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农村河道生态护岸的常见类型与应用对比
摘 要:农村河道综合治理属于改善农村水环境、提高人居环境质量的关键部分。传统的刚性硬化护岸由于严重破坏了水土生态循环系统,已经逐渐被生态护岸技术所代替。本文主要研究农村河道治理中生态护岸工程的生态护岸技术,对植物和植被基质型、柔性透水材料型、刚性生态复合型三种常见的生态护岸技术进行了系统的整理。在此基础上,本文从抗冲刷水力学适应性、生态恢复和水质净化效能、建设成本和维护经济性三个方面,对不同的护岸类型做了详细的横向比较。研究认为农村河道生态护岸的选择不能一概而论,必须根据水动力条件、地质地貌和地方财政约束,采取因地制宜的组合方式来达到防洪安全、生态修复和经济效益最佳的目的。为农村中小河流和农田沟渠生态化改造提供详细的理论依据以及科学的选型参考。
关键词:农村河道;生态护岸;格宾石笼;多孔混凝土
引言
在过去的很长一段时间里,我国农村河道治理一直沿用传统的城市防洪思路,大量使用浆砌石、混凝土等刚性硬化材料来修建护岸。三面光的硬化处理方式虽然可以迅速阻止水土流失、河岸坍塌,但是它把水体和陆地生态系统之间物质交换、能量流动的通道完全切断了[1]。硬化河床会直接造成水体自净能力急剧下降,引发水质富营养化,破坏鱼类、两栖动物的天然栖息地,使农村水域生态系统不断退化[2]。
1 常见生态护岸类型及其技术特征
1.1植物与植被基质型护岸
植物与植被基质型护岸依靠植物根系的物理固土作用和基质的包裹作用来稳定岸坡,典型代表有生态袋护岸、植生毯技术等[3]。生态袋是由高分子聚合物、高强抗紫外线材料制成的,里面填充有适合植物生长的土壤和营养基质。袋体用锁扣系统层层叠在一起堆砌在河岸坡面上,形成有一定抗冲刷能力的柔性挡土墙。植物种子放在袋体内发芽生长,根系穿过生态袋扎入边坡深处,起到很强的锚固作用,从而提高岸坡的整体稳定性。植生毯是把植物种子、肥料、保水剂等按比例混合,用可降解的网垫固定在河坡上。此类护岸最大的优点就是可以迅速恢复河岸植被,造价低,施工简便,适合农村大量闲置劳动力参与。
1.2柔性透水材料型护岸
以格宾石笼(石笼网垫)和蜂巢土工格室为代表性柔性透水材料的护岸,在农村河道治理中起着承上启下的作用。格宾石笼是用高强度防腐钢丝编织成的多孔网箱,内部填入块石或卵石,堆砌成重力式挡墙或护坡。其力学性能可以适应河床地基微小沉降而不产生结构断裂,柔性最好。石块之间巨大的孔隙不但可以消能减波,抵抗流速达到每秒4米到6米的急流冲刷,而且给底栖生物、鱼虾提供了天然的避难所和产卵地。随着时间的推移,泥沙在孔隙里会自然地沉积下来,野生植物就会在其中扎根生长,工程结构和自然景观就实现了完美的结合。
1.3刚性生态复合型护岸
对于一些担负着重要的防洪排涝任务,并且岸坡比较陡峭的农村骨干河道来说,单纯使用柔性护岸很难达到抗滑稳定和防洪标准的要求。这时刚性生态复合型护岸就成为首选方案,典型代表是生态多孔混凝土护岸和连锁植草预制砖护岸。生态多孔混凝土采用特殊的级配技术,减少了甚至没有细骨料,使混凝土内部形成了大量的连通孔隙(孔隙率一般为 20%~30% ),并用富含高分子保水剂、缓释肥料的客土填塞孔隙。该种材料既有普通混凝土的高强度、极强的抗冲刷能力,又有植物根系穿透生长的空间,还能给微生物提供附着基质。连锁植草砖是用工厂化预制的高强度混凝土砌块,砌块之间用榫卯结构相互咬合而成的整体抗冲刷铠甲,砌块中空部分用来种植草本植物。
2 不同生态护岸类型的应用对比分析
2.1抗冲刷能力与水力学适应性对比
从水力学适应性上来说,三种护岸类型存在着明显的阶梯式差别。刚性生态复合型护岸的抗冲刷能力最强,结构致密、整体受力性好,能承受极大的水流剪切力,适合于流速大于每秒6米的陡坡河段或者泄洪闸下游的防冲区。柔性透水材料型护岸(格宾石笼)次之,其抗冲刷能力主要是由内部填充块石的自重和网箱结构的整体性来实现,可以有效地抵抗中高流速水流的冲击,依靠良好的透水消能效果来化解水流的破坏力,特别适合于农村河道复杂多变的流态和地基沉降。植物和植被基质型护岸的抗冲刷能力最弱,在植物根系还未完全发育成熟的工程初期,很容易被暴雨径流掏刷损毁。
2.2生态恢复效果与水质净化功能对比
从生态学角度来说,植物和植被基质型护岸的自然恢复效果最好。其结构本质上就是土壤和植物的集合体,没有硬质材料的阻隔,能最快地恢复河岸带的植被覆盖率,形成葱郁的滨水景观,对吸收农业退水中的氮磷营养盐有直接、高效的植物截留作用。柔性透水材料型护岸在生态恢复方面有“后发制人”特点,初期是裸露的石块,但是随着泥沙沉淀和水生动植物的定殖,其粗糙的孔隙结构会变成一个高度复杂的生物反应器,给鱼虾提供栖息地的同时,它表面附着的丰富生物膜也对降解水体有机污染物起着非常重要的长效净化作用。然而刚性生态复合型护岸虽然改善了传统混凝土的不透水性,但是其主要骨架仍然是高碱性的水泥材料,孔隙空间较小,深根系植物很难充分扎根,生态多样性丰富程度和长效水质净化效能仍然比前两种柔性护岸差。
2.3施工成本与后期维护经济性对比
在广大的农村地区,工程建设造价以及后期维护的经济性常常是决定护岸类型能否大面积推广的主要障碍。植物和植被基质型护岸由于材料轻便、就地取材、施工工艺简单,不需要大型机械进场,因此其初始建设成本在三者中最低。但是这类护岸在建成初期需要较高的人工养护频率(浇水、补种、除草等),一旦遇到极端天气很容易损坏,具有较高的重置风险成本。刚性生态复合型护岸(连锁植草砖),由工厂预制、大型吊装设备、物流、材料成本高,初期造价最高,但其结构十分坚固,后期结构性维护费用近乎为零。柔性透水材料型护岸(格宾石笼等)的经济性处于中间位置,其建设材料主要是钢丝网和块石,农村地区获取石料比较容易,施工技术要求不高,建成后不仅可以长期免维护,而且随着植被自然生长,结构会越来越稳固,具有全生命周期内很高的综合经济效益。
3 农村河道生态护岸的优化选择策略
面对农村河道千差万别的自然条件和资金情况,生态护岸的选型不能采取一刀切的方式,应该按照因地制宜、因势利导的原则来组合优化。从空间布局上应该采用复式断面结构的配置方式。在常水位以下的深水区以及流速较快的坡脚处,应先设置格宾石笼等柔性透水材料护岸或者刚性生态复合护岸来保证坡脚的绝对抗冲刷稳定,在常水位到枯水位的变幅消落带,可以交错设置生态多孔混凝土和水生植物种植槽,同时兼顾抗浪蚀和生态修复,在洪水位以上边坡上大面积使用成本低、绿化效果好的生态袋或植生毯技术,形成纯天然的滨水植物带。
结语
农村河道生态护岸的建设,是水利工程哲学由原来的“以人为主、对抗自然”向“人水和谐、顺应自然”的转变。本文的横向比较发现,植物基质型、柔性透水型和刚性生态型护岸各有各的不可取代的力学优势和生态价值,但是也存在着各自的使用局限。在实际的农村水环境综合治理项目中,工程师和管理者要抛弃单纯工程的思维,把水文学、流体力学、土壤学和恢复生态学结合起来。
参考文献
[1]何平.装配式生态框护岸在农村河道整治工程中的应用[J].广西水利水电,2025(1):47-49.
[2]李静远.农村生态河道治理技术体系构建——以富水河北支北夏格庄段综合治理工程为例[J].农村科学实验,2025(13):46-48.
[3]金明星.基于农村河段生态护岸的设计和应用研究[J].水土保持应用技术,2024(3):56-58.
京公网安备 11011302003690号