1、長江中下游生態護岸工程發展趨勢淺析姚仕明 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護岸工程現狀、需求及型式等的分析，探討了生態護岸的發展趨勢及其應用前景，提出需要進一步加強生態護岸研究。要更加重視從生態角度加強對長江中下游干流河道崩岸與險工段河段的綜合整治，同時還需開展對不同類型生態護岸防護機理、生態效應、已實施護岸工程的生態修復技術及生態護岸設計規范等方面的研究。關鍵詞：長江中下游，生態護岸，水下護腳，水上護坡一、長江中下游干流河道生態護岸工程現狀生態護岸指的是利用植物或者植物與土木工程相結合，達到對河道坡

2、面防護目的的一種護岸型式。近年，隨著社會與經濟的發展，以及人們環境意識的增強和人類與自然界對高質量環境的需求，迫切需要在河道護岸工程中采取新的工程結構型式、施工工藝，以便提高護岸工程的綜合效果和整體技術水平。目前長江中下游干流河道實施護岸工程使用的材料、結構型式也趨于多樣化，并開展了現場試驗工程，其中有部分試驗工程重視生態與環境因素，使護岸工程與河道生態相協調。另外，在長江重要堤防隱蔽工程三個未完工程中也安排了植物措施和非植物措施相結合的生態護岸型式等，如在下荊江觀音洲河彎段實施了引進植物香根草、本地植物狗牙草和非植物措施生態混凝土護坡試驗。上述護岸型式更有利于植物生長和生態維持：采用天然河流

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

4、岸技術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岸需求1.長江中下游河道近期演變特點（1）河道沖淤變化三峽水庫蓄水運用以來，長江中下游干流河道自上而下發生了長距離的沖刷.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。隨著沖刷的繼續進行，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展。（2）河道演變主要特點長江中下游干流河道流經廣闊的沖積平

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，是山區河流進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，現已為限制性彎曲河道，河床由中細沙組成，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、土沙質、沙質和基巖質等4類，以沙質岸坡居多。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點。河床組成一般為細沙和極細沙。按汊道平面形態不同，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、深泓位置和河勢均保持相對穩定，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順的彎道形態，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個彎道，其中郝穴、調關、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；其余均為彎曲分汊河段，表現為江心洲灘的分合和左右汊變化的特點

7、。由于彎曲河段凹岸均有護岸工程守護，三峽水庫蓄水運用后凹岸平面形態基本穩定，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定，未發生明顯的切灘撇彎現象，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象，導致局部的河勢調整：受彎曲分汊河段凹岸護岸工程（或天然節點）的影響，三峽水庫蓄水運用以來該類型河段平面形態和深泓多數較穩定，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上的改變，公安河彎的突起洲、石首河彎的新生灘、監利河彎的烏龜洲等平面形態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和深泓均相對較為穩定；與蓄水前類似，彎道間的過渡段仍是不穩定的河段，如涴市彎道和沙市彎道間的太平口過渡段變化較大，但未發生深泓和灘槽移位現象，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整，但均未達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，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過程與幅度均相對要小，三峽水庫蓄水運用以來，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程的發展，以及干支流水庫與水土保持工程的陸續建設，進入長江中下游的水沙條件會發生進一步變化，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、長時間沖刷，進而可能引起局部河段的河勢調整.加劇河岸崩塌現象與堤岸穩定的風險。2.河床持續沖刷過程中護岸需求分析（1）持續沖刷過程中的河岸穩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，具有二元結構特征。上層為河漫灘相的黏性土，厚430 m；下層為河床相的中細沙，厚度自數米至60余m。黏土和砂土的物理化學性質有所不同，在水流作用下的受力特點和運動形式區別也很大，其抗沖性有著明顯差別。水深為10 m時，細砂起動流速為0.7 m/s左右，而黏土則為2.7 m/s左右；水深為20 m時，細

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，最大估計達4 m/s.實測資料還顯示，中水位時，近岸流速達到1.291.59 m/s，這就說明，由二元結構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，而下層細砂則比較容易達到起動狀態。當下層細砂遭受沖刷時，砂層坡度變陡，容易引發崩岸。在長江中下游河道二元結構的特定地質條件下，三峽水庫清水下泄將造成下游河道的長距離沖刷，目前實測資料表現出來的沖淤特點是枯水河槽沖刷最為嚴重，而這也將進一步加劇二元結構

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新的崩岸。三峽水庫蓄水運用以來20032007年的實測資料表明，荊江干流河段發生較大崩岸險情101處，年均發生崩岸險情約34處，年均崩岸長達33.64 km。與蓄水前相比，三峽蓄水后崩岸險情發生的頻次明顯增多，崩岸不僅發生在未護岸段，已護岸段同樣發生了崩岸，如石首河彎向家洲護岸段、監利河段的團結閘護岸段均發生了較大規模的崩岸。根據荊江河段主要險工段典型斷面近岸坡度變化分析表明，三峽工程蓄水運用以來，主要險工段近岸斷面因水流沖刷明顯變陡，陡于1：2的斷面占統計斷面總數的比例增加明顯。因此，在三峽水庫蓄水后

12、中下游河道持續沖刷過程中，對護岸的首要需求就是要保證堤防的穩定性，保障防洪的安全，而其實現，必須更加重視對二元結構底部沙層的防護以及對已實施護岸工程的加固。（2）河道優良生態維系從河道橫向上來看，河流生態系統可以劃分為水生和河岸帶子生態系統，河岸帶生態系統是河流生態系統的重要組成部分，而連續性是河流生態系統重要特點之一。當采用傳統的護岸工程，如混凝土和漿砌石護坡等將河岸人為固化，一定程度上隔絕了水生生態系統和河岸生態系統的聯系，不可避免地會對生物多樣性、生態平衡和環境保護產生一定的不利影響。三峽水庫修建后，水沙過程變化加之河床沖刷，將進一步降低河流的橫向連續性、破壞棲息地的異質性，并減緩棲息地

13、的自然演替速率，對生物多樣性產生不利的影響。根據新的治江形勢與任務要求，水利部長江水利委員會提出了“保障防洪安全、合理開發利用、維系優良生態、穩定河床河勢”的新時期治江四大戰略目標。隨著我國經濟社會的快速發展和生態環保意識的增強，護岸工程需要給人們提供一個見水、近水、親水的美好環境，重現大自然的勃勃生機，同時有助于生物多樣性和河流水質的改善，因此，在長江中下游干流河道治理中，需要在保證河道護岸效果的基礎上實現河道生態保護的目的。三、長江中下游干流河道生態護岸型式及其應用前景1.河道生態護岸型式長江中下游的護岸工程一般以枯水位為界分為水上護坡和水下護腳。隨著三峽水庫蓄水進程的發展以及干支流水庫與

14、水土保持工程的陸續建設運用，長江中下游河道將處于持續沖刷過程，從保障堤岸穩定和維持河道生態系統連續性的角度出發，初步分析護坡和護腳的具體型式、材料及優缺點。（1）水上生態護坡在長江中下游防洪工程建設中，江岸防護枯水位以上常見的護坡工程主要有干砌石、漿砌石、模袋混凝土、混凝土預制塊等結構型式。但上述型式的護坡不具有生態及景觀功能。一是所用材料不具有環保效果：二是整體護坡人為隔斷了河岸生態系統和水生生態系統的聯系，對生物多樣性產生不利影響：三是整體護坡區域屬于“人工型”河道，景觀功能較差，與周圍環境難以協調。為了滿足水上護坡的生態功能，重建近“自然型”河道，實現人與自然的和諧相處，我國的護岸工程也

15、已開始向生態型發展，從維持生態、美化環境、改善水質等方面加以考慮，形成了各種不同的生態護坡。目前常采用的結構型式及材料主要有以下幾種。植被護坡通過在岸坡種植植被（草皮等），起到固土護岸的作用，與傳統的護坡工程相比，具有成本低、工程量小、環境協調性好等優點。主要應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域，在一些城市的親水景觀設計中也有采用，目前有向多層次和多樣化發展的趨勢。植被加筋護坡單純的植被護坡在抗水流、風浪沖刷能力上十分有限，為了增強護坡的穩定性，出現了植被加筋技術。通過土工網、生態混凝土現澆網格、種植槽或使用預制件、土工織物或編制袋（纖維袋）填土等方式，對植被進行加筋，增

16、強岸坡抗侵蝕的能力，起到更好的防護功能。網籠或籠石結構的生態護坡對于水流流速較大或河道深泓近岸的情況，可采用網籠或籠石結構的生態型護岸工程，目前長江中下游河道采用的土工格柵、鋼絲網石墊等均屬于這一類別。柔性結構的網籠或石籠，能適應基礎不均勻沉陷而不導致內部結構遭受破壞，基礎處理簡單，水下施工方便，籠石本身十分透水，不需另設排水，厚層鍍鋅以及用于腐蝕環境中的外加PVC涂層可保證網籠的長期壽命。網籠結構既能夠抵御水流動力沖刷、牽拽，又能夠適應地基沉降變形，還可提供植物生長條件，維護生態環境，改善生態和景觀。（2）水下護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行自動調整。模袋混凝土具有整體性強、抗沖能力強、施工機械程度高、容易控制等優點，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.適應河床變形能力差，造價較高。鋼絲網石籠的優點是抗沖能力強、整體性和柔性好，能適應河床變形，施工便捷，沉放到位準確率高，能均勻地鋪蓋床面，保護岸坡不被沖刷，能較好計量，但一次性投資較大。一般適用于水深流急的重點險工段加固和新的護岸工程，并適用于對河岸基礎加固，有效阻止凹岸頂沖和崩岸。四面六邊透水框架護岸具有結構簡單、構件可以工廠化生產、施工簡單等優點

18、，當水流流速較小時能降低近底流速，具有促淤作用，適用于崩岸速度較小、水流流速較小處的護岸和窩崩治理。混凝土鉸鏈排整體性好，可工廠化生產，機械化施工，但造價較高，需防止拋錨破壞。在岸線變化大、崩岸強度大、岸坡陡、地形變化復雜的岸段不宜使用。土工織物砂枕具有取材容易、工程數量和質量較易控制、造價較低以及施工方便等優點，但砂枕在水深較大的情況下排列較亂，適應河床變形能力差，同時還容易遭受拋錨破壞。以往多用于崩岸強度小、水流頂沖不強的岸段，在水流頂沖強的地段能否適用尚待進一步探索。由于長江干支流水庫群的建設與水土保持工程的實施，長江中下游干流河道將處于持續沖刷過程，并以枯水河槽沖刷為主，因此對護腳工程

19、要尤為重視，在不影響工程守護效果的基礎上，應充分考慮其生態與環境效應。長江科學院新近設計的水下生態卵石籠或網膜卵石排，已在長江荊江河段的護岸工程中成功實踐，應用效果良好。一方面，這種卵石籠或網膜卵石排結構的柔性和透水性更為優良，不僅能夠適應一定的河床變形，而且石籠中的多孔隙構造是生物易于棲息的良好場所，也適宜植物的生長。同時因卵石大都來源于天然江湖河道，可避免因開采石頭對環境造成的負面影響，減少使用工業耗能較大、廢氣排放較多的水泥，有利于環境保護與降低碳排放。2.應用前景生態護岸是現階段及將來護岸建設的發展趨勢和新要求，它也預示著我國的水利工程建設已經發展到“要還自然于河道”的一個重要歷史階段

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十分艱巨，岸線守護的工作量也較大。顯然，生態護岸工程與傳統護岸工程相比，在保證防洪安全的前提下，還可維持生態，美化環境，改善水質，因此，無論是從國家戰略層面的“生態文明”建設角度，還是從“維護健康長江，促進人水和諧”治江新思路的具體實踐而言，生態護岸在未來必有廣闊的應用前景。四、需進一步開展研究的課題1.不同類型生態護岸工程的防護效果與機理目前已有生態護岸的研究多集中在植被的選擇與搭配、護岸材料的選擇、結構形式的優化等方面，對護岸效果與機理的研究還不多，需要加強這方面的研究。2.生態護岸工程的生態與環境效應由于護岸處于水陸交界地帶，具有非常活躍的物質、能量和信息流動，比其他相鄰生態系統具有更為明顯的生物多樣性特征，同時，生態護岸對改善水質也有一定的功效，因此今后應該從物質流動、能量流動和食物鏈關系及水環境等角度加強對其生態與環境效應的研究。3.長江中下游干流河道護岸工程生態修復技術長江中下游干流河道經過新中國成立以來60多年的治理，實施了規模宏大的護岸工程，維護了岸線穩定與防洪安全，發揮了巨大的社會與經濟效益。但隨著生態文明建設的不斷深入，人類與自然界需求的日益高漲，對沿岸生態與環境的要求愈來愈高，以往護岸工程在這方面考慮不夠，因此，需要研究以往護岸工程的