混凝土岸坡不仅破坏了河流的功能,还阻断了陆地生态系统和水生生态系统的联系和交流。随着社会的发展,岸坡生态恢复的研究受到了越来越广泛的关注。1968年,德国、瑞士等欧洲国家认识到传统的水利设计思想是导致河流岸坡自然生态系统受损的根本原因,开始对混凝土河岸进行生态修复,重新构建岸坡生态系统,通常采用拆除已建设的混凝土河岸的方法,将其改修成近自然的岸坡生态系统。1989年,日本开始意识到混凝土河岸对生态系统的影响,并开始探索对混凝土河岸进行生态改良的方法。
中国传统河道护岸工程仍然以混凝土或钢筋混凝土护岸为主,没有考虑工程建筑对河流环境和生态系统、动植物及微生物生存环境的影响。混凝土河岸隔断了陆地和水生两类生态系统之间的相互联系,改变了自然河流的生态功能和生态过程,导致许多河流出现了河岸植物消失、河流自净能力降低及鱼类等水生生物栖息地消失等一系列生态学问题。
岸坡生态恢复的原则是:规模最小化、外形缓坡化、内外透水化、表面粗糙化、材质自然化及成本经济化。其最终目标是在满足人类需求的前提下,使工程结构对河流生态系统冲击最小,即对水流的流量、流速、冲淤平衡、环境外观等影响最小,同时大量创造动植物所需的多样化栖息地。
岸坡生态恢复需遵循自然规律,重建的近自然环境,除了满足以往强调的防洪工程安全、土地保护、水土保持、环境美化、日常休闲等功能外,还需兼顾维护各类生物适宜栖息环境和生态景观完整性的功能,并在防洪工程建设和安全管理与河流生态保护和修复间寻找最佳平衡点。
它集现代水利工程学、生物科学、环境学、生态学、景观学、美学等学科为一体,打破传统护岸水泥三面衬砌整齐划一的格局,不再仅仅强调护岸的抗冲刷、侵蚀能力等,而是要求稳定性、景观性和生态性的有机统一。
岸坡生态恢复技术种类多样,应用时需因地制宜地订立具体方案,如土体生态工程技术、生态砖(鱼巢砖)等构件、石笼席、天然材料垫、土工布包裹、混凝土块、土工格室、间插枝条的抛石护岸、椰壳纤维捆、土框墙、三维土工网垫等。土体生态工程技术大多采用天然材料,主要有木桩、梢料层、梢料捆、梢料排、椰壳纤维柴笼及其组合形式,还可使用可降解的生物纤维编织袋等,在自然力作用下达到生态恢复和保护的目的。
图1 采用块石、松木桩、柳条和苜蓿为材料的岸坡生态恢复-施工完(张振兴摄)
图2 采用块石、松木桩、柳条和苜蓿为材料的岸坡生态恢复-恢复中(张振兴摄)
岸坡生态恢复的施工流程包括:①以工程安全性、生境多样性为主要原则确定修复目标。②施工前调查,对施工区气候条件、水文条件、土体物理和力学性质,本地种、生态补偿方案等开展调查和预设计。③选择植物种类时务必混种本地种。④设计反滤层,针对不同岸坡结构设计需要,确保岸坡工程的保土性、透水性、防淤堵性及强度等。⑤岸坡稳定性分析,实施基于根系加筋原理的抗剪强度测量、基于非饱和土理论的抗剪强度测量、基于莫尔强度包线的抗剪强度测量。⑥工程后期监测和评价,对岸坡稳定状态、上下游地貌影响、洪水时岸坡状况、岸坡栖息地效果、植被覆盖情况开展工程后期监测和评价。
只采用乔灌混植,发挥乔木与灌木自身生长特性,充分利用高低错落的空间和光照条件达到最佳郁闭效果;同时利用植物舒展而发达的根系稳固堤岸,增强其抵抗洪水、保护河堤能力。此法需种植根系发达的固土植物,如柳树、水杨、白杨及具有喜水特性的芦苇、野菱白、菖蒲等。
采用植被和石材、木材等天然材料,在岸坡水下部分进行加固以增强堤岸的抗冲刷能力。此法不仅可提高整个护岸的抗冲刷能力,木桩、块石间的缝隙还为水草留下生长空间,也为鱼、虾等水生生物提供了栖息场所。
在自然型的基础上采用混凝土、钢筋混凝土等材料以加强抗冲刷能力。较自然原型护岸和自然型护岸具有更强的抗冲刷能力,可抵御更大的洪水,同时也具备其他生态护岸所共有的生态效应、景观效应和自净效应。是使用最为广泛的生态岸坡恢复方法。