长江中下游航道护岸水生植被修复技术

刘梦齐

（长江武汉航道工程局，湖北 武汉 430000）

护岸工程是天然航道治理中的一项重要内容，护岸工程以往多以混凝土、抛石等坚硬的物质为主，设计与施工中更加注重结构的安全性和防洪性，却忽略了护岸的美学价值、生态功能、河流生态完整性和水陆生态系统的连接能力。生态护岸是近几年来我国航道治理工程中一种重要的生态修复方式，随着相关工作的持续推进，建设生态化航道护岸已受到了越来越多工程方的重视[1]。生态护岸既能达到工程的设计要求，又能促进植物生长、生物交换、地表径流、地下水的流通，可以为改善滨水区生态环境的稳定性、生物的生存等创造良好条件。长江航道作为长江经济带的重要枢纽，是我国经济对外发展的“黄金水道”。但在深入此方面内容的研究中发现，目前对生态护岸的生态性研究主要集中在植被覆盖度、物种丰富度、微生物方面，而对其植被恢复状况的追踪研究却相对较少。为此，本文将在此次研究中，以长江中下游航道护岸工程项目为例，提出一种针对护岸水生植被的生态修复技术。

1 工程概况

为确保修复技术的实施达到预期效果，在开展相关研究前，对长江中下游航道护岸工程项目的基本情况进行勘察。根据勘查发现此次研究的项目位于武汉地区上游，距离武汉约180km，上游自杨林山起，下游自石码头终止，对应的中游部分里程在172km～210km范围内。

为选择适宜生存的水生植被，需要在掌握航道护岸的基本情况后，对该项目所在地的气象条件进行分析，明确项目所在地内普遍为丘陵和平原。长江中下游地区各地年平均气温差异很大[2]。其中，年平均气温受纬度的影响明显，由南部的19℃逐步向北递减至15℃；由于受季风影响，长江流域冬夏气温差异较大，尤其在长江中下游更为显著，1月气温最低，为2℃～8℃；7月最热达28℃～30℃，湖北南部、湖南、江西、江苏等地月平均气温接近30℃，是我国最热的地区之一。极端最高气温在长江中下游大多可超过40℃，以江西省修水站的44.9℃（1953年8月12日）为最高值，极端最高气温大多出现在7月下旬至8月中旬，极端最低气温全流域都在0℃以下，大多数出现在1月中旬至2月上旬。

长江中下游地区年降水量大于1600mm 的地区主要分布在江西、湖南部分地区。年降水量超过2000mm的地区基本分布在山区。各大支流水系平均年降水量为：洞庭湖水系1431mm，汉江904mm，鄱阳湖水系1648mm，太湖水系1177mm。受季风活动影响，各地雨季迟早不一。

2 水生植被修复技术

2.1 长江中下游航道护岸水上护坡抛石

掌握该工程项目的实际情况后，设计长江中下游航道护岸水上护坡抛石施工，通过此种方式，为护岸水生植被修复工作的开展提供良好的支撑。结合工程需求，此次水上护坡抛石工程量101794m3，选用船舶定位、运输等组合方式设计施工方案[3]。在此过程中，块石运输船舶应满足600t以上的作业需求。根据施工现场情况，本维修工程每个施工面投入1 艘定位船施工。

定位船在指定抛石区定位，运输船从一边泊停，同时，使用长臂式挖泥机进行抛掷，水凼内受施工区水域限制则采用短臂挖机抛投。抛石区的运输船被固定在定位器上，GPS 精确定位后，将其抛入抛石区。在抛石过程中，要加大对抛石的监测，以保证水下抛掷物的均匀性，在满足设计的条件下，利用GPS 进行绞移和定位。在完成一个断面的施工后，将定位船转动至下一断面，按照上一断面的施工步骤重复施工[4]。其中长臂挖掘机抛石与短臂挖掘机抛石示意图如下图1 与图2所示。

图1 长臂挖掘机抛石示意图

图2 短臂挖掘机抛石示意图

抛石采取块石运输船装运，机械定位抛投，抛石时应定位准确，每艘定位船采用双踪单显GPS 定位仪进行动态监测，保证抛石的到位率[5]。抛石过程中，采用GPS 或全站仪进行施工放样，鱼嘴外侧近岸区域使用图2所示的短臂挖掘机进行抛石，抛石行为应保证均匀性，石块的到位率应〉90%。当施工区工作面较大时，尽量使用长臂挖掘机进行施工。鱼嘴外侧抛石补坡时需考虑一定漂距，其中抛石的水平落距可按下式估算。

公式（1）中：Ld表示抛石水平落距，计算单位为m；Vf表示表面流速，计算单位为m/s；H 表示水深，计算单位为m；G 表示块石质量，计算单位为kg。采用定位船定位时，应根据抛石速度控制船体移动速度，避免漏抛或堆抛，采用机械抛石，其抛投高度应控制在水面以上一定范围内[6]。当设计抛石厚度超过一定厚度时，应分层抛投、分层检测，力求做到定位准确、方量足数。抛石后，对抛投区域及时进行水下地形测量，如出现漏抛和抛量不足应及时进行补抛。抛石船的定位和抛投在监理工程师旁站下完成，枯水季节露出水面的抛石，对不均匀的部分进行整理。

2.2 设计水生植被修复技术参数

完成上述设计后，结合长江中下游航道护岸的水文条件，按照下述图3所示的内容，设计护岸水生植被修复布置方案。

图3 护岸水生植被修复布置方案

在此基础上，设计各修复区域的技术参数，相关内容如下表1所示。

表1 水生植被修复技术参数

表格中（1）～（6）对照图3 中（1）～（6），按照上述方式，完成水生植被修复技术参数的设计。

2.3 航道护岸基底修复与生态恢复

在上述设计内容的基础上，可通过对航道护岸基底修复与生态恢复，实现对区域内水生植被的修复。

整治工程中，要尽量将原本陡峭、容易被冲刷的护岸区变得平坦，减轻风浪、水流等不利水文环境对滨水区生态恢复的影响[7]。同时，为了适应水生植物和敏感的底层生物的生长和繁衍，生态修复采用了演替学说，即在特定生境中，研究生态系统退化的成因和机理，运用生物、生态工程的技术和方法，根据人为的目的，选取合适的植物，构建生态系统和生态系统，实现土壤、植被和生物的同步恢复，使生态系统的结构、功能和生态潜能恢复到原来的或更高的水平。

在此基础上，利用水体质量、底质、水生生物、湖岸带等指标，对护岸修复区域的生态健康进行评价，确定水生植物存在的必要性和恢复潜力[8]。同时，利用生态恢复区的逆风岸坡改造和防潮防藻技术，对露滩、间歇性和非露滩的湿地生态环境进行改造。此外，利用护岸敞水区的生态调节技术，进行湿地区域植被的恢复和重建，实现在对资源综合利用的同时，提高植被的修复水平。

3 修复效果

上文从三个方面，以长江中下游航道护岸工程项目为例，提出一种针对护岸水生植被的生态修复技术。为实现对设计成果在实际应用中效果的检验，按照本文提出的步骤，对长江中下游航道护岸的水生植被进行修复。在此过程中，应明确所研究的河段位于中国地势第三级阶梯，属二级地貌区，地貌形态为堆积平原，间有湖泊和低山丘陵。由于受地质构造的影响，河道走向为西南至东北向。河段左岸属江汉凹陷，右岸属江南古陆和下扬子台凹陷。

本河段除局部为原生基岩外，大部分地区河床质由现代冲积层组成。南岸由丘陵阶地和河漫滩组成，北岸为冲积相大平原，河道两岸及河床第四纪十分发育，为长江河漫滩相和河床冲积相沉积。根据螺山水文站多年测验统计资料可以看出本河段的河床组成情况，河床质细沙占 59.3%，极细沙占 20.0%，河床质主要由细沙组成，其间夹杂有少量的粗沙和小砾石。本河段河床质年内变化呈汛细枯粗的特征，反映河床呈汛淤枯冲的变化规律。河床质中值粒径年际变化在 0.102 ～0.205mm 之间，平均粒径变化于 0.119 ～0.495mm 之间。断面构成如下表2所示。

表2 断面河床质组成

根据界牌河段钻孔资料分析，水道左右岸总体来看，上部为粉质粘土，厚度约 7 ～22.8m 不等，下部为中等偏高紧密度的中细砂。总体上来看，本河段滩体组成抗冲性弱，特别是三峡工程蓄水后，在清水下泄作用下更易受冲。

掌握该区域的实际情况后，参照本文提出的方案，进行长江中下游航道护岸的水生植被修复，修复过程中，先设计长江中下游航道护岸水上护坡抛石。根据实际情况，设计水生植被修复技术参数，通过对航道护岸基底的修复与生态的恢复，实现对水生植被的修复。

完成上述设计后，将修复区域中的水生植被物种均匀度指数作为评价指标，计算公式如下。

公式（2）中：J 表示水生植被物种均匀度指数；H'表示区域植被数量平均值；S 表示水生植物种类分类单元。设定J 的取值在0～1 之间，计算取值越趋近于1，说明区域内物种均匀度越佳，即植被修复效果越好。上述公式中，H'需要通过下述公式计算得到。

公式（3）中：P表示物种比例；i表示第i类水生植物；n 表示水生植物总和。按照上述方式，统计采样检测区域的水生植被物种均匀度指数。其结果如下表3所示。

表3 修复前后水生植被物种均匀度指数对比

根据上述结果可以看出，修复后水生植被物种均匀度指数接近于1，说明本文设计的修复技术在实际应用中的效果良好。

4 结束语

护岸区是陆域和水域的过渡区域，具有高度的空间异质性，可以为物质、能量等信息的频繁交流提供渠道。通常情况下，护岸区域的生物具有多样性，其生产力与生产水平都相对较高，同时，护岸对外部环境和水文环境的变化非常敏感，并且受人为因素的影响越来越显著。为提高护岸的生态性，本文通过长江中下游航道护岸水上护坡抛石、设计水生植被修复技术参数、航道护岸基底修复与生态恢复，完成了此次设计。旨在通过此次设计，改善区域的生态性能，丰富航道护岸生物物种。