浅析河道生态护岸设计

毕然

摘 要：河道护岸是人类解决河流洪涝灾害的重要工程手段，属于人造工程的范畴，但由于设计理念、工程材料、结构构造的不同导致工程效果迥异。目前常见的护岸分为工程型护岸、景观型护岸和生态型护岸。

1 生态护岸防护原理

在水势平缓，水位变化不大的河段可以利用植物的根、茎或整体进行坡面保护和侵蚀控制。按照一定的规律把植物的根、茎或者枝干捆扎为整体种植[2]、扦插或者掩埋在河坡上，在植物生长过程中，植物枝叶可以截留雨水、增加入渗量、减少护岸表面径流，减轻雨水对河坡冲刷，避免面蚀和沟蚀，植物根系可以增强护岸土壤的凝聚力，提高岸体的抗剪强度，加固和稳定边坡。

对水流流速快、水位变幅大、岸坡坡度较陡河段，堤岸边坡土壤的抗冲抵抗力远远小于冲刷力，易发生边坡失稳，甚至引发大体积的崩坍，单纯采用植物防护抗冲能力不足，需结合生态材料进行河岸防护。生态材料具有抗冲能力强、整体性好，耐腐蚀耐老化，适应地基变形能力强等优点。植物措施与生态材料措施相结合，发挥生态材料的抗冲作用和植物的生态修复作用，在保证边坡安全稳定的同时，改善河岸生态环境，达到人与自然和谐相处的目的[3]。

2 生态护岸设计原则

生态护岸设计要综合考虑河道的防洪排涝要求，并兼顾河道功能形态、生态景观、工程占地和地域历史文化等因素。河道不同河段护岸应结合具体需求，因地制宜考虑不同形式护岸交替布置，在弯道水流顶冲部位，应采用抗冲性较强的生态材料型护岸，而对于水势平缓河段，尽量采用生态型较好的自然性护岸。护岸的结构、选型和材料繁多，包括自然草木类、土工合成材料类、生态混凝土类、植生挡土墙类。其各自的水力特性和适用条件亦不相同。河道生态护岸形式选择应符合以下原则：

安全性：护岸结构起到防洪和保证边坡稳定的作用，其安全性和稳定性是护岸结构设计最关键原则。在设计工况下，护岸必须满足水流的抗沖要求，保证边坡的稳定，保护提防的安全和河势稳定。

生态性：生态护岸需要建立具备生物生存环境且开放的护岸生态系统，并保证该系统能够自我运行和自我修复，实现一种水体与岸体、水体与生物相互涵养状态，为动植物、微生物创造良好的河岸带生态环境。

景观性：生态护岸需营造趋向自然、原生态的景观效果，体现自然生态景观的和谐感，有较好的观赏性，能够与岸边植物构成带状水边景观，实现“水清岸美”。

亲水性：生态护岸需营造人水和谐的河流环境，创造人水亲近的条件，提供丰富的亲水活动空间，增加滨水区间的开放性和可达性。

3 生态护岸主要类型

根据使用材料的不同，生态护岸可分为全自然护岸、半自然护岸和多自然护岸[4]。

3.1 全自然护岸

全自然护岸指单纯利用植物措施保证河坡的稳定，通常以湿生、水生为主，乔灌草组合充分发挥各种植被的生长特性，利用植物本身水力学效应和根系的力学效应来抵抗冲刷，达到固土保土和岸坡绿化目的，实现安全与生态双重目标[5]。全自然状态下护岸，对河坡原有的生态平衡体系影响较小，能为多种物种提供繁殖和生存的栖息地，自然融合能力强，但抗冲刷能力较弱，适用于防洪需求较低的河段。常见的全自然护坡有植草护岸、柳枝护岸、挺水植物护岸等形式。

植草护岸常用于水流流速慢、边坡较平缓、防洪需求较低的河道。由草皮覆盖的岸坡当雨水形成径流通过时，可有效地保护土壤的土颗粒不随径流流失，且植草根系的繁衍，具有加筋作用能固定草根间的土壤，使岸坡土体更加稳定[6]。植草护坡与灌乔木配合能发挥更显著作用。

柳枝护岸是传统治河方法中最一般、最常用的方法。主要因为柳枝耐水性强；易成活，生长迅速，可扦插繁殖；柳枝柔顺，能适应水流；繁茂的枝条为路上昆虫提供生息场所，浸入水中的柳枝、根系还为鱼类产卵提供场所。柳枝护岸在北京永定河和凉水河的治理中得到广泛应用。

挺水植物用于护岸时，又被称为露出型、出水型和沿岸型水生植物，常见的有芦苇、荻、宽叶香蒲、棒状灯芯草和衰衣草等。挺水植物繁殖浓密的茎叶能抵抗、减弱水流对岸坡的冲刷，根茎能发挥有效的固土作用，沿河道边岸水线形成一个保护性的岸边带。挺水植物来源广泛，易繁殖，造价低，广泛应用于水势平缓的河道。

3.2 半自然护岸

半自然护岸是利用工程措施将植被与木材、石材等自然材料相结合，发挥不同材料的优势，既起到保护、加固岸坡的作用，又能改善岸坡生态环境。较全自然护岸结构，由于木材与石材等材料的框架和加固作用，使岸坡的稳定性和抗冲刷能力得到了大幅度的提高，防护作用立竿见影。常见的半自然护岸形式有木桩护岸和抛石护岸。

木桩护岸是将木桩与植被、柴捆、填石等自然材料结合，达到固土护坡，稳定河岸和改善生态环境的目的。木桩护岸分为单排木桩、双排木桩和多排木桩等形式，将松木、柳木等木材制成一定长度木桩，倾斜或垂直打入地基，木桩的入土深度不应小于桩身长度的50%。木桩护岸抗冲刷能力强，透水性好，亲水性高，木桩间空隙能为水中动物提供庇护，也适合水边植物附着生长，有利于营造生态廊道和多层次生态栖息地，使水体、木桩和植载和谐统一；特别适用于景观要求高、蜿蜒曲折的河岸。

抛石护岸常用于石料丰富地区的河岸崩塌部位和水流顶冲部位，一般置于水下，具有容易抛投，适应性强，透水透气性好，亲近自然等特点。抛石高度如果高于水位则须逐层码放，石块间相互契合，保证抛石护岸的整体性稳定性。抛石护岸对原地貌改变较少，生态自然，可提供多样的滨水栖息地，生态功能整体性表现较好，适用于城郊和乡村对防洪要求底，却有生态环境要求的河道。

3.3 多自然护岸

多自然护岸是利用工程措施，将植物与生态混凝土、土工合成材料等生态材料相结合，形成具有较强抗冲蚀能力的护岸结构，实现防洪功能、生态功能和景观效果的共赢。常见的多自然护岸形式有生态袋护岸、生态格网护岸、土工网垫固土种植基护岸、生态混凝土护岸、多孔质结构护岸、自嵌式植生挡土墙护岸。

生态袋护岸是利用联结扣、加筋格栅、锚杆等构件把装满植物生长基质的生态袋按照一定规则牢固固定在河坡上，并在生态袋表皮上通过插播、混播、喷播和铺草皮等方法实现植物生长。生态袋之间、生态袋与护坡之间通过联结扣等专业配件紧密连接，并随着植物根系生长，发达的根系对生态袋和坡体结合起到进一步固定作用。生态袋护岸易于植物生长，生态环保，能适合任何坡度的边坡，施工简单快捷，一般适用于流速不大的河道。

生态格网是将表面镀锌或复合防锈处理的低碳钢丝采用特殊机械编织成六边形、绞合状网片，根据设计尺寸，组装成箱笼，装入块石等填充料，用于堤坡防护，并采用富有营养成分的土壤覆盖箱笼和填塞缝隙，以实现植物的自然生长。箱笼之间用同质材料绑扎联接，能适应地基或坡面的不均匀沉降；箱笼护岸可以做成直立砌体挡土，也可以平铺护坡，适应性强，并具有将强的抗冲能力，适合流速较大的河道。

土工网垫固土种植基护岸由固土网垫、种植土和植物种子組成。固土网垫是由多层网垫热熔黏结成的空间网垫，内部填充土壤作为植物的生长基，植物根系可穿过网垫生长，发达的根系可使植物、网垫和边坡牢固的结合在一起，提高了边坡的稳定性[7]。固土网垫柔韧，抗冲能力强，可适应不同坡度边坡，施工便捷，可由人工铺设，植物种植可采用水力喷播草种技术完成。土工材料护岸常用于水流流速小于5m/s的河流。

生态混凝土又被称为植被性混凝土，是能适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土，是由日本首先提出并运用在河道护岸方面[8]。生态混凝土由多孔混凝土、缓释肥料、保水材料和表层土组成，本质上是一种有着连续空隙，能保证水与空气通过的多孔混凝土，表层土铺设于多孔混凝土的表面，提供植被发芽初期的养分。生态混凝土具有生态环境功能优越，结构稳固，堤坡整齐美观，施工简便，取材简单，便于维护管理等优点，其可耐受的水流流速为4m/s左右。

多孔质结构护岸是指利用混凝土预制件、自然石等材料，组成带有孔状的适合动植物生存的护岸结构。多孔质构件稳定靠块与块间的嵌锁作用以及加筋体联接。生态孔为植物生长和鱼类繁殖提供场所，植物根系还具有固化护岸作用。多孔质结构护岸可以充分保证河岸与河流水体的水分交换与调节功能，保持了河道生态系统的完整性。

自嵌式植生挡土墙是由自嵌式挡土块块体、填土和加筋带构成的复合体，主要依靠块与块之间的嵌锁作用和加筋土重量防止边坡滑动和倾覆失稳，以达到稳定岸坡的作用。自嵌式挡土墙为柔性结构，适应变形能力强，抗冲刷能力强，施工便捷，造型美观，生态环保等优点，有效解决了传统挡土墙造价高、外形单一、生态效果差等问题，为挡土墙结构向景观化、生态化发展提供了新的途径。

4 结语

设计生态护岸的原则是保证河道防洪排涝的安全，改善水域生态环境，恢复河道的自然景观，改进河道亲水性，营造人与自然和谐相处的水环境。本文阐述了生态护岸的防护原理，归纳了生态护岸的设计原则，总结了常用的生态护岸类型，以期为河道生态护岸设计提供借鉴和参考。

（作者单位：北京市水利规划设计研究院）