對現有護坡進行生態修複設計。首先應該確定修複目標,如以恢複到某一年或某一段時間內的狀況為目標。生態恢複是長期的工程,應該分階段製定相應的修複計劃和修複方案。

通過一定的試驗驗證按以上原則設計出的護坡模式,校正其中與實際條件不相符的一些參數,使其達到最優。

(1)針對不同地質條件、不同功能、不同流速、不同坡比的河道段岸坡穩定性進行試驗研究。

(2)岸坡與水體的相互作用試驗,通過試驗研究不同護坡形式對流態、流速、水位等河道水流特性的影響以及水流對護坡的穩定性影響。

(3)通過試驗研究不同護坡結構形式、不同護坡材料、不同護坡布置方式對水體生態環境(包括水質、動物種群、植物種群)的影響。

(4)岸坡作為地表水與地下水之間的媒介,在兩者物質交換過程中起著一定的作用。通過試驗對岸坡在兩者之間的物質交換作用以及在水體汙染物的擴散過程中所起的作用進行研究。

(5)通過試驗研究生態護坡的生態承載力。

5 結論

在保證岸坡穩定和滿足行洪要求的基礎上,河道生態護坡是一個與周圍環境相互協調、協同發展,保證社會、經濟可持續發展的開放性的生態係統。生態護坡涉及的範圍、因素較多,在設計時應綜合考慮各方麵的因素,在滿足岸坡穩定的前提下,以維持物種多樣性、減少對資源的剝奪、保持營養和水循環、維持植物生存環境和動物棲息地的質量、有助於改善人居環境及生態係統的健康為總體原則。

生態護坡直觀有效的研究方法是實驗方法,通過實驗對設計護坡結構、材料、布置方式等進行驗證。在生態修複設計時,隻有對河道護坡現狀充分了解後,才能有針對性地進行修複設計。可通過實驗對現有河道護坡現狀進行研究,為生態修複設計提供可靠依據。

發布日期:2020-03-14
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