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生態建設和環境保護是21世紀人類共同關注的熱門話題,也是世界各國政府和人民為之不懈努力解決的焦點問題。基本建設的快速發展與生態環境的不協調,導致了人類賴以生存環境的生態破壞,同時也制約了社會經濟的可持續發展,對人類的生存和社會發展構成了威脅。因此,項目開發與環境保護兼顧是經濟可持續發展的重大課題,在工程建設中合理利用資源、保護環境、美化環境,是我們必須正視和認真對待的問題。
公路、鐵路、水利等工程建設與自然環境密切相關。其工程規模大、項目多、涉及面廣,土石填挖工程形成的大量土石邊坡,破壞了既有植被,對當地生態環境影響較大,以往通常采用單純的工程防護,如漿(干)砌片石、噴錨防護等,這些工程措施都導致原有植被破壞、水土流失、滑坡、邊坡失穩等一系列生態環境和工程問題。國家已經十分重視工程建設中的生態建設和環境保護,國務院下達了[2000]31號文件“關于進一步推進綠色通道建設的通知”,工程建設中的生態建設、環境保護已提上議程,這對整個工程建設的可持續發展戰略的實施起到了推動作用。
2.邊坡生態防護現狀
近十多年來人們開發出了多種既能起到良好邊坡防護作用,又能改善工程環境、體現自然環境美的邊坡植物防護新技術,與傳統的坡面工程防護措施共同形成了邊坡工程植物防護體系。
根據不同的邊坡土質條件,采用不同的施工方法和施工工藝可將邊坡植物防護技術分為:①人工種草護坡;②平鋪草皮護坡;③液壓噴播植草護坡;④土工網植草護坡;⑤OH液植草護坡;⑥行栽香根草護坡;⑦蜂巢式網格植草護坡;⑧客土植生植物護坡;⑨噴混植生植物護坡。各類邊坡植物防護技術的主要作用及應用條件各不相同。
2.1人工種草護坡
人工種草護坡,是通過人工在邊坡坡面簡單播撒草種的一種傳統邊坡植物防護措施。多用于邊坡高度不高、坡度較緩且適宜草類生長的土質路塹和路堤邊坡防護工程。具有施工簡單、造價低兼等特點。但由于草籽播撒不均勻,草籽易被雨水沖走,種草成活率低等原因,往往達不到滿意的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程,使得該技術近年應用較少。
2.2平鋪草皮護坡
平鋪草皮護坡,是通過人工在邊坡面鋪設天然草皮的一種傳統邊坡植物防護措施。具有施工簡單、工程造價較低等特點。適用于附近草皮來源較易、邊坡高度不高且坡度較緩的各種土質及嚴重風化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡防護工程,是設計應用最多的傳統坡面植物防護措施之一,但由于施工后期養護管理困難,平鋪草皮易被沖走,且成活率低,工程質量往往難以保證,達不到滿意的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失、坍滑等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程。近年來,由于草皮來源緊張,使得平鋪草皮護坡的作用逐漸受到了限制。
2.3液壓噴播植草護坡
液壓噴播植草護坡,是國外近十多年新開發的一項邊坡植物防護措施,是交草籽、肥料、粘著劑、紙漿、土壤改良劑上、色素等按一定比例在混合箱內配水攪勻,通過機械加壓噴射到邊坡坡面而完成植草施工的。其特點是:①施工簡單、速度快;②施工質量高,草籽噴播均勻發芽快、整齊一致;③防護效果好,正常情況下,噴播一個月后坡面植物覆蓋率可達70%以上,二個月后形成防護、綠化功能;④適用性廣;⑤工程造價低。目前,國內液壓噴播植草護坡在公路、鐵路、城市建設等部門邊坡防護與綠化工程中使用較多。
2.4土工網植草護坡
土工網植草護坡,是國外近十多年新開發的一項集坡面加固和植物防護于一體的復合型邊坡植物防護措施。該技術所用土工網是一種邊坡防護新材料,是通過特殊工藝生產的三維立體網,不僅具有加固邊坡的功能,在播種初期還起到防止沖刷、保持土壤以利草籽發芽、生長的作用隨著植物生長、成熟,坡面逐漸被植物覆蓋,這樣植物與土工網就共同對邊坡起到了長期防護,綠化作用,土工網植草護坡能承受4m/s以上流速的水流沖刷,在一定條件下可替代漿(干)砌片石護坡。目前,國內土工網植草護坡在公路、堤壩邊坡防護工程中使用較多,鐵路部門相對較少。
2.5OH液植草護坡
該項技術是國外近十多年新開發的一項邊坡化學植草防護措施。它是通過專用機械,將新型化工產品HYCEL_OH液用水按一定比例稀釋后和草籽一起噴灑于坡面,使之在極短時間內硬化,而將邊坡表土固結成彈性固體薄膜,達到植草初期邊坡防護目的,3~6個月后其彈性固體薄膜開始逐漸分解,此時草種已發芽、生長成熟,根深葉茂的植物已能獨立起到邊坡防護、綠化雙重效果,具有施工簡單、迅速,不需后期養護,邊坡防護、綠化效果好等特點。盡管OH液植草護坡具有理想的邊坡防護、綠化效果,但由于該技術所用的這種HYCEL_OH液還末能實現國產化,使得其工程造價較高綜合造價達40元/m2左右,故目前還無法推廣應用。只是在京九鐵路等個別工點進行了嘗試性試驗。
2.6行栽香根草護坡
香根草是近十多年才被人們“重新發現”的一種禾本科植物,具有長勢挺立,在3~4月內可長成茂密的活籬笆;根系發達、粗壯,一年內一般可深入地下2~3m;根系抗拉強度大,達75MPa,耐旱、耐澇、耐火、耐貧瘠、抗病蟲、適應能力極強等特點。行栽香根草護坡就是在土質邊坡上行栽香根草進行邊坡防護的一種工程措施,該技術充分利用了香根草的優良特征,具有顯著增強邊坡穩定性和理想的固土護坡功能,大有取代傳統片石護坡之趨勢。目前國內應用較少,還有待于在公路、鐵路、堤壩、城市建設等邊坡防護工程中進一步試驗推廣。
2.7蜂巢式網格植草護坡
蜂巢式網格植草護坡,是一項類似于干砌片石護坡的邊坡防護技術。是在修整好的邊坡坡面上拼鋪正六邊形混凝土框磚形成蜂巢式網格后,在網格內鋪填種植土,再在磚框內栽草或種草的一項邊坡防護措施。該技術所用框磚可在預制場批量生產,其受力結構合理,拼鋪在邊坡上能有效地分散坡面雨水徑流,減緩水流速度,防止坡面沖刷,保護草皮生長。這種護坡施工簡單,外觀齊整,造型美觀大方,具有邊坡防護、綠化雙重效果,工程造價適中,略高于漿砌片石骨架護坡,該技術多用于填方邊坡的防護。
2.8客土植生植物護坡
客土植生植物護坡,是在邊坡坡面上掛網機械噴填(或人工鋪設)一定厚度適宜植物生長的土壤或基質(客土)和種子的邊坡植物防護措施。該技術的特點是可根據地質和氣候條件進行基質和種子配方,從而具有廣泛的適應性,多用于普通條件下無法綠化或綠化效果差的邊坡。由于客土可以由機械拌和,掛網實施容易,因此施工的機械化程度高,速度快,無論從效率和成本上都比漿砌片石和掛網噴砼防護要優越,而且植被防護效果良好,基本不需要養護即可維持植物的正常生長。該技術在公路邊坡防護中已被大量應用,在日本等國家已經被作為邊坡綠化的常規方法加以應用。
2.9噴混植生植物護坡
噴混植生植物護坡,是在穩定巖質邊坡上施工短錨桿、鋪掛鍍鋅鐵絲網后,采用專用噴射機,將拌和均勻的種植基材噴射到坡面上,植物依靠“基材”生長發育,形成植物護坡的施工技術,具有防護邊坡、恢復植被雙重作用,可以取代傳統的噴錨防護、片石護坡等圬工措施。該技術使用的種植基材由種植土、混合草灌種子、有機質、肥料、團粒劑、保水劑、穩定劑、PH緩解劑和水等組成,其種植基材的配方是成功的關鍵,良好的配方能夠達到在陡于1∶0.75的巖質邊坡上既具備一定的強度保護坡面和抵抗雨水沖刷,又具有足夠的空隙率和肥力以保證植物生長。該技術已廣泛應用于鐵路、公路、水利等各類巖石邊坡綠化防護工程。
3.邊坡綠化工程中的難點問題
隨著邊坡植物防護技術的推廣應用,各類邊坡植物防護技術已發展成為公路、鐵路綠色通道建設中的重要組成部分,但也存在一些難點問題。
3.1邊坡植草的退化
在公路、鐵路等工程建設中,其邊坡綠化防護上投入的資金比例較低,在低投入、低養護或無養護情況下,邊坡草坪處于自生自養狀態,極易退化、死亡。因為人工種植草種生長較弱、品種單一,隨著時間的增長,在養分水分供應較差的邊坡上都會呈現不同程度的草坡退化現象,這是一個十分突出和嚴重的問題,若草被退化得不到解決,不僅造成重復建設、資金浪費,而且起不到邊坡綠化防護效果,最終可能會引起水土流失、坡面坍塌等許多不良后果。
3.2噴播時的植物種子配比與最終植物狀態
在較短的時間內把開挖的邊坡恢復到自然狀態,施工者將面臨:①植物種子的配比如何確定;②如何考慮當地自生優勢群落的結構特點進行種子配比;③如何確定噴播時的植物配比與最終形成的植物群落之間的動態關系。只有對這些問題作詳盡的調查研究分析,才能正確指導施工,否則邊坡的植物生長將無法實現人工強制綠化向原始植物群落的順利演替。
3.3干旱對土體很薄的坡面植物構成威脅
開挖后的巖石邊坡,巖石層厚、整體性好,坡體高陡,對邊坡進行植物綠化后,隨著時間的增長,秋冬季干旱、夏伏季炎熱,土體養分逐漸流失,土壤肥力降低,如何解決邊坡呈現的無土、缺水、缺肥的狀態及邊坡植被面臨的干、熱威脅,這將直接影響到邊坡最終的綠化效果和生態效益。
4.邊坡綠化工程可持續發展的著眼點
可持續發展,是指在人類與自然和諧的前提下,不斷提高人類的生活質量和環境承載能力,滿足當代人的需求又不損害對子孫后代的需求;滿足一個區域或一個國家的需求面又不損害其他區域或國家的需求。根據可持續發展內涵的要求,邊坡綠化工程中應著眼于與自然環境(生態系統)的協調性和環保生態功能,結合目前國內邊坡綠化防護工程現狀及問題,提出以下對策與建議。
4.1注重邊坡生態防護的設計與資金投入
在公路、鐵路設計與建設中,人們常將設計重點和大量資金放在它的工程功能及安全功能上,而生態功能的設計與投資力度不足,生態防護工程往往采取低價中標的方式,這種低投入、低質量的惡性循環,使邊坡生態環境發展不夠好,抗災能力不強等。應建立和加大公路、鐵路邊坡建設、養護和生態環境保護的專項資金,在設計上要深入細化,根據不同氣候條件、不同環境、不同區域結合具體情況單獨設計,注重落實邊坡的生態環境保護方案。
4.2邊坡植草退化的防治技術
防治邊坡草被退化的重要措施就是喬灌草相結合,盡量模擬出當地的植物群落結構,走向本地化。實際上國外已經開始流行以喬灌木為主的綠化方式。天然植被一般都是草木混生的,在較高的貧瘠土質或石質邊坡上,采用草灌結合的客土噴播或噴混植生技術施工,可以將草種和灌木樹種進行混播,早期以草坪防護為主,后期以灌木防護為主,構建喬灌草立體防護生態體系,達到恢復自然植被的目的。植物種子的選擇及配置應走本地化的道路,以地帶性植被、鄉土植物為基調,適當引進適于本地生長條件的野生植物和外地植物。同時也應考慮淺根植物和深根植物的結合、豆科植物與非豆科植物的結合,還要盡可能配置抗逆性強的植物和水、肥、光、熱利用率高的植物,這樣才能使植物更能適應當地氣候與自然植被融為一體,建設一個具有生物多樣性的穩定的、生命力強的立體生態群落。
4.3積極引進開發邊坡生態防護新技術
邊坡綠化工程中的難點問題,是對邊坡生態防護可持續發展和環境科學技術的挑戰,邊坡生態防護技術涉及到工程力學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、環境生態學等學科,必須不斷在這些理論領域有所突破,積極引進開發新材料、新工藝及配套施工機械設備,充分吸收新的科研成果、先進技術和工程施工經驗,注重國際和行業間的技術交流與合作。總之,提高邊坡生態防護技術的科技含量,是邊坡綠化防護工程成敗的重要環節。
目前在邊坡綠化防護工程中,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態防護施工技術;在邊坡綠化養護工程中,滴灌、滲灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有節約水資源、提高成活率、促進草灌木植物生長的灌溉技術;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、農菌及各種微生物肥料的應用,具有促進植物生根、生長和發育,提高植物的生理機能和抗逆性。在這些新技術的應用過程中,還有許多問題和工藝需要探討、改進,使其成本更低、操作更為簡單、效果更好。隨著邊坡生態防護各項科研技術的不斷深入,其各項新技術新工藝的應用將日趨完善和成熟。
5.結論
①在邊坡植物綠化防護施工措施中,根據目前的國情、機械化施工程度、適用性、經濟性和質量效果比較,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態防護施工技術,符合邊坡綠化工程可持續發展的理念,值得普遍推廣應用。
②正確的決策必須建立在相關科學研究的基礎上,在邊坡生態防護方面,針對難點問題有必要開展系列研究,加大這方面的科研投入,積極引進先進的技術和設備,鼓勵和扶持施工企業朝生態防護專門化隊伍方向發展,為徹底解決邊坡生態防護可持續發展問題提供堅定的基礎。
關鍵詞:防洪工程;生態護坡;內涵;技術;問題
防洪工程中的堤防、河道護坡是一項量大面廣的基礎設施,通過技術創新,來選擇和確立兼顧防洪、生態和節約的工程護坡形式,是水利工程設計和防洪建設的一大課題。人們在追求人與自然和諧相處的條件下,對生態護坡的要求越來越高。防洪工程生態護坡建設應樹立“尊重自然、恢復自然”的理念,使護坡工程與周圍環境融為一體。現將以可持續發展的觀點,就水利防洪工程生態護坡談幾點認識。
一生態護坡是防洪工程的發展趨勢
生態護坡是現階段人們在對水環境要求越來越高、追求人與自然和諧相處的歷史條件下,日益受到重視的。隨著我國經濟快速發展,生態與環境惡化日益加重,特別是嚴重的水污染引發了新的治水理念變革,為減少水質污染,與自然環境和景觀相適應的新型生態護坡形式脫穎而出,生態護坡是防洪工程發展的必然趨勢,對生態護坡的研究也不斷深入。
二生態護坡的內涵
生態護坡,是指“用活的植物.單獨用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結合,以減輕坡面的不穩定性和侵蝕”,其途徑與手段是利用植披進行坡面保護和侵蝕控制。目前,工程界更直觀地把它稱為“邊坡綠化”。生態型護坡是以保護、創造生物良好的生存環境和自然景觀為前提,在保證護坡具有一定強度、安全性和耐久性的同時,兼顧工程的環境效應和生物效應,以達到一種土體和生物相互涵養,適合生物生長的仿自然狀態。
三生態護坡的技術
我國生態護坡技術近期發展較快,形式多樣的生態護坡技術已經在北京,上海、廣州等經濟較發達城市的河道整治過程中得到應用。目前采用的生態護坡技術主要有:植被草、水力噴播植草技術、土工材料固土種植基、植被型生態混凝土、水泥生態種植基等。雖然它們起源時不一定用于河道護坡和護岸結構方面,但在防洪護坡使用上可以借鑒和參考。下面介紹幾種生態護坡技術:
(一)植物護坡。發達根系固土植物在水土保持方面有很好的效果,采用發達根系植物進行護坡固土,既可以達到固土保沙.防止水土流失,又可以滿足生態環境的需要,還可以進行景觀賞,在防洪工程護坡方面可以借鑒。城市河道用植物護坡也存在一些問題。護坡當年易被雨沖刷形成深溝,護坡效果差,影響景觀。長期浸泡在水下、行洪流速超過3m/s的土堤迎水坡面和防洪重點地段(如河流彎道)不適宜植草護坡。
(二)土工材料固土種植基護坡。土工材料固土種植基可分為土工網墊固土種植基、土工單元固土種植基等多種形式。土工網墊固土種植基,主要由聚丙烯等高分子材料制成的網墊和種植土、籽等組成。固土網墊是由多層非拉伸網和雙向拉伸平面網組成,在多層網的交接點經熱熔后牯接,形成穩定的空間網墊。該網墊質地疏松、柔韌,有合適的高度和空間,可充填并存儲土壤和沙粒。植物的根系可以穿過網孔均衡生長,長成后的草皮可使網墊、草皮、泥土表層牢固地結合在一起。另外,現在又出一種土工單元固土種植基,即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片狀材料經熱熔粘接成蜂窩狀單元中填土植草達到固土護坡的作用。土工材料固土種植基護坡形式也可以采用混凝土、石籠等做成外框來增加坡面穩定性,雖然比單純植物護坡抗雨水沖刷效果好一些,但還是難以抵御較大洪水侵蝕,還不能應用到堤防迎水坡面。
(三)植被型生態混凝土護坡植被。該型生態混凝土由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、適量的細摻和料組成,是植被型生態混凝土的骨架,具有較高透氣性,在很大程度上保持了被保護土與空氣間的濕、熱交換能力。保水材料以有機質保水劑為主,并摻人無機保水劑混合使用,為植物提供必需的水分。表層土鋪設于多孔混凝土表面,形成植被發芽空間,減少土中水分蒸發,提供植被發芽初期的養分,防止草生長初期混凝土表面過熱。植被型生態混凝土對水流速具有較好的抗沖刷性能,上面的覆草具有緩沖性能。這種護坡受水位驟降的影響較小;在季節性寒冷地區,有利于排出和降低被保護土內含水量,減少凍害破壞。
四,防洪護坡創新中應重視的幾個問題
(一)從政策上支持。長期的防洪護坡工程建設,人們已習慣干建設傳統護坡。對于新技術和創新成果的推廣,必然會遇到這樣那樣的阻力。因此,必須要有一定的政策支持,才能確保新一代護坡技術的廣泛使用。
(二)既重視具體設計,又重視宏觀視野。護坡設計看似簡單,但要做出符合中國經濟社會發展和時代要求的優秀方案,必須要將工程師、藝術家、經濟師和環境保護部門的思維溶于一體。在具體設計中應對我國發展中應遵循的模式、能源消耗、礦產總量和污染排放處置等都要有一定的了解。
(三)重視科技創新。護坡是一種相對低技術含量的水利工程,如果大量引進采用國外產品,經濟上極不合算。我國是一個治水歷史悠久的國家,都江堰、靈渠,大運河等一批古代杰出水利工程都證明中國人具有無比的智慧。因此,我們要重視科技創新,充分調動水利科技工作者的積極性,開發出具有自主知識產權的新一代護坡產品。
(四)材料的創新是關鍵。河道堤防護坡工程建設耗廢大量的塊石、混凝土預制塊或其他材料,其成本占工程總費用的比例大。因此,一定要重視護坡原材料、半成品生產的技術創新,加快開采、加工.運輸各環節配套升級.制定既開放競爭、又保證規模生產的產業政策,將護坡工程技術發展的切入點定在半成品生產創新上。
(五)建設資源節約型護坡。受資源約束的矛盾日益突出,一些主要材料、能源、水、土地紛紛告缺,資源的利用和保護成為人民關注的焦點。1、重視可行性研究,減少硬化河道護坡。盡量避免河道混凝土護坡建后再拆,不如盡量少建或非工程措施解決,有些河段完全可以這樣做。如:河岸凸凹不平,邊坡土質抗沖刷能力強的河段·河岸灘較岸邊坡平緩、植被生長良好的河段,士堤迎水坡在特大洪水年份也未發生浪坎等險情的河段。當然,硬化混凝土護坡對防洪來說是有利的,只有在工程措施和非工程措施上綜合權衡利弊。對河道護坡工程進行科學、嚴謹的可行性研究,是實現資源節約的前提。2、開闊工程技術設計思路。采用何種形式的護坡來實現資源節約,僅從傳統思想上進行優化創新這種可能性不大,必須開拓新的思路。首先,盡量減少可再生資源的使用量,其次考慮護坡的造價與使用年限。(1)盡量減少混凝土用量,優化采用天然石材,天然石材從經濟及性能上看都具有優勢。(2)提高預制混凝土構件的強度。強度提高了.可以阻止環境水的侵入,從而保證混凝土塊的抗侵蝕性,增加了使用年限,使護坡的分攤成本小。
五結語
關鍵詞:護坡;生態;資源節約
防洪工程中的堤防、河道護坡是一項量大面廣的基礎設施,通過技術創新來選擇和確立兼顧防洪、生態和節約的工程護坡方式,是水利工程設計和防洪建設一大課題。下面以可持續發展的視野認識現代生態護坡工程,以創新發展的觀點,就防洪工程生態護坡談幾點認識。
一、防洪工程生態護坡的發展方向
人類在與江河長期斗爭的實踐中,探索出一些適應當地自然條件的河工建筑物模式。堤防、河道防洪護坡工程也一樣,同—河流的上游與下游、同一國家的北方與南方、發達國家與發展中國家都有所不同。在不同的時代,人們對堤防河道護坡的認識和要求也不相同,生態護坡就是現階段人們在對水環境要求越來越高、追求人與自然和諧相處的歷史條件下而日益受到重視。
我國20世紀90年代初出現了生態護坡的概念。1991年河道堤防管理部門開始注意到生態護坡。進入21世紀,隨著我國經濟快速發展,生態與環境惡化日益加重,特別是嚴重的水污染引發了新的治水理念變革,一些能減少水污染、與自然環境和景觀相適應的新型護坡不斷出現,對生態護坡的研究也不斷深入。
目前,我國開始試驗推廣的幾種生態護坡主要有:植被護坡、土工材料復合種植基護坡、植被型生態混凝土護坡和水泥生態種植基護坡。我國生態護坡建設主要是模仿學習國外經驗后自主開發產品,另外也部分引進國外先進產品。正確地把握生態護坡生長習性,并選擇適合本地自然條件的類型,需要明確生態護坡的本質和特點。
(一)生態護坡并非與傳統護坡完全對立
一部分生態護坡是在傳統護坡基礎上發展而來,盡管國內外還沒有統一的定義,但與傳統護坡的區別還是明顯的:
生態護坡較傳統護坡更具有自然生機,與周圍景觀相協調。生態擴坡具有一定的開放性,能保護生物的多樣性,較少改變河道生物棲息環境。生態護坡材料以環保材料為主,多數為天然材料,對環境污染小。
傳統護坡主要指砌石護坡和目前大量使用的預制混凝土塊。這些護坡中的干砌塊石護坡隨著時間久遠和大自然的自我修復,與自然界達成新的平衡,與天然土坡一樣,它上面也生長植被,也具備生態護坡的特征。隨著時間的流逝,新的平衡在新的條件下重新建立,這是自然規律。只要我們認識到這—點,就不會把傳統護坡與生態護坡完全對立。
(二)生態護坡不等于景觀護坡,景觀護坡受水位線限制
一般認為生態護坡就是植被護坡,這一觀點不準確。觀察水庫或湖泊,可以發現其水面線與岸坡植被之間有一條明顯的水平分隔帶,它是由水面線漲落造成的,植被一般在水面線之上。河道邊坡同樣如此,植被生長受水位、季節、溫度和雨量的影響,在河道邊坡上呈水平分布,與護坡材料相關。但即使是天然土坡,在一定的高程之下也無法布置植被護坡,尤其是在大江大河。可以說景觀護坡(植被護坡)只是生態護坡之中的一種,修建景觀護坡必須首先考慮水位影響。
(三)生態護坡不是解決河道污染的有效手段,其自然凈化河道的能力有限
人們最初設計生態護坡的目的之一是凈化河道,但這一構想幾乎無法實現。河流水體污染主要來自城市排污、農田化肥農藥、大氣酸雨,自20世紀50年代以來,發達國家都面臨過水環境污染,沒有哪一個國家主要依靠生態措施宋減緩或消除水污染。建沒生態護坡不能夸大其白凈能力,更不能寄希望它來治理污水。
(四)生態護坡建設應適應我國自然條件和經濟社會發展
生態護坡是實現生態水利的一部分,因此發展生態護坡必須適應我國自然條件和經濟社會發展的需要。
1、護坡首先要滿足防洪功能,就是說護坡主要作用是防御洪水,其他功能都服務于防洪,護坡滿足生態需求同樣不能因此而削弱其主導功能。
2、生態護坡最重要的特征是恢復河流天然屬性。應盡量選擇天然材料,如天然石材、草皮等,盡量少用水泥和人工合成材料。天然材料產生于自然耐久性好,與河流不相排斥,即使發生化學反應也很漫長,而人工合成材料卻難以做到這一點。天然材料的另一特性就是容易在河道中形成新的自然平衡,較快恢復河道天然景觀。
3、發達國家修建生態護坡的一些做法值得借鑒,但要進一步消化吸收,不能照搬。
二、建設資源節約型護坡
隨著我國經濟的發展,受資源約束的矛盾日益突出,一些主要原材料、能源、水、土地紛紛告缺,資源的利用和保護成為人們關注的焦點。護坡工程在水利建設中量大面廣,如何做到資源節約合理的投入取得最佳的收益值得探尋。
(一)重視護坡工程的可行性研究,盡量減少硬化河道護坡
盡量避免河道混凝土護坡建后再拆,不如盡量少建或用非工程措施解決。在我國—些地方的河段完全可以這樣做。比如:河岸凹凸不平、邊坡土質抗沖刷能力強、數十年未發生崩岸的河段;河流岸灘較寬、邊坡平緩、植被生長良好的河段;土堤迎水面邊坡在特大洪水年份也未發生浪坎、跌窩等險情的河段。
當然,河道岸坡硬化混凝土護對于防洪來說是有利的。近年來我國水利工程的生態與環境評估越來越受到重視,采用工程措施還是非工程措施必須綜合分析,權衡利弊。總之,對河道堤防護坡工程進行嚴謹科學的可行性研究,是實現資源節約的前提。
(二)工程技術措施的思路要創新
采用任何種形式的護坡來實現資源節約,僅從傳統設計思路上進行優化創新這種可能性不大,必須開拓新的思路。首先要盡量減少不可再生資源的使用量,其次是從護坡的造價與使用年限。
1、盡量減少混凝土用量,優先采用天然石材
其目的首先考慮到營造“多自然河流”,而且在資源節約上也有其合理性。混凝土預制塊護坡與砌塊護坡進行的比較如下:
(1)耐久性。河道堤防護坡破壞主要有脫落、塌陷、滑動、鼓脹、崩塌和剝蝕。除剝蝕外,其他破壞類型預制混凝土護坡與砌石護坡無明顯差別,都可以通過日常維修解決。但通過多年的觀察,兩類護坡材料的耐久性不同:
天然塊石:護坡工程常用的巖石有石英砂巖、片麻巖、正長巖等,抗壓強度在80~500mpa,其表面致密,水與石料之間的分解、溶蝕和沖刷作用極其漫長,可見天然塊石耐久性優異。
預制混凝土塊:我國現階段大量使用的預制混凝土六角塊一般采用c15或c20標號,抗壓強度15~20mpa,相當于1:3.5的水泥砂漿包裹碎石。在生產預制混凝土過程中,水泥硬化后的水泥石在正常情況下有較好的耐久性。但在與流動的河水、含硫酸鹽、鎂鹽或碳酸的污水長期接觸時,混凝土就會發生軟水腐蝕、硫酸鹽或溶解性化學腐蝕,強度下降。低于c20標號的混凝土水泥含量較少,混凝土漿中多余水分蒸發而留下的氣孔、水泥漿泌水形成的毛細管子及骨料下部的水囊,容易造成混凝土內部形成孔隙,混凝土腐蝕作用加快。因此,預制混凝土護坡的耐久性不高。
(2)經濟性。目前采用的預制c15混凝土六角塊護坡,其鋪砌定額直接費約45元/m3(不含墊層費用,包括預制12cm厚混凝土六角塊、成品運輸、鋪砌)、實際上以45元/m3的價格是無法買到塊石,如果把塊石單價提高到120元/m3,其成本與混凝土六角塊護坡相同。
干砌塊石護坡厚度為25cm,其使用年限遠大于12cm厚的混凝土塊護坡,從長遠來看,其經濟性比混凝土護坡好。
(3)節能性。比較護坡塊石(粗料石)與預制混凝土塊的生產過程,可以明顯看出前者耗費能源少。
預制混凝土塊:塊石破碎—碎石—加水泥拌合—混凝土預制塊,其中水泥生產中大量耗能。塊石:人工或機械加工塊石(粗料石),天然塊石可循環使用。而人工預制混凝土塊不易做到,在重視循環經濟的今天,采用天然石材更具優勢。
2、提高預制混凝土構件的強度
在一些平原地區由于天然石材匱乏,運輸成本過高,或城市景觀建設需要,只能采用混凝土預制件來鋪砌護坡。在這種情況下,可以將混凝土預制塊標號提高到c25.混凝土標號的提高,可以增強混凝土密實性,使得其表面和內部具有更多封閉孔隙來阻止環境水侵入,從而保證混凝土塊具有更好的抗侵蝕性,雖然增加了修建時的成本,但是使用年限的加長使護坡的年分攤成本小。
三、防洪護坡創新中應重視的幾個問題
(一)從政策上支持
長期的防洪護坡工程建設,人們已習慣于建設傳統護坡。對于新技術和創新成果的推廣,必然會遇到這樣那樣的阻力。因此,必須要有一定的政策支持,才能確保新一代護坡技術的廣泛使用。
(二)既重視具體設計,又重視宏觀視野
護坡設計看似簡單,但要做出符合中國經濟社會發展和時代要求的優秀方案,必須要將工程師、藝術家、經濟師和環境保護部門的思維溶于一體。在具體設計中應對我國發展中應遵循的模式、能源消耗、礦產總量和污染排放處置等都要有一定的了解。
(三)重視科技創新
護坡是一種相對低技術含量的水利工程,如果大量引進采用國外產品,經濟上極不合算。我國是一個治水歷史悠久的國家,都江堰、靈渠、大運河等一批古代杰出水利工程都證明中國人具有無比的智慧。因此,我們要重視科技創新,充分調動水利科技工作者的積極性,開發出具有自主知識產權的新一代護坡產品。
(四)材料的創新是關鍵
河道堤防護坡工程建設耗廢大量的塊石、混凝土預制塊或其他材料,其成本占工程總費用的比例大。因此,一定要重視護坡原材料、半成品生產的技術創新,加快開采、加工、運輸各環節配套升級,制定既開放競爭、又保證規模生產的產業政策,將護坡工程技術發展的切入點定在半成品生產創新上。