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作者:王凱峰單位:白城市鎮賚縣水利局
河床穩定性的影響
我國大部分江河的河相關系因受密集的人工建筑物控制已失去了天然河道的河相關系規律,根據有關資料,其河相系數越大,河床穩定性系數值越大,說明泥沙運動越弱,河床抗沖能力越強,不易變形。河床不穩定系數值越大,說明枯水時露出邊灘越寬,亦即河寬越易沖刷變形。河床的蜿蜒特征有助于河相的穩定,然而由于人為地對河流進行裁彎取直,改變了河流的蜿蜒性,使河床穩定性降低,河流形態也就容易改變。近百年來,由于大規模的人類活動及波浪、洪水的共同作用,控制著江河灘地的走向,形成了岸灘槽平面發散的地貌形態。近年來,由于河道治理工程的影響又形成了上段沖刷、下段淤積的地貌。大量的底沙也被推移,形成了上游沖刷,下游淤積。下游一方面在近岸水域發育了多條貝殼沙壩;另一方面在緩流區堆積成江心沙洲。上游一方面泥沙被大量沖刷到下游,另一方面導致河岸坍塌變形甚至河流改道。
濕地功能退化
濕地主要包括沼澤、泥潭、水域帶等。濕地中的水體指水深不超過六米,可為靜止的,也可為流動的,可以是淡水,也可以是咸水。濕地因擁有許許多多的對人們有益的功能而被人們譽為“地球之肺”。大面積的濕地可以滯留洪水,延緩洪水過程,同時濕地中的水還可以減緩土壤的沙化過程。濕地中的植物不僅可以滯留沉積物,還可以分解轉化有毒物質,同時植物還可以轉化碳元素,減少溫室氣體的產生,改善生態環境。因此濕地是人類健康、可持續發展的必要物質基礎。然而自上世紀80年代以來,由于過度圍墾、魚塘開發、取土挖沙等人為的不合理開發,濕地面積明顯萎縮,濕地生境破碎化,濕地水體受到污染,生物多樣性下降,濕地功能退化。
水體污染嚴重
水體污染是指排入水體的污染物在數量上超過了該物質在水體中的本底含量和自凈能力即水體的環境容量,使水環境質量逐步下降,水體的使用價值降低從而導致水體的物理特征、化學特征發生不良變化,破壞了水中固有的生態系統,破壞了水體的功能及其在人類生活和生產中的作用。調查顯示,我國80%以上的河流受到不同程度污染,且有日益嚴重的趨勢。
水生生態系統遭到破壞
生態系統遭到破壞是指在一定的時空背景下,生態系統受自然因素,人為因素或兩者的共同干擾下,使生態系統的某些要素或系統整體發生不利于生物和人類生存要求的量變和質變,系統的結構和功能發生與原有的平衡狀態或進化方向相反的位移。水生態系統主要功能是生物生產力、能量流動、物資循環和信息傳遞。但近幾十年,由于人類受利益的驅動,大量排污、過度開墾、不合理工程建設,使得水生生物多樣性下降,水生生態系統退化。
生態護岸的方法
生態護坡的類型種類繁多,既可以應用到高速公路邊坡支護,也可應用到巖石的高邊坡支護。但就具體到河流生態護坡的種類有如下幾種類型:
1植被護岸
岸坡植被系統可降低土壤孔隙壓力,吸收土壤水分。同時,植物根系能提高土體的抗剪強度,增強土體的黏聚力,從而使土體結構趨于堅固和穩定。另外岸坡植被還可截留降雨,延滯徑流,消減洪峰流量,調節土壤濕度,減少風力對土壤表面的影響。岸坡植被系統通過攔截、蒸發蒸騰和存儲等方式來促進土壤水循環,促進土壤發育和表層活土的形成調節近地溫度和濕度以促進植物生長。因此岸坡植物能減少水流和波浪對岸坡的淘刷侵蝕,提供并改善多種生境,有助于水陸過渡帶的生態功能和生物多樣性的恢復。但園林綠化草皮和淺根系的植物只適用于水土保持和淺層土體的防護,不適合河道岸坡的侵蝕防護,對棲息地的修復效果也不顯著。同時對采用植被護岸的工程來說,工程初期要采取一些輔助措施進行臨時性的岸坡侵蝕防護。
2拋石護岸
拋石護岸措施在國內河道整治中應用的比較廣泛。拋石護岸在傳統護岸技術的基礎上結合了植被種植技術,在拋石護岸中種植植物不僅可達到堅強河岸,而且還可以改善河岸棲息地。如果經濟和施工條件允許,拋石不僅要粒徑大小合適而且級配要求合適。同時還應在拋石底部設置碎石墊層或土工布反濾層,這樣不僅以達到促於效果,而且為植物生長創造有利的條件。拋石護岸,技術簡單,材料來源充分,且能夠適應我國的大部分地區。拋石以后,由于拋石自身可以較大程度的變形,因此可以根據河岸和河床的形狀進行自我調整形狀。同時,石塊的粗糙程度比河岸本身大的多,可以增加河岸的糙率,減少波浪對河岸的沖刷。同時塊石的空隙也為河流生物提供了優良的棲息地。拋石后,還可以在石塊中種植植物,植物長成后可以成為一道優美的景觀,植物落葉也可作為河流生物營養物質的來源。
3梢料排(層、捆)護岸
梢料排是應用活枝條組成的排(層、捆)體結構,可有效減少河岸侵蝕,為河岸提供直接的保護層能夠較快形成植被覆蓋層,穩定岸坡。當河流中的洪水來臨是,梢料排(層、捆)的雜亂根系可以滯留泥沙和營養物質,當洪水退去,這些泥沙和營養物質為插條生根創造了良好的條件。當插條成活以后既可以構成景觀,也可以為河流生物提供優良的棲息地梢料排(層、捆)。
河流生態護岸的穩定計算與分析
1設計原則
在生態水利工程的設計中,建議遵循以下原則:1)工程經濟性和安全性原則;2)提高河流空間異質性原則;3)生態形同的自設計、自組織原則;4)景觀尺度及整體性原則;5)反饋調整式原則;結合護岸工程的特點和以上原則,在生態護岸設計中應按照岸坡穩定、正常行洪、表面異質、材質自然、內外透水、成本經濟的原則來設計。河流生態修復的目標是在滿足人類對水利需求的條件下,使水利工程對河流的生態系統不造成危害或危害最小,同時使水環境成為宜居環境。
2植物種類的選擇
植物種類的選擇對項目的成功與否至關重要。采用天然材料護岸,特別是植被措施護岸時,不同植物材料的有效性很大程度上取決于他們對水位和底土土質的適應性。根據不同水位,結合當地情況,可將河岸帶分為干燥、偶然泛洪區、潮濕、季節性泛洪區、沿岸水位變動區和淹沒區,在不同區域結合當地實際情況選取不同的植物種類。通常情況下,增加物種的豐富度會比單一使用一種更為有利。應該注意的是,現場或現場附近已有物種對護岸工程植物種類的選擇具有很好的參考價值。
3岸坡土體壓實度的控制
河道治理中,傳統設計方法是對河道或堤防岸坡的土體進行標準擊實試驗,根據土體的一系列物理、化學指標以獲得土體最佳的抗剪強度等一系列的力學指標。目的是保持岸坡土體自身在自重和受到外部荷載的作用下保持穩定性,不致發生深層和淺層滑動破壞。從植物生長的角度和壩體自身分析,土體壓實度過高對植物生長不利,過低對壩體穩定不利。因此,綜合考慮壩體壓實度不宜過高也不易過低。研究結果表明,當岸坡土體壓實度介于最佳干密度的80%~85%時,既能滿足岸坡穩定的需要,同時也可以滿足植物生長發育的需要。
總之,現代河道生態治理工程不單單是滿足人們對水的需求,同時也是改善和恢復河道生態系統的工程,是有利于保護自然環境和使社會發展可持續的工程,是以人為本和人與自然和諧相處的工程。