日本河流生态护岸技术及其对深圳的启示

文章编号:1007-2284(2009)10-0106-03日本河流生态护岸技术及其对深圳的启示黄奕龙(深圳市水务规划设计院,深圳518001) 摘　要:护岸是河流生态系统的重要组成部分,当前传统硬化护岸的负面效应日益明显,促进了生态护岸的兴起。

日本的河流生态护岸改造比较成功,其主要生态护岸类型有自然型、半自然型与人工型,这些类型分别具有其适宜性和应用特点。

介绍日本的生态护岸技术,并探讨了生态护岸在深圳的适宜性。

关键词:河流;生态护岸;日本;深圳 中图分类号:T V212 文献标识码:AEcological Embankment in Japan and its Application in S henzhenHuang Yi -long(Shenzhen Wa te r Resource Planning and Desig n Institute ,Shenzhen 518001,China )A bstract :Riv er banks are an impor tant part of the river eco system .T he nega tive inf luence o f rig idificatio n material is significant ,which induces the develo pment of ecological embankment .This pape r intro duces the ty pes ,feasibility and char acte ristics of ecolog i -cal embankment in Japa n and discusses the feasibility of ecological embankment in Shenzhen .Key words :riv er ;eco log ical embankme nt ;Japan ;Shenzhe n 收稿日期:2009-05-15基金项目:深圳市水务局科技项目(SJ2005-216)。

作者简介:黄奕龙(1975-),男,副研究员,博士,研究领域:水生态、景观生态和城市生态。

传统的河流整治中,护岸大多采用混凝土和浆砌石等硬化材料,它们在保持岸坡结构稳定性的同时,对生态、景观等产生了不良的影响。

生态护岸就是在这一背景下产生的,它是指满足防洪标准要求的基础上,应用活的植物、非生命的植物材料和土木工程措施相结合构筑的透水透气的河流护岸[1-3]。

生态护岸除了具有护堤抗蚀的基本功能外,还在生态系统的营造、增强城市的生态景观、滞洪补枯、调节水位、增强水体的自净功能、河流生物过程等方面具有重要的作用[3,4],因此,生态护岸一经提出,便得到了极大的重视。

发达国家很早就进行河流护岸的生态化改造,如瑞士和德国在20世纪80年代末就提出了捆材护岸、沉排、草格栅、干砌石等生态护岸形式,在大小河流均有较多的实践[5,6];美国常用的有土壤生物工程护岸技术[7];日本在河流护岸整治方面师法欧美,并加以了改进,有植物、干砌石、石笼、生态混凝土等护岸技术,在河流整治中取得较大成功[5,6]。

深圳市的河流主要为山区雨源性河流,与欧洲的河流有较大的差别,而与日本的河流特点相似。

因此,本项研究拟以日本为研究对象,探讨日本河流的生态护岸技术,提出深圳市的河流护岸改造建议。

1　日本常用生态护岸类型日本生态型护岸技术的发展已有半个多世纪的历史。

20世纪90年代初,日本又提出了“亲水”观念,开展了“创造多自然型河川计划”,在第9次治水一年计划中,对5700km 的河流采用多自然型河流治理法进行整治,其中2300km 采用植物堤岸,1400km 采用石块和木材护岸的自然河堤[8],从而把生态护岸技术充分应用于城镇河道建设中,并提出了多种生态型的护岸材料,概括起来有自然型、半自然型和人工型等三类生态护岸技术。

1.1　自然型生态护岸1.1.1　植物护岸植物护岸是日本第9次治水计划应用最广的护岸形式,达到总堤岸长度的40%。

植物护岸主要通过植被根系的力学效应和水文效应来固土保土,防止水土流失,满足生态环境建设的需要[9,10]。

按照不同的施工方法和施工工艺,可将植物护岸分为人工种草护岸、草皮护岸和液压喷播植草护岸。

植物护岸的坡度不宜小于1∶1.5,且不宜应用到长期浸泡在水下、行洪流速超过3m /s 的迎水坡面和防洪重点河段。

为了增加护岸的抗冲刷能力,在自然植物的基础上发展活体枝条捆或活体木桩(柳枝为主)等新型的植物护岸形式,用枝106中国农村水利水电·2009年第10期条进行土体固定,可以运用在坡度小于1∶2～1∶1.5的边坡。

1.1.2　干砌石护岸干砌石主要由单个石块砌筑而成,依靠自身的重力和石块接触面之间的摩擦力来维持稳定。

砌石时要砌放平稳,砌缝密合,石块相互挤紧,外形平整,砌好后的石块间隙常用石片塞实捣紧,使之相互结合形成一个整体。

干砌石边坡比可为1∶1～1∶1.5。

干砌石护岸在日本有广泛的应用,仅第9次治水计划中就有近30%的护岸采用了干砌石护岸。

日本土生川是比较典型的案例,河流过水断面窄小,流经市郊,流量80m3/s,河宽16.9m。

为了使土生川的河流护岸与周边环境和谐,形成鱼类栖息地,确保河岸植物的生长环境,使用从山上直接开采的石块做材料,采用了干砌石的护岸形式,并在施工中缝隙间种细柳等植物。

施工完成一、二年后,土生川恢复成良好生态系统。

1.1.3　原木格子护岸坡面很陡时使用粗原木、砌石及插柳条相结合的方法是较好的护岸形式,可以先在河流坡面上铺设可插种柳条的粗原木格子,在粗原木格子中填植物生长土袋。

原木格子护岸在日本也有较多的实践,如加纳川,河流的岸坡陡到了1∶1,河流流量32m3/s,河宽5m,采用原木格子护岸后,河流的生态恢复效果较好。

1.2　半自然型生态护岸1.2.1　石笼护岸石笼护岸有两类:石笼格网护垫和石笼格网挡墙。

石笼格网护垫是厚度为0.15～0.30cm的网箱结构,内填石块。

既可防止河岸遭水流、风浪侵袭而破坏,又保持了水体与坡下土体间的自然对流交换功能,实现了生态平衡;既保护了堤坡,又可增添绿化景观。

石笼格网挡墙是由厚度为0.5～1.0m的钢丝格网网箱叠砌而成的挡土墙结构,用于代替浆砌石及混凝土成为河流护岸挡墙,亦用于陡峭岸坡的保护,同时实现植被绿化、生态环境保护。

石笼格网挡墙的另一种形式是蜂巢挡墙,它是由六边形机编网线编织而成的蜂巢格网,内填石块的结构,蜂巢格网由六角形高镀锌线机器编织而成,具有防锈、防静电、抗老化、耐腐蚀、高抗压、高抗剪的特性。

该结构能够紧密地结合形成一体,具有延展性;具有高抗压性,柔性结构,具有很好的适应变形能力;能够有效地解决孔隙水压力带来的影响具有透水性;有强耐久性;导入了生态环境理念,具有环境保护作用,美化景观恢复河网的自然生态。

石笼护岸可用于流速大于6m/s的河流,然而由于石笼的空隙较大,如果只单纯地使用石笼,很容易形成植物无法生长的干燥贫瘠环境。

因此,为使植物尽快恢复,要给石笼覆土或填塞缝隙,最好采用松软且富含营养成分的表土,实现多年生草本植物自然恢复的目标。

1.2.2　半干砌石在日本的一些较大的河流,如本明川等,在河流生态恢复的过程中提出了要建造既能抵抗急流冲击,又能与自然河岸相近的护岸目标,为此开发了采用铺砌天然石的施工方法[5]。

施工中,考虑到使用巨石虽然不会被水流冲走,但与当地景观不和谐,故采用当地直径40～50cm大小卵石[5]。

然而,由于本明川的水流湍急,若采用干砌石护岸,护岸有被洪水冲毁的危险,若采用浆砌石护岸,生物无法生存。

为解决这个问题,提出用混凝土格加固卵石下部,建造半干砌石护岸的想法,半干砌石法可以是卵石一半被混凝土固定,另外一半悬空。

同时,在半干砌石护岸前部设置供鱼类和水生植物生长的石堆,卵石可以有一或多层的铺设方法,护岸上扦插柳枝。

应用这种护岸对本明川进行改造2年后,生态恢复效果非常好,植被茂密,水生态群落结构优化[5]。

既达到防洪,又确保生物生存,较好地解决了防洪和生态景观建设的双重目标。

1.2.3　土工材料护岸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[2]。

土工网垫固土种植基主要由聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、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,可充填并存储土壤和沙粒。

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。

固土网垫一般可由人工铺设,植物种植一般采用草籽加水力喷草技术完成。

土工材料护岸的可用于水流速度大于3m/s,但小于6m/s的河流,但一般不能用于河流的迎水面。

1.3　人工型生态护岸1.3.1　生态混凝土植被型生态混凝土由日本首先提出,并在河道护岸方面进行了应用[11]。

生态混凝土由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。

多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细沙和掺料组成,是植被型生态混凝土的骨架。

保水材料以有机质保水剂为主,并掺入无机保水剂混合使用,为植物提供必需的水分。

表层土铺设于多孔混凝土表面,形成植被发芽空间,减少土中水分蒸发,提供植被发芽初期的养分和防止草生长初期混凝土表面过热。

生态混凝土具有生态环境功能优越、取材简单、施工简便、堤坡整齐美观、结构稳固、基本不需维护管理等优点[10,11]。

植被型生态混凝土可耐受的流速为4m/s左右。

1.3.2　框格砌块护岸为了保护较大江河丰富自然环境的同时,提高沿岸防洪能力,框格砌块护岸提供了可能。

框格砌块护岸采用透水性强的框格砌块,在其上覆土,种植灌木和草本等植物。

覆土后,使护岸呈现自然的曲线形,为防止水边泥沙在植物未扎根前流失,用抛石、铺辊式植被和打木桩的方法进行加固。

框格砌块护岸在日本较大的江河护岸有较多的实践,如日本严木川,河流流量830m3/s,河宽63m,河水暴涨暴落,河岸宽阔。

由于其是湍急的山区河流,河水暴涨暴落,河道灾害极多。

采用植物护岸等自然护岸或半自然护岸难于满足要求,故采用了框格砌块护岸,达到防洪要求的同时,也具有较好的生态效果。

1.3.3　土壤固化剂高性能土壤固化剂在日本等国家应用于工程领域已经有30多年的历史,广泛应用于道路工程、土木建筑工程、环境保护工程、农田水利工程,各种污泥固化处理[2]。

固化剂以水泥主体掺入特殊的激发元素后制成的,其作用机理主要是固化剂中的水分子调节剂与土壤中的水分子形成化学键,对水分子有很强的吸附作用,利用土壤稳定固化,其中含有微晶核。