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    石笼网格宾网河道生态护岸研究

    文章出处:http://www.jgpvmcdf.com/人气:发表时间:2011-1-8 15:07:38
    摘  要:本文综合分析了采用石笼网格宾网进行河道生态护岸研究及发展趋势,分析了城市原有河道护坡结构对环境水利和生态水利的影响,并在吸取国内外有关城市河道整治和其他领域生态护坡经验的基础上,对河道生态护岸的设计进行了一些思考和探讨,供水利建设向环境水利和生态水利转化提供参考。
            20世纪90年代以来,随着我国城市化进程的加快,生态城市开始成为人们聚焦的一个热点,而在生态城市建设进程中,城市水环境综合整治是其中重要内容之一。水环境综合治理包括了裁污、清淤、护岸、绿化等内容,人们对水环境综合治理的污水截流、清淤、底泥处理、两岸绿化等方面的内容做了不少研究,对河道的护岸形式在生态方面的研究也有了起步。
           借鉴国外先进的治水理念,改变传统水利中片面强调防洪安全,对河道整治中的环境问题、景观问题、生态问题等给予重视,这样,河道两岸生态建设的新理念便成为一种需求。本文将对河道生态护岸的设计进行一些思考和探讨。
    1   生态护岸的定义和作用
    1.1 生态护岸的定义和特点
    生态护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸。它拥有渗透性的自然河床与河岸基底,丰富的河流地貌,可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换河调节功能,同时具有一定的抗洪强度。
    1.2 生态护岸的作用
    (1)滞洪补枯、调节水位
    生态护岸采用自然材料,形成一种“可渗透性”的界面。丰水期,河水向堤岸外的地下水层渗透储存,缓解洪灾;枯水期,地下水通过堤岸反渗入河,起着滞洪补枯、调节水位的作用。另外,生态护岸上的大量植被也有涵蓄水分的作用。
    (2)保护和建立丰富的生态系统
    如果在河道中形成浅滩和深潭,把岸线也做成补规则的,即有宽有窄,使护岸有陡有缓,扩大水面和绿地,与岸边绿地、树林之间形成水、绿网络,增强岸边动植物栖息地的连续性,这样,就可以营造出多种多样的、丰富的环境条件,形成丰富、稳定的生态系统。从而,河流的自净作用也大幅度提高。
    (3)形成优美的风景
    生态护岸不仅可以与周围环境形成相协调的河道景观,而且可以通过保护和建立丰富的生态系统使河水清澈见底、鱼虾涸游、水草茂bv盛的自然生态景观。

    2   生态护岸的基本思想和发展趋势
    2.1 国内河道护岸现状
           传统的河道护岸往往是首先在满足河道防洪、排涝、蓄水等功能的前提下,着重于河道的浆砌块石或混凝土材料方面的结构设计,很少去考虑河道与周边历史环境、社会环境、生态环境及人文环境的统一,所以往往治理后的河道与周围的环境不相协调,而且河道的环境条件模式化,并使生物种类单一化,由此带来的环境问题也相当严重。
    我国《国民经济和社会发展第十个五年计划》中提出,必须重视生态建设和环境保护,加强自然保护区和生态示范区建设,保护陆地和海洋生物的多样性。人们在越来越注重城市环境和保护生物多样性的同时,也开始注重水利工程的环境问题,在有些堤防和护岸的结构设计中开始注入环境水利的设计理念,如有些堤防护坡开始采用石笼网箱填充石料,在做护坡,利用石笼网箱内填充的石头之间的缝隙,可以让杂草和其他植物很好的生长,依靠草皮良好的根系而使护坡具有一定的固土和抗冲能力,另外,在水土保持、防止坡地雨水冲蚀等方面也有一些应用。但总体说来,生态护岸在水利工程中的应用尚处于试验和研究阶段。

    2.2 生态护岸的基本思想和发展趋势
           从20世纪80年代后期开始,人们越来越关注与己休戚相关的环境问题。尤其是人口密集的城市,人们开始建造公园、公共绿地、整治河道水环境等来改善环境。生态护岸建设方法是目前比较流行的一种河道环境综合整治的新方法,它把水边作为多种生物栖息空间的核心,并把河流建设成尽量接近于自然的状态,创造出具有丰富自然并富有魅力的水边环境。
           日本是生态设计用于水利工程的较好的国家,其10年前就开始提出“新水”的概念,并且在生态护岸方面做了实践;荷兰也正在规划和建设21世纪的人与自然和谐相处的水环境。根据国外的实践,河道生态护岸建设的基本思想和设计原则及其发展趋势主要表现在以下几个方面:
    (1)自然环境、生态系统的设置:主要通过扩大水面和绿地、设置生物的生长区域和水质保护等实现;
    (2)水边景观的设计:通过设置建筑物来保证与周围环境的和谐以及保证水边景观的连续性、自然性;
    (3)亲水空间的设计:通过水边的台阶、缆绳、绿地、亭台等设施来实现;
    (4)循环型空间的设计:采用石笼网箱、格宾网挡墙,在其里面填充石头、砂子等天然材料的多孔性构造,控制废料的产生,尽量避免未来发生的处理问题及二次性环境污染问题。
    3   原河道护岸形式及其对环境与生态的影响
    3.1 原河道护岸形式
    长期以来,人们比较注重河道本身的功能,如行洪、排涝等,因此河道断面形式单一,走向笔直,河道护坡结构也比较坚硬,其主要考虑的是河道的行洪速度、河道冲刷、水土保持等。因此,河道的护岸结构主要采用浆砌石或干砌块石护坡,现浇混凝土护坡,预制混凝土块体护坡,或现在比较流行的土工模袋混凝土护坡等结构。
    3.2 原结构形式对环境与生态的影响
    原有的河道护岸和护坡结构形式是在一定历史条件形成的,它在约束水的行为,防止水土流失方面作出了较大成绩,为广大人民创造了一个相对安全的生活和发展空间.但是,其在对保护水的自然清洁和维持人与水环境的和谐方面影响较大。
    (1)对景观环境的影响
    整齐划一的河道断面、笔直的河道走向,固然是一种景观,但是它与现代人们追求的回归自然的景观需求不相一致。昔日的碧水涟漪、青草幽幽、白帆点点的景象被坚硬的护坡和挡墙破坏得无影无踪,这与现代城市对河道与周边无论现代或古典的建筑艺术的协调要求相差甚远。而且一旦这些结构遭到破坏以后,环境景观就更差了。
    (2)对人类生存环境的影响
    我们暂且不说护坡及挡墙内材料(包括碱化骨科)的水化反应、炭化反应及各种添加剂(如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等)在水中发生反应对水质和水环境的影响,就是让人们长期生活在这种灰色、生硬、没有活性的混凝土河岸边,人们的身心健康也会道到侵害。在这种结构保护下的河道失去了河道原有的水边环境和水环境的功能,人们失去了娱乐、休闲和亲水的好去处,城市也因之失去了灵气和精神。所以说,原有的护岸及护坡结构形式对人类的生存环境造成了较大的影响。
    (3)对生态环境的影响
    原有的护岸和护坡结构对河道坡面采取了封闭的形式,河道中的生物和微生物失去了赖以生存的环境,很难生存下去,因此河道的自净能力道到了破坏。同时各种水生植物也难以在坚硬的结构坡面上生长,各种水生动物也因失去了生存环境而无法生存。整个生态系统的食物链就因一层坚硬的护坡结构而断开,生态环境因此而遭到了破坏。更有甚者,有的河道护岸和护坡结构还采用了全断面护砌的结构,后果就更加严重,趋向就更加恶劣。
    4  生态护岸形式探讨
    河道生态护岸建设的理念可以表述为:我们人类以客人的身份区拜访自然(人类与自然的关系是客人与主人的关系),因此,不能按人类的意愿任意地去改变自然,即使在需要最小限度地改变自然的情况下,也必须努力地以其他形式去恢复自然或建设自然,以进行必要的补偿,这样,才有可能使人与自然做到和谐共存。下面就国内外一些经验和笔者的一些初步设想作一些介绍。
    4.1 设计要点
    根据国内外生态护岸的成功经验,结合各河道的特点,生态护岸的设计应兼顾如下原则:
    (1)生态护岸应满足河道功能河堤防的稳定要求,并降低工程造价;
    (2)尽量减少刚性结构,增强护岸在视觉中的“软效果”,美化工程环境;
    (3)进行水文分析,确定水位变幅范围,结合植物调查结果,选择不同区域和部位的合适的植物;
    (4)应合理的利用石笼网箱的多孔性构造,为生物提供一个安全的生长空间;
    (5)尽量采用自然的材料,避免二次环境污染;
    (6)布置建筑物时考虑人们的亲水要求。
    4.2  生态护岸设计
    (1)自然原型护岸 
    自然原型护岸的做法通常采用发达根系固土植物来保护河堤及生态。
    发达根系固土植物在水土保持方面有很好的效果,国内外对此研究也较多。采用发达根系植物进行护岸固土,既可以达到固土保沙,防止水土流失,又可以满足生态环境的需要,还可进行景观造景,在城市河道护岸方面可以借鉴。
    固土植物可以选择的主要有沙棘林、刺槐林、黄檀、池杉、龙须草、金银花、油松、黄花、常青藤、蔓草等等,可以根据该地区的气候选择适宜的植物品种。
    采用植物保护河堤主要用于小河、溪流的堤岸保护和一些局部冲蚀的地方,以保证自然堤岸特性。如种植柳树、白杨等具有喜水特性的植物,由它们发达的根系稳固土壤颗粒增加堤岸的稳定性,加之柳枝柔韧,顺应水流,可以降低流速,防止水土流失,增强抗洪、保护河堤的能力。这种方法从工程角度上来讲比较简单,当河岸较陡时可辅助采用土工织物固坡。
    (2)人工自然型护岸
    人工自然型护岸做法不仅种植植被,还采用天然石材、木材护底,如在坡脚设置各种种植包、采用石笼或木桩等护岸,斜坡种植植被,实行乔灌结合,固堤护岸。在此基础上,再采用钢筋混凝土等材料,确保大的抗洪能力。
    (1)格宾网与碎石复合种植基
    格宾网与碎石复合种植基主要由镀锌或喷塑石笼网箱装碎石、肥科及种植土组成。镀锌石笼网箱与碎石复合种植基一个最大的优点就是它比较适合于流速大的河道,抗冲刷能力强、整体性好、适应地基变形能力强,又能满足生态型护岸的要求,即使进行全断面护砌,生物与微生物都能照样生存。国外在这方面已有较多工程实例。铁丝网笼可以做成不同形状,既可以用作护坡,又可以做成砌体挡土堵。
    (2)土工材料固土种植基
    土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基、土工单元固土种植基等多种形式。
    土工网垫固土种植基主要由聚乙烯、聚丙烯等高分子材科制成的网垫和种植土、草籽等组成。固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成,在多层网的交接点经热熔后粘接,形成稳定的空间网垫。该网垫质地疏松、柔韧,有合适的高度和空间,可充填并存储土镶和沙粒。植物的根系可以穿过网孔均衡生长,长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起。
    土工格栅固土种植基主要是土工格栅进行土体加固,并在岸坡上植草固土。土工格栅是以聚丙烯、高密度聚乙烯为原料,经挤压、拉伸而成,有单向、双向土工格栅之分。设置土工格栅,增加了土体摩阻力,同时土体中的孔隙水压力也迅速消散,所以增加了土体整体稳定和承载力。而且,由于格栅的锚固作用,抗滑力矩增加,草皮生根后草、土、格栅形成一体,更加提高了岸坡的稳定性。
    土工单元固土种植基即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片状材料经热熔粘接成蜂窝状的网片整体,在蜂窝状单元中填土植草,达到固土护坡的作用。

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