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作者:王凱峰單位:白城市鎮(zhèn)賚縣水利局
河床穩(wěn)定性的影響
我國大部分江河的河相關(guān)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(guān)系規(guī)律,根據(jù)有關(guān)資料,其河相系數(shù)越大,河床穩(wěn)定性系數(shù)值越大,說明泥沙運(yùn)動(dòng)越弱,河床抗沖能力越強(qiáng),不易變形。河床不穩(wěn)定系數(shù)值越大,說明枯水時(shí)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(wěn)定,然而由于人為地對(duì)河流進(jìn)行裁彎取直,改變了河流的蜿蜒性,使河床穩(wěn)定性降低,河流形態(tài)也就容易改變。近百年來,由于大規(guī)模的人類活動(dòng)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(fā)散的地貌形態(tài)。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(fā)育了多條貝殼沙壩;另一方面在緩流區(qū)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(dǎo)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(dòng)的,可以是淡水,也可以是咸水。濕地因擁有許許多多的對(duì)人們有益的功能而被人們譽(yù)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(shí)濕地中的水還可以減緩?fù)寥赖纳郴^程。濕地中的植物不僅可以滯留沉積物,還可以分解轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì),同時(shí)植物還可以轉(zhuǎn)化碳元素,減少溫室氣體的產(chǎn)生,改善生態(tài)環(huán)境。因此濕地是人類健康、可持續(xù)發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而自上世紀(jì)80年代以來,由于過度圍墾、魚塘開發(fā)、取土挖沙等人為的不合理開發(fā),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(yán)重
水體污染是指排入水體的污染物在數(shù)量上超過了該物質(zhì)在水體中的本底含量和自凈能力即水體的環(huán)境容量,使水環(huán)境質(zhì)量逐步下降,水體的使用價(jià)值降低從而導(dǎo)致水體的物理特征、化學(xué)特征發(fā)生不良變化,破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng),破壞了水體的功能及其在人類生活和生產(chǎn)中的作用。調(diào)查顯示,我國80%以上的河流受到不同程度污染,且有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)。
水生生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞
生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞是指在一定的時(shí)空背景下,生態(tài)系統(tǒng)受自然因素,人為因素或兩者的共同干擾下,使生態(tài)系統(tǒng)的某些要素或系統(tǒng)整體發(fā)生不利于生物和人類生存要求的量變和質(zhì)變,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生與原有的平衡狀態(tài)或進(jìn)化方向相反的位移。水生態(tài)系統(tǒng)主要功能是生物生產(chǎn)力、能量流動(dòng)、物資循環(huán)和信息傳遞。但近幾十年,由于人類受利益的驅(qū)動(dòng),大量排污、過度開墾、不合理工程建設(shè),使得水生生物多樣性下降,水生生態(tài)系統(tǒng)退化。
生態(tài)護(hù)岸的方法
生態(tài)護(hù)坡的類型種類繁多,既可以應(yīng)用到高速公路邊坡支護(hù),也可應(yīng)用到巖石的高邊坡支護(hù)。但就具體到河流生態(tài)護(hù)坡的種類有如下幾種類型:
1植被護(hù)岸
岸坡植被系統(tǒng)可降低土壤孔隙壓力,吸收土壤水分。同時(shí),植物根系能提高土體的抗剪強(qiáng)度,增強(qiáng)土體的黏聚力,從而使土體結(jié)構(gòu)趨于堅(jiān)固和穩(wěn)定。另外岸坡植被還可截留降雨,延滯徑流,消減洪峰流量,調(diào)節(jié)土壤濕度,減少風(fēng)力對(duì)土壤表面的影響。岸坡植被系統(tǒng)通過攔截、蒸發(fā)蒸騰和存儲(chǔ)等方式來促進(jìn)土壤水循環(huán),促進(jìn)土壤發(fā)育和表層活土的形成調(diào)節(jié)近地溫度和濕度以促進(jìn)植物生長。因此岸坡植物能減少水流和波浪對(duì)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(tài)功能和生物多樣性的恢復(fù)。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(hù),不適合河道岸坡的侵蝕防護(hù),對(duì)棲息地的修復(fù)效果也不顯著。同時(shí)對(duì)采用植被護(hù)岸的工程來說,工程初期要采取一些輔助措施進(jìn)行臨時(shí)性的岸坡侵蝕防護(hù)。
2拋石護(hù)岸
拋石護(hù)岸措施在國內(nèi)河道整治中應(yīng)用的比較廣泛。拋石護(hù)岸在傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合了植被種植技術(shù),在拋石護(hù)岸中種植植物不僅可達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)河岸,而且還可以改善河岸棲息地。如果經(jīng)濟(jì)和施工條件允許,拋石不僅要粒徑大小合適而且級(jí)配要求合適。同時(shí)還應(yīng)在拋石底部設(shè)置碎石墊層或土工布反濾層,這樣不僅以達(dá)到促於效果,而且為植物生長創(chuàng)造有利的條件。拋石護(hù)岸,技術(shù)簡單,材料來源充分,且能夠適應(yīng)我國的大部分地區(qū)。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(jù)河岸和河床的形狀進(jìn)行自我調(diào)整形狀。同時(shí),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(duì)河岸的沖刷。同時(shí)塊石的空隙也為河流生物提供了優(yōu)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(yōu)美的景觀,植物落葉也可作為河流生物營養(yǎng)物質(zhì)的來源。
3梢料排(層、捆)護(hù)岸
梢料排是應(yīng)用活枝條組成的排(層、捆)體結(jié)構(gòu),可有效減少河岸侵蝕,為河岸提供直接的保護(hù)層能夠較快形成植被覆蓋層,穩(wěn)定岸坡。當(dāng)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(yǎng)物質(zhì),當(dāng)洪水退去,這些泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)為插條生根創(chuàng)造了良好的條件。當(dāng)插條成活以后既可以構(gòu)成景觀,也可以為河流生物提供優(yōu)良的棲息地梢料排(層、捆)。
河流生態(tài)護(hù)岸的穩(wěn)定計(jì)算與分析
1設(shè)計(jì)原則
在生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)中,建議遵循以下原則:1)工程經(jīng)濟(jì)性和安全性原則;2)提高河流空間異質(zhì)性原則;3)生態(tài)形同的自設(shè)計(jì)、自組織原則;4)景觀尺度及整體性原則;5)反饋調(diào)整式原則;結(jié)合護(hù)岸工程的特點(diǎn)和以上原則,在生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)中應(yīng)按照岸坡穩(wěn)定、正常行洪、表面異質(zhì)、材質(zhì)自然、內(nèi)外透水、成本經(jīng)濟(jì)的原則來設(shè)計(jì)。河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)是在滿足人類對(duì)水利需求的條件下,使水利工程對(duì)河流的生態(tài)系統(tǒng)不造成危害或危害最小,同時(shí)使水環(huán)境成為宜居環(huán)境。
2植物種類的選擇
植物種類的選擇對(duì)項(xiàng)目的成功與否至關(guān)重要。采用天然材料護(hù)岸,特別是植被措施護(hù)岸時(shí),不同植物材料的有效性很大程度上取決于他們對(duì)水位和底土土質(zhì)的適應(yīng)性。根據(jù)不同水位,結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r,可將河岸帶分為干燥、偶然泛洪區(qū)、潮濕、季節(jié)性泛洪區(qū)、沿岸水位變動(dòng)區(qū)和淹沒區(qū),在不同區(qū)域結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)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(huì)比單一使用一種更為有利。應(yīng)該注意的是,現(xiàn)場或現(xiàn)場附近已有物種對(duì)護(hù)岸工程植物種類的選擇具有很好的參考價(jià)值。
3岸坡土體壓實(shí)度的控制
河道治理中,傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是對(duì)河道或堤防岸坡的土體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn),根據(jù)土體的一系列物理、化學(xué)指標(biāo)以獲得土體最佳的抗剪強(qiáng)度等一系列的力學(xué)指標(biāo)。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(wěn)定性,不致發(fā)生深層和淺層滑動(dòng)破壞。從植物生長的角度和壩體自身分析,土體壓實(shí)度過高對(duì)植物生長不利,過低對(duì)壩體穩(wěn)定不利。因此,綜合考慮壩體壓實(shí)度不宜過高也不易過低。研究結(jié)果表明,當(dāng)岸坡土體壓實(shí)度介于最佳干密度的80%~85%時(shí),既能滿足岸坡穩(wěn)定的需要,同時(shí)也可以滿足植物生長發(fā)育的需要。
總之,現(xiàn)代河道生態(tài)治理工程不單單是滿足人們對(duì)水的需求,同時(shí)也是改善和恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)的工程,是有利于保護(hù)自然環(huán)境和使社會(huì)發(fā)展可持續(xù)的工程,是以人為本和人與自然和諧相處的工程。