张蛟龙（辽宁省本溪市水务局水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪117000）



河道生态护坡关键技术及生态功能

张蛟龙
（辽宁省本溪市水务局水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪117000）

本文以某生态河道示范区工程为例，对河道生态护坡关键技术进行了研究。本工程主要采用了全系列生态护坡、土壤生物工程护坡以及复合式生物稳定护坡三类生态护坡技术，对生态护坡的生态功能进行了为期三年的生态监测，监测内容主要包括生态护坡完成后不同时间坡岸的生态稳定性和结构稳定性两方面。进而对监测结果进行了分析，监测结果表明：在监测的三年时间里，该工程的护坡植物长势良好，根系和新生枝叶均起到了明显的护坡作用，坡体土体的抗剪强度得到显著提高，生态护坡有效地控制了河岸土壤的侵蚀，提高了坡岸的结构稳定性；同时，生态护坡还很大程度上改善了河岸的生态环境，有利于本地植物快速恢复起来，增加了河道周边的生物多样性。

河道护坡；生态护坡；关键技术；生态功能

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.027

1 引言

河岸作为水陆交错地带在防洪抗灾、水土保持以及调节气候方面都发挥着特别重要的作用［1］。科学的河道生态系统可以使物质以适当的形式和速度通过界面区，有利于保持陆地的水土，同时，可有效避免河水“富营养化”问题的出现。河道生态护坡的主要目的是通过生态护坡的方式对受损的河岸生态系统进行重建，恢复其应有的生态功能［2］。目前我国有关学者对河道生态护坡进行了大量的研究，但大多只是停留在相关定义的具体阐述上，或只对生态护坡技术的应用方法进行研究，对于已完成的生态护坡工程的生态监控以及效果评估却很少涉及，因此，无法充分认识到这一技术的演变过程以及其生态功能［3］。本文对某生态河道示范区工程所采用的以植物为主要结构体的生态护坡技术进行了深入的研究，同时，通过长期的生态监测对生态护坡工程的生态功能进行了深入的分析。

2 生态护坡关键技术的选取与应用

根据国内外对生态护坡技术的研究理论与具体实践，可以将以植物为主体结构的生态护坡技术具体的分为三种类型［4］：全系列生态护坡、土壤生物工程护坡以及复合式生物稳定护坡技术。该工程在对工程区域详细勘察的基础上，结合河道的周边环境、水文地质条件、具体的功能定位以及不同生态护坡关键技术的应用范围等因素，对生态护坡关键技术进行选取。生态河道示范区（一）采用全系列生态护坡、土壤生物工程护坡以及复合式生物稳定护坡技术（柳枝扦插结合石笼护坡、柳枝扦插结合土工布复合护坡）；生态河道示范区（二）护坡技术以全系列生态护坡为主；生态河道示范区（三）主要采用土壤生物工程护坡（见表1）。

表1 示范区生态护坡类型

3 生态功能研究

从总体上看，生态护坡主要包含两个方面的生态功能［5］：一是加固河岸，增强河岸的结构稳定性；二是维护河流生态系统的健康，提高河岸的生态稳定性。该工程完工后即对生态护坡进行为期三年的生态监测，以对生态护坡工程的发展动态及生态功能进行科学评估。

3.1 监测指标与监测方法

（1）样带设置

监测过程采用固定样带法进行样地设置，即对不同类型的生态护坡均选取2～3个固定样带，样带从坡顶延伸向常水位，其宽度设定为1.0m，对每个样带的常水位、坡腰及坡顶进行动态监测。

（2）监测频率

在生态护坡植物的第一个生长季节对生态护坡工程每月监测一次，接下来的两个生长季则每年监测2次。采样用在连续晴天几天后进行。

（3）护坡植物的生长状况及生物量情况

对护坡植物新生枝条的高度、密度进行现场随机测定，通过随机挖掘规定数量的整株护坡植物进行新生根系长度测定，并通过相关室内试验测定护坡植物样品的新生枝叶和根系的生物量（干重）［6］。

（4）土体的抗剪强度、紧实度及含水率指标

分别在每个固定样带内随机设定15个监测点，在近常水位置、坡顶以及坡腰位置分别设置5个点［7］。为减少测量过程对土壤的扰动，监测中设定了科学的测量顺序：首先用W.E.T土壤3参数仪对土壤的含水率情况进行测定，然后用现场剪力测量仪测定土壤的抗剪强度，最后用简易紧实度仪对土壤的紧实度进行测定，测量位置应为地表以下约15cm处。

（5）河岸生物群落

监测过程中对植物的物种多样性、植物群落结构以及河岸生态环境等指标进行了分析研究。样带选取位置同土壤抗剪强度的测定位置，记录每个固定样带内植物的类型、覆盖度、密度、高度等情况，同时对样带内动物的种类进行记录。

3.2 监测结果分析

3.2.1 护坡植物生长情况及生物量分析

植物在护坡工程中有很好的护坡工程特性，在稳固坡岸中起到一定的积极作用。植物的枝叶所具有的降雨截留作用良好，同时其土壤增渗作用、径流延滞作用、蒸腾作用也特别的显著。植物的根系具有支撑坡体和固结土壤的机械效用。该监测过程中对采用全系列生态护坡以及土壤生物工程护坡的护坡植物的生长情况以及生物量情况进行了测定分析。

该工程采用的土壤生物工程主要包括灌丛垫、柴笼以及活枝扦插3种类型，前两种类型以杞柳枝为主要植物材料，活枝扦插所使用的植物材料是垂柳枝。使用的植物材料都是没有叶片和根系的新鲜枝条，将新鲜枝条安置在浅表层土壤中。工程完工两周后，柳枝首先萌芽，完工后的两个月时间里坡面的新枝大约每月增长7～10cm；新枝最快生长速率出现在5～10月期间，这一期间新枝大约每月增长35～45cm；10～12月气候变冷，新枝生长速率变慢，每月增长量大约为5cm。完工后10个月通过现场挖掘的方式测定柳枝的生长情况，结果显示柳枝和垂柳枝的新生根系的平均深度都在1.0m以上；新枝条的平均高度大约为1.7m，其中最高高度可达3.1m，新枝的盖度可达90%。综上，经过10个月的生长后新枝可以对坡岸起到很好的防护作用。

3.2.2 土体抗剪强度及含水率

生态护坡后坡体浅层土内会含有大量的植物根系，根系在土壤中的加筋作用提高了坡岸的稳定性。对于浅层土壤而言其抗剪强度是由根系和土体组成的复合体的抗剪强度，可直接反映出植物根系对土体的加固作用。不同类型生态防护的土体抗剪强度如表2所示。

表2 护坡的浅层土抗剪强度

经过对采集到的数据进行单向方差分析可见：生态护坡处理后的岸坡的土体抗剪强度与裸露对照岸坡的土体抗剪强度之间具有显著差异。在生态护坡工程完工后初期，各种类型的生态护坡的浅层土壤抗剪强度都不大，这是由于初期新枝根系尚未得到良好的发育，生态护坡正开始进行自生完善；完工后1.5年以及3.0年，测定的坡岸浅层土壤抗剪强度结果表明，随着生态护坡中植物的不断生长以及生态护坡系统的不断完善，各类生态护坡的浅层土体抗剪强度都随着时间的增长而不断增大，这一现象在坡腰以及常水位位置处表现更为明显，这两个部位的浅层土壤抗剪强度明显高于对照岸坡［8］。对于采用灌丛垫的生态护坡，其常水位和坡腰位置处的浅层土壤抗剪强度比对照坡岸的浅层土抗剪强度大2～7倍。采用不同方式的生态护坡的坡岸浅层土抗剪强度变化不同，从结果看采用灌丛垫护坡的浅层土壤的抗剪强度随时间增长最快，明显大于其他两种生态护坡浅层土抗剪强度的增长速率。

图1 浅层土含水率与抗剪强度相关性分析

经检测各类生态坡岸的浅层土壤的含水率大约在15～39%之间变化，浅层土壤的含水率对其抗剪强度有一定的影响。经过分析发现生态护坡浅层土壤的抗剪强度与其含水率呈显著的负相关（R2= 0.5154，P=0.001＜0.01）（如图1所示），呈现这一关系的主要原因是当土壤自身的含水率达到并超过某一数值时，土壤中便会产生过多的自由水，这些水分降低土壤颗粒之间的吸力，导致土壤的紧实度减小，从而降低土壤的抗剪强度。对于采用灌丛垫这一方式的生态护坡，新生得到密集植物滋生具有很强蒸腾作用，有利于及时将浅层土壤中过多的水分排出土体，从而提高土壤抗剪强度，起到更好的护坡作用。

3.2.3 生态护坡对生物多样性的影响

对于恢复重建已经退化的河岸生态系统而言，首要任务是恢复植物多样性并对其进行优化组合。护坡工程实施前，我们对该工程区域内的生物情况进行调查，该区域植被覆盖率低，在高度活动的斜坡上植物很难生长，生物多样性很低。生态护坡工程完成后，在第一个生长季节，坡岸植被得到很快的恢复，生物物种数量不断增加，施工完成初期生物树种量仅为2～3种，一个生长季后已达到14～18种。这一现象在采用活枝扦插与全系列组合护坡的生态护坡中表现的最为明显［9］。

在坡岸植被恢复的过程中，河岸生态环境也不断改善，这为野生动物的生殖繁衍提供了良好的条件，经调查当地的生物多样性得到明显好转。生态护坡工程完工后的第一年，现场调查过程中发现植物丛中已有泽蛙、双叉犀金龟、中华蟾蜍等动物栖息。护坡植物的根系周边生活着大量的土壤动物。生态护坡完成一段时间后，坡岸的植被逐渐恢复，当地的生物多样性得到明显改善。

4 结语

科学的河道生态系统可以使物质以适当的形式和速度通过界面区，有利于保持陆地的水土，同时可有效避免河水“富营养化”问题的出现。而河岸在其中发挥着不可忽视的作用，因此需加大对河道生态护坡关键技术的分析和研究，使其充分发挥生态功能，加固河岸，增强河岸的结构稳定性，维护河流生态系统的健康，最终实现其保持河岸的生态稳定性的目的。本文通过对生态护坡技术的研究表明，生态护坡有效地控制了河岸土壤的侵蚀，提高了坡岸的结构稳定性，同时改善了河岸的生态环境，增加了河道周边的生物多样性。

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1672-2469（2016）01-0082-03

2015-09-09

张蛟龙（1986年—），男，工程师。