長江中下游生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展趨勢淺析

1、長江中下游生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展趨勢淺析姚仕明 岳紅艷· 2012-07-05 11:11:28來源：中國水利2012年第6期 摘 要：通過對長江中下游干流河道生態(tài)護(hù)岸工程現(xiàn)狀、需求及型式等的分析，探討了生態(tài)護(hù)岸的發(fā)展趨勢及其應(yīng)用前景，提出需要進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)護(hù)岸研究。要更加重視從生態(tài)角度加強(qiáng)對長江中下游干流河道崩岸與險(xiǎn)工段河段的綜合整治，同時(shí)還需開展對不同類型生態(tài)護(hù)岸防護(hù)機(jī)理、生態(tài)效應(yīng)、已實(shí)施護(hù)岸工程的生態(tài)修復(fù)技術(shù)及生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)規(guī)范等方面的研究。關(guān)鍵詞：長江中下游，生態(tài)護(hù)岸，水下護(hù)腳，水上護(hù)坡一、長江中下游干流河道生態(tài)護(hù)岸工程現(xiàn)狀生態(tài)護(hù)岸指的是利用植物或者植物與土木工程相結(jié)合，達(dá)到對河道坡

2、面防護(hù)目的的一種護(hù)岸型式。近年，隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們環(huán)境意識的增強(qiáng)和人類與自然界對高質(zhì)量環(huán)境的需求，迫切需要在河道護(hù)岸工程中采取新的工程結(jié)構(gòu)型式、施工工藝，以便提高護(hù)岸工程的綜合效果和整體技術(shù)水平。目前長江中下游干流河道實(shí)施護(hù)岸工程使用的材料、結(jié)構(gòu)型式也趨于多樣化，并開展了現(xiàn)場試驗(yàn)工程，其中有部分試驗(yàn)工程重視生態(tài)與環(huán)境因素，使護(hù)岸工程與河道生態(tài)相協(xié)調(diào)。另外，在長江重要堤防隱蔽工程三個(gè)未完工程中也安排了植物措施和非植物措施相結(jié)合的生態(tài)護(hù)岸型式等，如在下荊江觀音洲河彎段實(shí)施了引進(jìn)植物香根草、本地植物狗牙草和非植物措施生態(tài)混凝土護(hù)坡試驗(yàn)。上述護(hù)岸型式更有利于植物生長和生態(tài)維持：采用天然河流

3、中的卵石護(hù)岸時(shí)，有利于水下生物的棲息與環(huán)境改善，是比較理想的生態(tài)型的護(hù)岸材料。但目前有關(guān)長江中下游河道生態(tài)護(hù)岸工程的研究仍不系統(tǒng)，其實(shí)踐仍處于探索階段，還難以在未來河道治理和生態(tài)河岸建設(shè)中發(fā)揮指導(dǎo)性作用。隨著以三峽水庫為核心的長江干支流水庫群建設(shè)與水土保持工程的不斷實(shí)施，進(jìn)入長江中下游河道的水沙條件會發(fā)生較大變化，尤其是來沙將大幅度減少，會使中下游干流河道發(fā)生長時(shí)期、長距離的河床沖刷粗化過程，會對河勢及堤岸穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響，因此需要繼續(xù)實(shí)施護(hù)岸工程或加固工程。生態(tài)護(hù)岸需符合“維護(hù)健康長江，促進(jìn)人水和諧”的治江理念，在穩(wěn)定河勢、保障防洪安全的同時(shí)有效維持生態(tài)健康，并充分發(fā)揮景觀功能，這一新型護(hù)

4、岸技術(shù)研究已成為長江河道治理的重要研究方向。二、長江中下游干流河道護(hù)岸需求1.長江中下游河道近期演變特點(diǎn)（1）河道沖淤變化三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，長江中下游干流河道自上而下發(fā)生了長距離的沖刷.2002年10月至2010年10月，宜昌至湖口河段總體表現(xiàn)為“灘槽均沖”，尤其以枯水河槽沖刷為主，總體沖刷量為8.14億m3，年均沖刷量為1.22億m3，年均沖刷強(qiáng)度為12.82萬m3/km。分河段來看，枯水河槽沖刷主要集中在宜昌至城陵磯河段，而城陵磯以下河段相對較小。隨著沖刷的繼續(xù)進(jìn)行，長江中下游干流河道的沖刷幅度會加大，沖刷部位也將不斷向下游發(fā)展。（2）河道演變主要特點(diǎn)長江中下游干流河道流經(jīng)廣闊的沖積平

5、原，沿途各河段來水來沙和邊界條件均有所差別，在水流與河床的長期相互作用下形成了不同的河型。其中宜昌至枝城河段長約61 km，是山區(qū)河流進(jìn)入平原河流的過渡段，為順直微彎河型。枝城至藕池口的上荊江，長約172 km，為彎曲分汊型河道，河床組成主要為中細(xì)沙，其中枝城至江口段河床組成為礫卵石夾沙。藕池口至城陵磯的下荊江長約175 km，自然條件下屬典型的蜿蜒型河道，現(xiàn)已為限制性彎曲河道，河床由中細(xì)沙組成，卵石層深埋床面以下。城陵磯以下河道屬分汊型河道，兩岸地質(zhì)條件具有明顯的不均勻性，左岸多為廣闊的沖積平原，右岸多為山丘階地。河岸組成有土質(zhì)、土沙質(zhì)、沙質(zhì)和基巖質(zhì)等4類，以沙質(zhì)岸坡居多。兩岸分布有對河勢起

6、控制作用的、由山丘和階地出露的基巖組成的節(jié)點(diǎn)。河床組成一般為細(xì)沙和極細(xì)沙。按汊道平面形態(tài)不同，本河段分順直段、微彎形和鵝頭形三種汊道。三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，宜枝河段河床沖刷加劇，主要以枯水河槽沖刷為主，寬深比有所減小，但河道平面形態(tài)、深泓位置和河勢均保持相對穩(wěn)定，胭脂壩與宜都汊道段仍維持已有的主支汊格局，白洋彎道亦保持了較為規(guī)順的彎道形態(tài)，但南陽磧潛洲沙泓沖刷幅度大于石泓，位于白洋彎道的局部位置沖刷較大，最大沖刷深度超過7.0m。荊江自上而下有15個(gè)彎道，其中郝穴、調(diào)關(guān)、金魚溝、反嘴、七弓嶺、觀音洲等彎道為彎曲河床凸岸淤長消退的特點(diǎn)；其余均為彎曲分汊河段，表現(xiàn)為江心洲灘的分合和左右汊變化的特點(diǎn)

7、。由于彎曲河段凹岸均有護(hù)岸工程守護(hù)，三峽水庫蓄水運(yùn)用后凹岸平面形態(tài)基本穩(wěn)定，凸岸低灘和高灘雖有不同程度的淤長或消退，但整體來看，彎曲半徑較大的彎道凸岸邊灘仍相對穩(wěn)定，未發(fā)生明顯的切灘撇彎現(xiàn)象，但對于彎曲半徑較小的彎道或急彎段，彎道凸岸存在明顯的沖刷或切灘撇彎現(xiàn)象，導(dǎo)致局部的河勢調(diào)整：受彎曲分汊河段凹岸護(hù)岸工程（或天然節(jié)點(diǎn)）的影響，三峽水庫蓄水運(yùn)用以來該類型河段平面形態(tài)和深泓多數(shù)較穩(wěn)定，相對變化較大的有沙市河彎的老三八灘消失后形成新三八灘平面形態(tài)上的改變，公安河彎的突起洲、石首河彎的新生灘、監(jiān)利河彎的烏龜洲等平面形態(tài)也有一定程度的變化，其他如江口彎道的柳條洲和江口洲、涴市彎道的馬羊洲、熊家洲彎道

8、的孫良洲等平面形態(tài)和深泓均相對較為穩(wěn)定；與蓄水前類似，彎道間的過渡段仍是不穩(wěn)定的河段，如涴市彎道和沙市彎道間的太平口過渡段變化較大，但未發(fā)生深泓和灘槽移位現(xiàn)象，其他彎道間的過渡段主流有不同程度的擺動，引起過渡段的一系列崩岸和下游河勢的小幅調(diào)整，但均未達(dá)到改變整體河勢的程度。城陵磯以下河道距離三峽大壩相對較遠(yuǎn)，且自然條件下河道含沙量相對要小，其對上游水沙條件變化的響應(yīng)過程與幅度均相對要小，三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，城陵磯以下河道也遭受沖刷，但沖刷幅度要小，總體河勢變化不大。隨著三峽水庫蓄水進(jìn)程的發(fā)展，以及干支流水庫與水土保持工程的陸續(xù)建設(shè)，進(jìn)入長江中下游的水沙條件會發(fā)生進(jìn)一步變化，尤其是來沙的大幅度

9、減少，會造成長江中下游干流河道的長距離、長時(shí)間沖刷，進(jìn)而可能引起局部河段的河勢調(diào)整.加劇河岸崩塌現(xiàn)象與堤岸穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。2.河床持續(xù)沖刷過程中護(hù)岸需求分析（1）持續(xù)沖刷過程中的河岸穩(wěn)定性長江中下游干流河床邊界河岸部分除局部河段有瀕江的低山丘陵外，大部分河岸由厚度25100m的疏松沉積物組成，呈層狀，具有二元結(jié)構(gòu)特征。上層為河漫灘相的黏性土，厚430 m；下層為河床相的中細(xì)沙，厚度自數(shù)米至60余m。黏土和砂土的物理化學(xué)性質(zhì)有所不同，在水流作用下的受力特點(diǎn)和運(yùn)動形式區(qū)別也很大，其抗沖性有著明顯差別。水深為10 m時(shí)，細(xì)砂起動流速為0.7 m/s左右，而黏土則為2.7 m/s左右；水深為20 m時(shí)，細(xì)

10、砂起動流速為0.8 m/s左右，而黏土則為4.2 m/s左右：水深越大，兩者差別越大。天然情況下，長江中下游汛期近岸水深20 m以上，近岸最大垂線平均流速一般在3 m/s以上，最大估計(jì)達(dá)4 m/s.實(shí)測資料還顯示，中水位時(shí)，近岸流速達(dá)到1.291.59 m/s，這就說明，由二元結(jié)構(gòu)組成的長江中下游岸坡，上層黏性土在水流作用下難以被沖動甚至基本未動，而下層細(xì)砂則比較容易達(dá)到起動狀態(tài)。當(dāng)下層細(xì)砂遭受沖刷時(shí)，砂層坡度變陡，容易引發(fā)崩岸。在長江中下游河道二元結(jié)構(gòu)的特定地質(zhì)條件下，三峽水庫清水下泄將造成下游河道的長距離沖刷，目前實(shí)測資料表現(xiàn)出來的沖淤特點(diǎn)是枯水河槽沖刷最為嚴(yán)重，而這也將進(jìn)一步加劇二元結(jié)構(gòu)

11、河岸或洲灘的坡腳沖刷，將造成岸坡變陡并可能對堤防的安全帶來不利影響，加劇已有位置的崩岸或引發(fā)新的崩岸。三峽水庫蓄水運(yùn)用以來20032007年的實(shí)測資料表明，荊江干流河段發(fā)生較大崩岸險(xiǎn)情101處，年均發(fā)生崩岸險(xiǎn)情約34處，年均崩岸長達(dá)33.64 km。與蓄水前相比，三峽蓄水后崩岸險(xiǎn)情發(fā)生的頻次明顯增多，崩岸不僅發(fā)生在未護(hù)岸段，已護(hù)岸段同樣發(fā)生了崩岸，如石首河彎向家洲護(hù)岸段、監(jiān)利河段的團(tuán)結(jié)閘護(hù)岸段均發(fā)生了較大規(guī)模的崩岸。根據(jù)荊江河段主要險(xiǎn)工段典型斷面近岸坡度變化分析表明，三峽工程蓄水運(yùn)用以來，主要險(xiǎn)工段近岸斷面因水流沖刷明顯變陡，陡于1：2的斷面占統(tǒng)計(jì)斷面總數(shù)的比例增加明顯。因此，在三峽水庫蓄水后

12、中下游河道持續(xù)沖刷過程中，對護(hù)岸的首要需求就是要保證堤防的穩(wěn)定性，保障防洪的安全，而其實(shí)現(xiàn)，必須更加重視對二元結(jié)構(gòu)底部沙層的防護(hù)以及對已實(shí)施護(hù)岸工程的加固。（2）河道優(yōu)良生態(tài)維系從河道橫向上來看，河流生態(tài)系統(tǒng)可以劃分為水生和河岸帶子生態(tài)系統(tǒng)，河岸帶生態(tài)系統(tǒng)是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而連續(xù)性是河流生態(tài)系統(tǒng)重要特點(diǎn)之一。當(dāng)采用傳統(tǒng)的護(hù)岸工程，如混凝土和漿砌石護(hù)坡等將河岸人為固化，一定程度上隔絕了水生生態(tài)系統(tǒng)和河岸生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，不可避免地會對生物多樣性、生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生一定的不利影響。三峽水庫修建后，水沙過程變化加之河床沖刷，將進(jìn)一步降低河流的橫向連續(xù)性、破壞棲息地的異質(zhì)性，并減緩棲息地

13、的自然演替速率，對生物多樣性產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)新的治江形勢與任務(wù)要求，水利部長江水利委員會提出了“保障防洪安全、合理開發(fā)利用、維系優(yōu)良生態(tài)、穩(wěn)定河床河勢”的新時(shí)期治江四大戰(zhàn)略目標(biāo)。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)保意識的增強(qiáng)，護(hù)岸工程需要給人們提供一個(gè)見水、近水、親水的美好環(huán)境，重現(xiàn)大自然的勃勃生機(jī)，同時(shí)有助于生物多樣性和河流水質(zhì)的改善，因此，在長江中下游干流河道治理中，需要在保證河道護(hù)岸效果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)河道生態(tài)保護(hù)的目的。三、長江中下游干流河道生態(tài)護(hù)岸型式及其應(yīng)用前景1.河道生態(tài)護(hù)岸型式長江中下游的護(hù)岸工程一般以枯水位為界分為水上護(hù)坡和水下護(hù)腳。隨著三峽水庫蓄水進(jìn)程的發(fā)展以及干支流水庫與

14、水土保持工程的陸續(xù)建設(shè)運(yùn)用，長江中下游河道將處于持續(xù)沖刷過程，從保障堤岸穩(wěn)定和維持河道生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)性的角度出發(fā)，初步分析護(hù)坡和護(hù)腳的具體型式、材料及優(yōu)缺點(diǎn)。（1）水上生態(tài)護(hù)坡在長江中下游防洪工程建設(shè)中，江岸防護(hù)枯水位以上常見的護(hù)坡工程主要有干砌石、漿砌石、模袋混凝土、混凝土預(yù)制塊等結(jié)構(gòu)型式。但上述型式的護(hù)坡不具有生態(tài)及景觀功能。一是所用材料不具有環(huán)保效果：二是整體護(hù)坡人為隔斷了河岸生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，對生物多樣性產(chǎn)生不利影響：三是整體護(hù)坡區(qū)域?qū)儆凇叭斯ば汀焙拥?，景觀功能較差，與周圍環(huán)境難以協(xié)調(diào)。為了滿足水上護(hù)坡的生態(tài)功能，重建近“自然型”河道，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處，我國的護(hù)岸工程也

15、已開始向生態(tài)型發(fā)展，從維持生態(tài)、美化環(huán)境、改善水質(zhì)等方面加以考慮，形成了各種不同的生態(tài)護(hù)坡。目前常采用的結(jié)構(gòu)型式及材料主要有以下幾種。植被護(hù)坡通過在岸坡種植植被（草皮等），起到固土護(hù)岸的作用，與傳統(tǒng)的護(hù)坡工程相比，具有成本低、工程量小、環(huán)境協(xié)調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用于順直寬闊江面的兩岸、彎道的凸岸等水流條件較平緩的區(qū)域，在一些城市的親水景觀設(shè)計(jì)中也有采用，目前有向多層次和多樣化發(fā)展的趨勢。植被加筋護(hù)坡單純的植被護(hù)坡在抗水流、風(fēng)浪沖刷能力上十分有限，為了增強(qiáng)護(hù)坡的穩(wěn)定性，出現(xiàn)了植被加筋技術(shù)。通過土工網(wǎng)、生態(tài)混凝土現(xiàn)澆網(wǎng)格、種植槽或使用預(yù)制件、土工織物或編制袋（纖維袋）填土等方式，對植被進(jìn)行加筋，增

16、強(qiáng)岸坡抗侵蝕的能力，起到更好的防護(hù)功能。網(wǎng)籠或籠石結(jié)構(gòu)的生態(tài)護(hù)坡對于水流流速較大或河道深泓近岸的情況，可采用網(wǎng)籠或籠石結(jié)構(gòu)的生態(tài)型護(hù)岸工程，目前長江中下游河道采用的土工格柵、鋼絲網(wǎng)石墊等均屬于這一類別。柔性結(jié)構(gòu)的網(wǎng)籠或石籠，能適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷而不導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受破壞，基礎(chǔ)處理簡單，水下施工方便，籠石本身十分透水，不需另設(shè)排水，厚層鍍鋅以及用于腐蝕環(huán)境中的外加PVC涂層可保證網(wǎng)籠的長期壽命。網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)既能夠抵御水流動力沖刷、牽拽，又能夠適應(yīng)地基沉降變形，還可提供植物生長條件，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善生態(tài)和景觀。（2）水下護(hù)腳枯水位以下主要選用拋石、模袋混凝土、四面透水體框架、鋼絲石籠、砂枕（模）袋、混

17、凝土鉸鏈排等護(hù)腳型式，其中拋石在長江中下游河道中最為常見。拋石施工速度快，收效迅速，具有耐久性，能隨著河床的變形進(jìn)行自動調(diào)整。模袋混凝土具有整體性強(qiáng)、抗沖能力強(qiáng)、施工機(jī)械程度高、容易控制等優(yōu)點(diǎn)，但對河床平整度要求高，水下岸坡整修量大且定位較為困難.適應(yīng)河床變形能力差，造價(jià)較高。鋼絲網(wǎng)石籠的優(yōu)點(diǎn)是抗沖能力強(qiáng)、整體性和柔性好，能適應(yīng)河床變形，施工便捷，沉放到位準(zhǔn)確率高，能均勻地鋪蓋床面，保護(hù)岸坡不被沖刷，能較好計(jì)量，但一次性投資較大。一般適用于水深流急的重點(diǎn)險(xiǎn)工段加固和新的護(hù)岸工程，并適用于對河岸基礎(chǔ)加固，有效阻止凹岸頂沖和崩岸。四面六邊透水框架護(hù)岸具有結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件可以工廠化生產(chǎn)、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)

18、，當(dāng)水流流速較小時(shí)能降低近底流速，具有促淤作用，適用于崩岸速度較小、水流流速較小處的護(hù)岸和窩崩治理?；炷零q鏈排整體性好，可工廠化生產(chǎn)，機(jī)械化施工，但造價(jià)較高，需防止拋錨破壞。在岸線變化大、崩岸強(qiáng)度大、岸坡陡、地形變化復(fù)雜的岸段不宜使用。土工織物砂枕具有取材容易、工程數(shù)量和質(zhì)量較易控制、造價(jià)較低以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但砂枕在水深較大的情況下排列較亂，適應(yīng)河床變形能力差，同時(shí)還容易遭受拋錨破壞。以往多用于崩岸強(qiáng)度小、水流頂沖不強(qiáng)的岸段，在水流頂沖強(qiáng)的地段能否適用尚待進(jìn)一步探索。由于長江干支流水庫群的建設(shè)與水土保持工程的實(shí)施，長江中下游干流河道將處于持續(xù)沖刷過程，并以枯水河槽沖刷為主，因此對護(hù)腳工程

19、要尤為重視，在不影響工程守護(hù)效果的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分考慮其生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)。長江科學(xué)院新近設(shè)計(jì)的水下生態(tài)卵石籠或網(wǎng)膜卵石排，已在長江荊江河段的護(hù)岸工程中成功實(shí)踐，應(yīng)用效果良好。一方面，這種卵石籠或網(wǎng)膜卵石排結(jié)構(gòu)的柔性和透水性更為優(yōu)良，不僅能夠適應(yīng)一定的河床變形，而且石籠中的多孔隙構(gòu)造是生物易于棲息的良好場所，也適宜植物的生長。同時(shí)因卵石大都來源于天然江湖河道，可避免因開采石頭對環(huán)境造成的負(fù)面影響，減少使用工業(yè)耗能較大、廢氣排放較多的水泥，有利于環(huán)境保護(hù)與降低碳排放。2.應(yīng)用前景生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)階段及將來護(hù)岸建設(shè)的發(fā)展趨勢和新要求，它也預(yù)示著我國的水利工程建設(shè)已經(jīng)發(fā)展到“要還自然于河道”的一個(gè)重要?dú)v史階段

20、。就長約1 893 km的長江中下游干流河道而言，其水沙條件的變化、人類與自然界對河道治理提出的新要求，都使其綜合治理的任務(wù)十分艱巨，岸線守護(hù)的工作量也較大。顯然，生態(tài)護(hù)岸工程與傳統(tǒng)護(hù)岸工程相比，在保證防洪安全的前提下，還可維持生態(tài)，美化環(huán)境，改善水質(zhì)，因此，無論是從國家戰(zhàn)略層面的“生態(tài)文明”建設(shè)角度，還是從“維護(hù)健康長江，促進(jìn)人水和諧”治江新思路的具體實(shí)踐而言，生態(tài)護(hù)岸在未來必有廣闊的應(yīng)用前景。四、需進(jìn)一步開展研究的課題1.不同類型生態(tài)護(hù)岸工程的防護(hù)效果與機(jī)理目前已有生態(tài)護(hù)岸的研究多集中在植被的選擇與搭配、護(hù)岸材料的選擇、結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化等方面，對護(hù)岸效果與機(jī)理的研究還不多，需要加強(qiáng)這方面的研究。2.生態(tài)護(hù)岸工程的生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)由于護(hù)岸處于水陸交界地帶，具有非常活躍的物質(zhì)、能量和信息流動，比其他相鄰生態(tài)系統(tǒng)具有更為明顯的生物多樣性特征，同時(shí)，生態(tài)護(hù)岸對改善水質(zhì)也有一定的功效，因此今后應(yīng)該從物質(zhì)流動、能量流動和食物鏈關(guān)系及水環(huán)境等角度加強(qiáng)對其生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)的研究。3.長江中下游干流河道護(hù)岸工程生態(tài)修復(fù)技術(shù)長江中下游干流河道經(jīng)過新中國成立以來60多年的治理，實(shí)施了規(guī)模宏大的護(hù)岸工程，維護(hù)了岸線穩(wěn)定與防洪安全，發(fā)揮了巨大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。但隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷深入，人類與自然界需求的日益高漲，對沿岸生態(tài)與環(huán)境的要求愈來愈高，以往護(hù)岸工程在這方面考慮不夠，因此，需要研究以往護(hù)岸工程的