談水利工程生態(tài)護(hù)坡措施功能及特點(diǎn)
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［摘要］生態(tài)護(hù)坡是水利工程建設(shè)中的一種新型護(hù)坡措施，其不僅具備傳統(tǒng)的固岸效果和水土流失防治效果，同時(shí)能夠有效控制污染源，與整個(gè)水環(huán)境共同構(gòu)成關(guān)系和諧的生態(tài)系統(tǒng)。本文簡要介紹了生態(tài)護(hù)坡的基本功能，并深入探究了各類生態(tài)護(hù)坡的特點(diǎn)和具體應(yīng)用，以期能為相關(guān)單位帶來一定的工作參考。
［關(guān)鍵詞］水利工程；生態(tài)護(hù)坡；措施功能；特點(diǎn)
引言
在傳統(tǒng)的水利岸坡防護(hù)工程當(dāng)中，一般會采取硬化護(hù)砌措施，常用材料包括石材、混凝土等。硬化護(hù)砌結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢在于自身的穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以持續(xù)使用多年。但不利于生態(tài)環(huán)境建設(shè)，其不僅會破壞原有的水環(huán)境景觀和諧性，更會對水環(huán)境生物群種的發(fā)展和造成一定的影響。我國針對生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究和應(yīng)用的起步較晚，直至徹底了解生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律后才開始逐步在實(shí)踐當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，原則上是以尊重生態(tài)系統(tǒng)、不破壞生態(tài)系統(tǒng)、尊重生物生存空間為護(hù)坡的建設(shè)前提?，F(xiàn)如今，生態(tài)護(hù)坡已經(jīng)開始在實(shí)際中得到了廣泛的推廣，并延伸發(fā)展成了多種不同形式。生態(tài)護(hù)坡在本質(zhì)上屬于岸坡防護(hù)措施，其主要用于保護(hù)河道體系、恢復(fù)河道系統(tǒng)生態(tài)平衡，體現(xiàn)出了“人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展”的基本理念。生態(tài)是多種學(xué)科交叉應(yīng)用后的結(jié)果，其包含水利、環(huán)境、生物科學(xué)、力學(xué)、生態(tài)化等多種學(xué)科的基本原理和知識。實(shí)際建設(shè)過程中充分強(qiáng)調(diào)自然植被與工程材料之間的結(jié)合，力求在提高岸坡防護(hù)效果的基礎(chǔ)上，避免對水環(huán)境生態(tài)平衡造成破壞。
1生態(tài)護(hù)坡的基本功能
1.1固岸
生態(tài)護(hù)坡中一般會選擇大量根系發(fā)達(dá)，能在水環(huán)境周圍快速生長的植物。由于此類植物根系較為發(fā)達(dá)，可以起到錨固表層松散土體的作用，從而能提高邊坡的抗滑力，減少土體流失。一般而言，生態(tài)護(hù)坡的整體結(jié)構(gòu)和植物種植密度均經(jīng)過了精細(xì)化計(jì)算，植物之間的根系彼此纏繞，從而形成了龐大的根系網(wǎng)絡(luò)，根系網(wǎng)絡(luò)則將邊坡土體整合在一起，確保了土體的整體穩(wěn)定性。一般而言，草本植物和灌木類植物可以在淺層區(qū)域起到良好的固岸效果，而樹木類植物才能夠起到影響深層土體的目的。而從其他角度來看，邊坡的穩(wěn)定性還與坡體水壓力相關(guān)，植物根系的水分吸收作用可以有效降低邊坡的孔隙水壓力，從而提高了土體整體的抗剪強(qiáng)度，這同樣有利于起到固岸的效果。[1]
1.2控制面源污染
當(dāng)河流兩側(cè)存在植被緩沖帶時(shí)，其對于控制氨氮等面源污染具有顯著的效果。在土壤和植物的綜合過濾、沉積、滯留作用之下，徑流所攜帶的污染物質(zhì)得到了有效的控制。滯留和沉積下來的污染物質(zhì)會進(jìn)一步被植物所吸收、分解。這對于凈化水體，優(yōu)化河流水質(zhì)無疑起到了積極的作用。[2]
1.3控制降雨濺蝕
植被的存在可以有效緩解雨滴的下落速度，控制雨滴對于地面整體的沖擊力，從而達(dá)到控制降雨濺蝕的效果。降雨濺蝕對于河岸的危害性會因?yàn)闅夂虿町愋远嬖谳^為明顯的區(qū)別。在降水量較少的區(qū)域，降雨濺蝕的影響微乎其微。而在降水量較大的區(qū)域，降雨濺蝕往往會對河岸造成較大的危害性，其會直接破壞河岸結(jié)構(gòu)，造成土壤流失。應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡之后，雨滴在下落的過程中會被植被直接阻攔，后續(xù)沿著植物的莖葉過渡至地面，其對于地面的沖擊影響幾乎為零，同時(shí)還能避免由于降水所引發(fā)的土粒飛濺現(xiàn)象。[3]
1.4減少水土流失
生態(tài)護(hù)坡的基本功能就在于保持水土，減少水土流失。傳統(tǒng)的硬化護(hù)砌結(jié)構(gòu)雖然同樣具有保持水土的功效，但其屬于“強(qiáng)制性”措施的一種，即從根本上改變了邊坡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致邊坡無法參與到生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中。而在生態(tài)護(hù)坡當(dāng)中，主要依靠植物根系來實(shí)現(xiàn)對土體的固定，其不僅可以避免土體被沖刷，同時(shí)還可以抑制地表徑流，從而達(dá)到減少水土流失的根本目的。
1.5參與生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)
生態(tài)護(hù)坡本身就是陸生生物的主要棲息地，同時(shí)也可以為水生生物提供食物來源。在這一過程當(dāng)中，生態(tài)護(hù)坡本身就是水陸生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，這與傳統(tǒng)的硬化護(hù)砌結(jié)構(gòu)有著根本上的差異性。
2生態(tài)護(hù)坡的特點(diǎn)和具體應(yīng)用
2.1生態(tài)混凝土護(hù)坡
生態(tài)混凝土護(hù)坡指的是在河道兩側(cè)鋪設(shè)混凝土框架，并在混凝土框架當(dāng)中添加無砂混凝土。與傳統(tǒng)意義上的混凝土不同，無砂混凝土的最大特征在于其內(nèi)部存在較大的孔隙，這無疑為草本植物的生長提供了充足的空間，從而促使草本植物與整個(gè)混凝土構(gòu)成完整生態(tài)系統(tǒng)，且整體固土效果較為出色。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的角度來看，生態(tài)混凝土可以分為兩大類型：一是土工格室層。其本身具有較大的孔隙供草本植物生長，所使用的混凝土為細(xì)骨料，并使用噴播植草技術(shù)。二是有機(jī)客土層。其主要由活性添加劑、草炭、保水劑和石子構(gòu)成，一般是直接與原狀土相互接觸。從生態(tài)功能角度來看，生態(tài)混凝土植入植物之后，草本植物的根系會持續(xù)向下方生長，并與基層土壤相互接觸，從而促使整個(gè)坡面形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。整個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會隨著草本植物根系的不斷橫縱生長而完善，并最終形成三維立體網(wǎng)，穩(wěn)定性較強(qiáng)。而活性添加劑的使用則可以進(jìn)一步提高草本植物的生物活性，其主要成分是微生物，其能夠在促進(jìn)草本植物生長的基礎(chǔ)上進(jìn)一步控制水泥的堿性，確保整個(gè)生態(tài)混凝土護(hù)坡保持較高的活性，最終為草本植物的正常生長創(chuàng)造良好的客觀環(huán)境。此外，有些微生物的存在可以加快對落葉、樹枝的分解速度，并能夠分解土壤中的各種污染物質(zhì)，減少了水體污染的概率。生態(tài)混凝土護(hù)坡的最大優(yōu)勢在于具有較強(qiáng)的適用性，可以在多種不同的地形地勢環(huán)境下進(jìn)行使用，但其對于坡體角度有著較高的要求，理論上不超過75°的坡體均可以進(jìn)行使用，一旦超過75°則需要考慮其他類型的生態(tài)護(hù)坡。[4]
2.2自嵌式擋墻
自嵌式擋墻的雛形為干壘擋土墻，是在該種墻體結(jié)構(gòu)上研發(fā)的一種新型生態(tài)結(jié)構(gòu)。自嵌式擋墻主要由擋土塊體、填土和加筋帶構(gòu)成，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠有效抵抗坡體受到的動靜荷載，具有良好的坡體穩(wěn)定功能。傳統(tǒng)的擋土墻穩(wěn)定性較差，且容易受到外界環(huán)境的侵蝕，而自嵌式擋墻則有效解決了這些問題，并具有生態(tài)性的基本特征。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)角度來看，擋土塊體、填土、加筋帶、塑膠棒和濾填材料是主要成分，墻體背水面一般會設(shè)置過濾層，并使用相應(yīng)級配的碎石進(jìn)行填充，具有出色的自行排水能力。自嵌式擋墻的結(jié)構(gòu)特征決定了其具有較為出色的透水性能和透氣性能，并具有出色的污染物吸收和環(huán)境凈化作用，可以在保證生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，保持生態(tài)自然平衡。自嵌式擋墻上設(shè)置多處孔洞結(jié)構(gòu)，在孔洞結(jié)構(gòu)中添加土壤后即可種植植物，而植物根系生長完善后可以進(jìn)一步強(qiáng)化自嵌式擋墻的整體穩(wěn)定性。此外，植物生長孔和墻體內(nèi)部空腔一般為錯(cuò)位結(jié)構(gòu)，這種錯(cuò)位結(jié)構(gòu)可以形成若干個(gè)通道和孔洞，從而為魚類的生長創(chuàng)造安全的棲息環(huán)境。隨著魚類的增多，其他水生植物可以進(jìn)一步發(fā)展，這能夠有效避免水體富營養(yǎng)化的問題，保證水質(zhì)。除了傳統(tǒng)意義上的草本植物之外，水生植物也可以在墻體上生長，隨著水生植物的不斷增加，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對于氮磷等化合物的凈化、分解效果將進(jìn)一步提升，這不僅有利于達(dá)到凈化水體的目的，更可以抑制水華。自嵌式擋墻同樣具有出色的實(shí)用性，且不會受到坡體角度的限制，但在坡體整體高度較大的情況下則需要謹(jǐn)慎使用。[5]
2.3生態(tài)聯(lián)鎖式護(hù)坡
與前兩種生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)相比較，生態(tài)聯(lián)鎖式護(hù)坡不僅具有良好的護(hù)坡和生態(tài)功能，同時(shí)具有一定的景觀價(jià)值，是目前在實(shí)踐當(dāng)中廣泛應(yīng)用的生態(tài)護(hù)坡形式。從結(jié)構(gòu)特征角度來看，生態(tài)聯(lián)鎖式護(hù)坡使用預(yù)制混凝土磚塊構(gòu)成整個(gè)坡面，坡磚均為工廠預(yù)加工，加工完成后直接運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行鋪設(shè)。其所使用的坡磚屬于特殊的聯(lián)鎖式結(jié)構(gòu)，坡磚與前后左右磚塊之間具有出色的連接功能，且整個(gè)坡面屬于柔性體，具有出色的耐沖刷性能。兩個(gè)坡磚在連接之后其中間位置會形成連接孔，而連接孔則可以用于植物生長孔使用。一般情況下，會在連接孔中種植根系發(fā)達(dá)的草本植物，且伴隨著草本植物不斷生長，整個(gè)護(hù)坡的耐久性、穩(wěn)定性和功能性將進(jìn)一步得到提升。需要注意的是，生態(tài)聯(lián)鎖式護(hù)坡在適用范圍方面具有一定的局限性，由于其本質(zhì)上更加側(cè)重于生態(tài)效果和景觀效果，故在抗沖刷能力方面的表現(xiàn)相對較為有限，一般僅僅適合在平原區(qū)域的低流速河道中進(jìn)行應(yīng)用。但不可否認(rèn)的是，生態(tài)聯(lián)鎖式護(hù)坡的景觀價(jià)值相比較高，一旦植物生長成型，將在河道兩側(cè)構(gòu)建成大規(guī)模的植被帶，這一優(yōu)勢是其他幾種生態(tài)護(hù)坡所不具備的。
2.4生態(tài)格網(wǎng)
生態(tài)格網(wǎng)是由鋼絲編制而成的網(wǎng)狀生態(tài)格網(wǎng)片，多個(gè)生態(tài)格網(wǎng)片可以組成籠箱，并進(jìn)一步在籠箱中填充碎石等材料。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)的最大優(yōu)勢在于自身的抗腐蝕性能出色，能夠長期持續(xù)使用多年，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性不會受到較大的影響。一般在實(shí)際使用時(shí)，會在鋼絲表面包裹一層樹脂膜，從而進(jìn)一步強(qiáng)化鋼絲的防腐性能，并賦予了鋼絲防銹、防靜電、抗老化、耐高壓等諸多的特點(diǎn)，這也造成了生態(tài)格網(wǎng)高適應(yīng)性特征，甚至可以廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境和高污染環(huán)境。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由生態(tài)格網(wǎng)所組成的籠箱會直接投放至治理區(qū)域，并在籠箱內(nèi)部填充石料，從而構(gòu)成具有高度柔性、透水性和整體性的防護(hù)結(jié)構(gòu)。從生態(tài)功能的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上屬于多孔隙的防護(hù)結(jié)構(gòu)，這無疑為水生植物、魚類和微生物的生長創(chuàng)造了舒適的空間。且與其他幾種生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)相比較，生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以在維持水環(huán)境生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化水質(zhì)的自我凈化能力，可以在最大程度上實(shí)現(xiàn)工程的生態(tài)目標(biāo)。由于生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)中所使用的填充石料均為碎散體，其自身的孔隙較多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以保證河岸與河流水體之間的水分交換以及河流調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)，具有調(diào)節(jié)水位、穩(wěn)定護(hù)岸、促進(jìn)植被恢復(fù)等多種功效。而從應(yīng)用范圍的角度來看，生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)同樣具有較為廣泛的適用性，但鑒于生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)需要大量的填充石料，故一般在石料采集方便的區(qū)域進(jìn)行使用。此外，生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工流程較為簡單，且多數(shù)材料均可以直接就地取材，其便捷性遠(yuǎn)高于其他幾種生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)。
3結(jié)語
綜合來看，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用可以有效強(qiáng)化土體的穩(wěn)定性，控制地表徑流，減少徑流對于河岸帶的侵蝕效果，并有利于保持水土，提高整個(gè)水環(huán)境的景觀效果。目前在實(shí)際當(dāng)中廣泛應(yīng)用的幾種生態(tài)護(hù)坡技術(shù)普遍具有工程特性和廣泛的適用性，實(shí)際使用過程中需要充分考慮到水利工程的實(shí)際需求，并結(jié)合施工區(qū)域當(dāng)?shù)氐乃臍庀髼l件和地形地勢條件進(jìn)行合理選擇。
參考文獻(xiàn)
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[4]黃火金.生態(tài)護(hù)坡建設(shè)在水利防洪工程中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（3）：1543.
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作者：馮保龍 單位：甘肅慶東工程設(shè)計(jì)有限公司