河道生态治理中生态材料的应用研究

朱翔华

(灯塔市水利工作服务中心，辽宁 灯塔 111300)

0 引 言

一般地，传统的河道治理多选用修筑防护堤、硬化河道等护岸措施，以满足防洪排涝、行洪安全的目标要求[1]。在稳定岸坡、防止河道冲刷等方面这种治理方式发挥着重要作用，但也破坏了微生物、水生物的迁移通道和生存场所，水陆之间的连接通道被阻断，使得河流的自净功能逐渐下降，生态系统失去原有的平衡，水环境开始恶化。自1990年，生态技术逐渐被应用于河道治理。因此，以保护河道水生态环境和恢复河道生态多样性为出发点，以满足多功能开发和环境、资源可持续发展为目标，以经济性、可靠性和安全性为条件的生态河道建设，逐渐成为生态、生物、环境、水利等学科领域的研究热点[2]。

依据水生态文明建设目标和生态理念，现代河道治理要重视生态、社会和行洪排涝功能，充分发挥水系的生态、环境和资源功能，不断改善生物舒适性、河流安全性，从而实现人水和谐相处及河流系统良性循环[3]。如何选择适合的生态材料是实现河道治理目标的关键，这也是落实生态理念的重要内容。

实践表明，建筑材料、工程构造、河岸形式等因素与河道治理密切相关。为保证河流系统拥有完整的食物链，河道生态治理必须创造多样性的水生动植物生长环境，而实现物质交换、能量传递和完整食物链的关键就是选择合适的生态材料。因此，生态材料要符合生态、安全、景美等多功能呢要求，充分利用多孔质特性创造人水和谐的自然景观。

1 硬质与生态材料的比较

1.1 硬质材料

1)破坏景观环境。传统的河道治理比较注重行洪排涝、岸坡稳定等基本功能的实现，因此河道建设时普遍存在河岸河底硬质化、渠系化、断面规则化等现象。传统河道治理大多选用混凝土、浆砌石等抗冲能力强的硬质材料，由此构造的河岸耐久性和抗冲刷性好，行洪能力强且水流速度快，可以充分发挥稳定岸坡、行洪排涝等基本功能。虽然这种方式可以保证行洪安全，但硬质的浆砌块石边坡、挡墙生硬的阻断了水陆动植物间的交流，河流孕育生命的功能被潮起潮落留于岸坡上的污浊破坏，以往青翠、绿意的自然景观消失不见，现代工业文明使得满目青绿、碧波荡漾、鱼游浅底、大树庇荫的河流自然景观逐渐消失。

2)破坏水生态环境。硬质材料完全覆盖整个河岸表面，严重破坏了水生、陆生动植物原有的生存环境。此外，硬质边坡阻断了浅层地下水、地表水与河流之间交换，自然过滤与渗透功能的失去使得河水变得更加浑浊。硬质材料对水生态环境的破坏主要体现在：①采用水泥、石料等材料修筑的河道岸坡，大大降低了河流水质净化、水源涵养等功能，水生物种难以生存并进一步了加剧水体的恶化；②水流速度的加快使得部分水生物种被冲走，岸坡上天然植物的缺乏和水生物种的减少，不利于水鸟等野生动植物的生存；③河水温度受到阳光作用出现过大的变化，破坏了水系统平衡，特别是夏季高温季节易滋生病菌、蚊蝇等，使得河流发黑发臭和水污染加剧。

1.2 生态材料的特点

1)符合岸坡稳定要求。在确保河道行洪安全的基础上研究应用的生态材料，能够实现水资源调度、防洪排涝等基本目标，所以生态材料具备抗冲刷及边坡稳定的功能。

2)符合水陆系统交流的要求。生态河流是一个与周边生态系统密切联系、与周围生态环境物质交流交换的开放式系统，生态材料能够实现水流、地下与地表水系统间的交流互换。

3)符合水生动植物栖息要求。河流是一个持续优化、不断改进、自然循环的复杂系统，系统内存在着完整的生物链，不同生物能够互为食物，所以生态材料要创建一个适合水生、陆生、水陆两生动植物生长的栖息环境。

4)符合自然景观要求。人水和谐为现代河道建设的主要目标，在实现生态、资源等功能的情况下，河道生态治理还要符合景观要求。

2 常见的生态材料

2.1 加筋麦克垫

实践表明，植被是有效控制风力、水流等外在因素引起的平缓坡面水土流失的重要手段。加筋麦克垫是将聚合物丝原料按特定的缠绕方式，制成三维空腔开敞式且孔隙率不低于90%的柔性结构，其主要功能如下：为植被生长提供临时保护，有效抑制裸露土体的冲刷；此外，能够提供永久加紧作用，增强植被的抗冲作用。实际上，天然加筋材料有亚麻、黄麻、椰棕垫或柴排等多种植被，因其维持加筋时间较短而具有临时性特征，采用此类材料构造的岸坡质量并不均匀很容易出现薄弱环节。此外，使用惰性材料的加筋麦克垫提供的加筋时间较长，其服役年限比较久远属于永久性材料，并且能够实现高标准、工厂化生产，防护质量较均匀，其主要特点如下：

1)生态性好。符合生态治理总体要求，具有较强的加筋与植被再生功能，生态性较好。

2)成本较低。加筋麦克垫材料的使用能够大大节约水泥、石料的用量，其经济优势较明显，总体投资低。

3)安全性强。由加筋麦克垫构造的防护系统抗冲流速可达到4-5m/s，其自然渗透体系能够快速的消散因水位骤降而引起的孔隙水压力，从根本上避免崩岸的形成。

4)便于施工与连接。可以与水利工程其它结构牢固的联结为一体，整体性好、稳定性强。施工过程中不受天气变化的限制，无需投入大型机械和专业技术人员，所以能够明显加快施工效率。

2.2 生态石笼

生态石笼是指按照机械编织的方式，采用经特殊防腐处理且延性较好的低碳钢丝编织成箱笼，并填充石料的结构，见图1。生态石笼具有抗冲刷性好、挠性大等优点，石料间的孔隙为微生物、动植物、水土之间的联系创造了条件，并且具有一定的变形适应性。在孔隙内水生植物能够茁壮的生长，同时植物根系可以与土壤固结，有利于增强石笼抗冲性和稳定性，在一定程度上延长使用年限。

图1 生态石笼结构

为了防止钢筋腐蚀、锈蚀以及延长石笼使用寿命，可采用PVC涂层及镀锌层处理钢丝表面，结合实际工程要求可将石笼制成多种尺寸和形状，其存在的特点如下：

1)整体稳定性好。格网是利用专用机械编制而成的双绞网状结构，即使箱笼出现局部破坏也不会影响其整体性。采用适度变形的低碳钢丝将全部工程连接成整体，该过程不需要分缝，并且结构整体在出现不均匀沉陷时也不会产生严重问题或者裂缝。

2)透水性好。经过填充料的孔隙，可以将挡墙砌体后填土中的水排出，并且通过砌体能够快速的排出渗入墙后土的地表水，从而减少墙后地下水压力。

3)可变性更强。在新建生态护岸工程中，可以沿原护脚方向安装箱笼，墙身长度可以任意的增加。在墙身受力条件和地基承载力允许时，可在原墙身上继续叠砌，结合实际需要适当提高墙身高度。

4)易于维护。因在顺长方向石笼可以加设有隔板网，从而形成独立的立方体，当网格破坏导致某个立方体出现石块扰动而被水流冲走时，这仅仅是有限的、局部的口，加之双向交织的铁丝网能够有效的控制局部破坏进一步延伸，维修时只需将局部损坏的网格重新填满石料修补即可，所以维修较为简单。

5)施工方便、迅速。依据设计要求，可将网箱体工厂化制成半成品，按设计图在施工现场定型组装，并铺设在开挖好或整理好的基坑、土坡上，然后砌垒、铺设成挡土墙或护坡，经盖网加设、填充料灌入等完成施工。该过程具有便于机械化操作、受气候干扰小、操作便捷等特点，在加快工程进度的同时又能保证施工质量。

2.3 生态袋

生态袋是指用特殊的软体材料替代硬质石材、钢筋、混凝土等填充材料，由此形成的营养土可维持植物的生长需求，比较适用于软性边坡。这种特殊材料具有透水不透土的特殊功能，土壤中的水分可以自由的交换，但防止土壤、养分等填充物的流失以更好的维持植物生长。透过生态袋植物根系能自由进入基础土壤生长，类似于把土体与袋体用无数根锚杆连接，从而发挥再次稳固的功能，时间越久边坡稳定性就越强，这不仅减少了后期维护成本，而且生态袋具有裂口不延伸、不助然、无毒、抗老化、抗紫外线等特点，在实际工程中实现了零污染，具有广泛的应用前景。

2.4 植生型生态混凝土

植生型生态混凝土的主要构成材料有保水材料、表层土、多孔混凝土、难溶性肥料等，其中多孔混凝土发挥着重要的骨架作用，通常由粗骨料、细料、水泥、矿渣、硅灰等材料组成。无机人工土壤、苔泥炭、高分子吸水材料及其混合物等为工程中普遍选用的保水材料，在表面铺设表层土创造适于植被生长的环境，并提供生长初期所需的养分。植生型生态混凝土能够增强岸坡抗冲能力，其主要特点如下：

1)自然植物的生长有利于加速修复生态环境，激发土壤层生物活性恢复物种多样性。

2)自然结合的土壤与植物根系能够增强护坡斜面的牢固性，植物根系的生长可以加快松散土壤团粒化。

2.5 生态鱼槽砖

生态鱼槽砖是一种可以提供觅食、繁衍、避难、栖息等场所以满足水生生物生长需求的多孔质砖块，有利于实现水生、陆地一体化生态效果。

3 工程实例

3.1 围场河工程

在项目前期工作中，该工程就贯彻落实生态治河理念，力求与自然、生态、环保、低碳的和谐统一。在水位变动区拟设置防护以有效控制水土流失，以天然斜坡方式作为河道护坡类型；选择材料时，该项目详细的比较与分析了不同生态材料特性，并确定护坡结构为生态石笼，全段未使用传统的硬质材料。在各方面该项目均受到好评，并成为生态治河的典范被广泛的宣传推广。

3.2 高南河护岸工程

高南河护岸工程主要包括人工湖建设和生态护岸治理等内容，治理段长5km，通过实施治理以充分发挥防洪排涝功能。由于该工程位于城市核心区，具有较高的生态景观要求，在施工过程中严格把控质量与选材关，最终成为游畅、景美、岸绿的典范工程。

护岸选型时综合考虑了沿岸的用地功能，结合不同的用地类型合理划分防护功能区，并选择下沉式、跳出式亲水平台等适用于各功能区的护岸型式。

4 结 语

河道治理中硬质材料存在一定的局限性，现已无法适应河道生态治理的要求，生态材料对于改善水环境、恢复水生态等发挥着重要作用，因此被成为维持生态系统的“生命体”。文章全面分析了硬质材料在河道治理中的不足，并结合实践工程提出生态材料的功能，归纳总结了常见的几种生态材料及其特点，可为其他河流生态治理和环境保护提供科学指导。