植被护坡机理

植被护坡机理（精选4篇）

植被护坡机理 篇1

植物根系加固边坡作为一种生态环保的边坡防护技术, 不但能提高边坡的抗震能力, 还能保护生态环境。

国内外学者多年来从不同侧面对根系固土作用进行了大量的研究和探索, 并取得了一定的成果, 主要有深粗根锚固作用、浅细根加筋作用、植物蒸腾降低土体孔隙水压力作用、降雨截留消蚀作用[1,2,3,4]。文章以地震荷载作用下的深粗根—岩土作用机理为主, 探讨植物深粗根对提高边坡抗震能力的作用。

1 地震荷载对边坡的影响

地震发生时会以纵波 (P波) 和横波 (S波) 的形式把能量传递出去[5], 传播方向同振动方向一致的是纵波。传播方向同振动方向互相垂直的波是横波。

土质边坡在地震荷载反复作用下容易造成土体拉裂破坏和滑坡等事故。其中横波作用容易引发拉裂破坏, 纵波作用容易造成滑坡现象。

2 地震荷载作用下边坡破坏机理

地震发生时, 横波主要引起边坡拉裂, 纵波主要引起滑坡, 两种波还可引起坡脚土体振动液化[6]。

这里主要介绍地震横波与纵波对边坡的破坏作用。

2.1 横波拉裂破坏

地震横波会产生水平加速度a, 进而形成水平地震力ps。

如图1a) 和图1b) 所示, 设地震横波背向边坡传播, 水平地震力背向边坡, 形成水平方向的拉力, 拉力过大将使边坡浅层土体开裂甚至加大边坡土体下滑力而引起滑坡。水平地震力及滑动体重力可由水平地震系数并经地震水平力修正系数修正获得, 可按式 (1) 计算。

其中, w为边坡滑动体重力, k N;KH为水平地震系数;CH为地震水平力修正系数, 取0.25。

2.2 纵波震动破坏

纵波产生的加速度会使边坡在竖向发生震动, 竖向地震力pz会引起边坡发生滑坡破坏, 如图2a) 和图2b) 所示。

地震纵波引起的竖向地震力pz与土体重力ws (单株植被根系覆盖的土体) 之间的关系决定了边坡土体的受力状态。随着震动方向变化, 边坡会有不同的破坏机理与破坏形式:1) 边坡土体内部应力不断变化产生应力重分布, 导致局部坡体应力集中而产生边坡滑动破坏;2) 地震荷载加大了坡体的下滑力 (这种情况下, 虽然抗滑力也有可能增加, 但增幅相对下滑力而言要小很多) , 引发坡体产生滑坡、推移等破坏。

3 植被深粗根的锚固作用

植物根系的垂直根穿过边坡浅层土体, 锚固到深处稳定的土层上, 起到锚固的作用。为简化分析, 把各种不同分布形态的根系按主根扎入土壤深度大于50 cm为垂直根系, 小于50 cm为水平根系划分。

1) 垂直根系。垂直根系分布如图3所示, 已有学者推导出无地震荷载作用下的垂直根系—土体相互作用的力学模型[11], 在地下z~z+dz范围内, 根系的总静摩擦力沿铅垂方向的分量为:

故根系最大锚固力为:

其中, r为土体的天然容重;μ为根土间的静摩擦系数;P (z) 为整个根系的平均半径沿深度z方向的分布函数;Q (z) 为根的数目沿深度z方向的分布函数。P (z) 与Q (z) 均可采用现场量测并拟合数据的方式获得。

垂直根的锚固作用可抵抗纵波引起的向上的地震力pz的破坏。边坡土体受力情况主要由受震土块 (单株植被根系覆盖的土体) 重力ws、深粗根最大锚固力Tz及竖向地震力pz共同决定, 受力情况见表1。

2) 水平根系。水平根系—土体相互作用的力学模型如图4所示。假设A—A'是地震力作用下的滑动面, abcd是滑动体, 则剩余下滑力作用在主根系与树干上。主根系与树干把所受的下滑推力传递给水平侧根, 此时侧根将与土体产生摩擦阻力来平衡下滑土体的剩余下滑力。图中, o—o'将水平根系分为两部分, 当土体受震沿弱面A—A'滑动时, 左侧部分根系处于受压状态而不能抑制土体下滑, 右侧部分受拉起抗滑作用[12]。

设所有右侧根与水平面平行, 在其延伸范围内, 将根系沿水平方向分成n个区段, n值可根据主根的长度决定, 可求得任意区[i, i+1] (1≤i≤n-1) 任意一水平根的摩阻力df。

其中, 为根平均半径;γ为土体容重;μ为根—土间静摩擦系数;Lp为根长;hi为区段[i, i+1]到a点的垂直距离;βp为根延伸方向和x的夹角;α为边坡倾角。

可得df沿x方向的分量dfx:

可得区段[i, i+1]内全部根系的摩擦阻力沿x轴分量之和Fix为:

整个根系摩擦总力沿x轴的分量和为:

假设此时有大小为ps的水平地震力背向坡体作用, 且下滑土体剩余推力方向与坡面平行。则由根系所平衡的剩余推力TR为:

沿边坡长度方向截取单位长边坡作为研究对象, 则不稳定坡体总剩余下滑推力为:

其中, ws为滑体abcd重力;ф为弱面土体内摩擦角;c为弱面土体粘聚力;L为bc长度。

则边坡土体保持稳定的条件是:

当 (Fx-ps) <0时, (Fx-ps) 取负值;当 (Fx-ps) =0时, 边坡土体保持稳定的条件变为:

地震纵波向下传播时, 存在竖向地震荷载垂直作用于边坡土体, 不稳定坡体总剩余下滑推力为:

边坡土体保持稳定的条件变为:

当向下的竖向地震力与背离坡体的水平地震力同时作用时, 综合以上两种情况可得边坡土体保持稳定的条件:

地震发生时, 存在左侧根受拉而右侧根受压的情况 (当ps朝向坡体作用且较大时) , 但这主要引起主根下方 (左侧) 土体受拉破坏, 与坡向相反, 故较右侧根受拉而言, 该情况对边坡稳定性影响较小, 在此不作讨论。竖向地震力与水平地震力的组合情况及边坡土体保持稳定的条件如表2所示。

可由表2两个式子确定地震区植被水平根系的合理间距, 进而确定边坡植被的合理种植密度, 种植密度的确定参考下式:

4 算例分析

为分析不同地震力组合情况下的边坡植被合理种植密度, 以L的最大取值为准则, 采用Matlab进行数值假设模拟:1) 假设水平地震力ps与竖向地震力pz均从5 k N到6 k N按0.1 k N步长取值, 可得11个不同的水平地震力与11个不同的竖向地震力;2) 假设整个根系摩擦总力沿x轴的分量和 (即水平“锚固力”) 为2 k N, 滑体abcd重力ws=4 k N;3) 假设边坡坡度从30°~60°按10°步长变化, 则可得4个不同的边坡坡度值;4) 假设内摩擦角为15°, “似粘聚力”为15 k Pa。

m

m

算例结果显示:

1) ps背离坡体而pz向下, ps不变时, 随着pz的增大, L值呈增大趋势, 见表3和图5a) 、图6a) ;

2) ps背离坡体, pz向上且小于滑动土体重力Ws, ps不变时, 随着pz的增大, L却呈减小趋势 (见表4和图5b) 、图6b) ) 。而随着边坡坡度增大, ps背离坡体, pz向下情况下的L值总体上呈增大趋势 (见表3) , 但ps背离坡体, pz向上但小于滑动土体重力Ws情况下, L值总体上却呈减小趋势 (见表4) 。并且边坡坡度越大, L值对坡度变化越敏感 (见图5和图6) 。

5 结语

深粗根的抗震护坡作用, 主要表现在垂直根与水平根的锚固作用。为提高土质边坡的抗震性能, 要根据植被深粗根的抗震护坡机理确定边坡植被的合理种植密度。但由于植被根系生长发育的深度有一定局限性, 对于有潜在深层滑动面的边坡可采取植被护坡和传统护坡相结合的方式, 这样可以兼顾边坡的稳定性和生态性。

植被护坡的设计选择 篇2

关键词：植被护坡,设计,方法

在高速公路建设中, 由于平纵线形及防洪要求较高, 高填深挖路段频繁出现。破坏了原有的植被覆盖层, 导致出现大量的次生裸地以及严重的水上流失现象, 加剧了生态系统的退化。当前, 伴随着西部大开发步伐的加快, 将会出现更多的山体开挖, 产生更严重的生态环境破坏问题。这种现状与可持续性发展理念严重不符, 造成了高速公路沿线综合社会效益的损失, 因此, 如何快速恢复高填深挖边坡的生态环境并实现坡面的植被防护是亟需研究和解决的课题。

以往的边坡处理往往过分追求强度功效, 大多采用浆砌片石及喷射混凝土等灰色防护。不但破坏了自然生态的和谐, 还破坏了区域水环境, 坡面经常出现渗水漏水现象, 最终造成边坡强度降低, 出现各种形式的破坏。采用植被护坡技术, 绿色植物完全覆盖边坡, 不仅能防护浅层边坡, 尽可能减少对区域水环境的破坏, 保证边坡局部圬工防护的寿命, 降低工程造价, 而且能恢复已经破坏的植被, 美化环境, 保持水土, 有效地解决边坡防护工程与生态环境破坏的矛盾, 实现人类活动与自然环境的和谐共处。

植被护坡技术在我国高速公路建设中现在已被广泛应用并获得长足发展, 下面分类介绍几种最常用的植被护坡类型:

1 单纯的植被护坡方法

单纯的植被护坡方案一般造价较低、工艺简单、在条件允许的情况下, 是进行绿化设计的首选方案。

1.1 播撒草种

最简单经济的植被护坡形式应是直接人工撒播草种, 但其要求边坡坡率舒缓, 覆盖土壤肥沃湿润, 必须在适宜季节施工, 并且从播种到成坪需要1~2个月的时间。苛刻的条件使人工撒播这种植被防护形式在高速公路建设中已很少用到。

1.2 铺草皮

铺设草皮是将培育的草坪用平板铲或起草皮机铲起, 运至需要绿化的坡面, 按照一定的大小规格重新铺植形成草坪。铺设草皮可“瞬时成坪”, 减弱坡面径流溅蚀, 迅速发挥护坡功能, 并且除寒冷的冬季外, 其他时间都可以施工, 铺设草皮各地区均可应用, 也可用于强风化岩质边坡, 多用于路堤边坡。对于急需植被封闭坡面的边坡, 铺设草皮是首选方法。

1.3 液压喷播植草

液压喷播植草是将草种、木纤维、保水剂、粘合剂、肥料、染色剂等与水的混合物通过专用喷播机喷播到预定区域建植草坪的高效绿化技术。液压喷播植草喷射出的是含有草种的悬浊液, 草种被纸浆等悬浊液包裹, 还有保水剂和其他各种营养元素, 能不断地供给草种发芽时所必须的养分和水分;粘合剂又能通过喷射时的压力, 使草种紧紧地粘附于土壤表面, 形成比较稳定的坪床面, 降水时不能形成冲刷表上的径流。

2 挂网固定植被护坡的方法

挂网固定植被护坡主要由锚杆、网和基材三部分组成, 锚杆或U形钉的作用是将网固定于坡面上, 并对坡面的浅层稳定起到一定的作用;网的作用是使基材混合物依附于边坡坡面;基材提供植物生长的环境。采用挂网固定植被护坡方案一般基于以下考虑:需要一定的客土提供植物生长的环境;有一定的保温、保湿、抗冲刷要求;当边坡存在浅层失稳危险时, 可在一定限度内起到浅层防护作用。

2.1 三维土工网植草

三维植被网植草是在铺设草皮、直接喷播植草易遭受强降雨或常年坡面径流形成冲沟、引起边坡浅层失稳和滑塌等缺陷的基础上发展起来的。三维植被网以热塑性树脂为原料, 分四层形成立体网垫, 质地疏松、柔韧, 可以充填储存泥土和砂粒, 具有抗水冲刷、固土蓄水、保温、阻风、水等特殊功能。

2.2 植生带植草护坡

植生带是把草种、肥料、保水剂等, 按一定的密度定植在可降解的无纺布或其他材料上来建植草坪的一种植被护坡技术。植生带草种出苗率高, 成坪快, 采用可自然降解的纸或无纺布等作为底布, 可保水和避免水流冲刷, 与地表吸附作用强, 腐烂后可转化为肥料。植生带便于储藏、运输, 施工省时省工, 适用条件同三维土工网垫植草。

2.3 土工格室植草护坡

岩石边坡不同于土质边坡, 目前常用的土质护坡方法无法应用于岩石边坡, 因为岩石边坡无植物生长所需要的土壤环境、水分和养料。土工格室植草护坡是解决岩质边坡植草绿化的技术之一, 是在展开并固定在坡面上的土工格室内充填改良客土, 然后在格室上挂三维植被网进行喷播施工的一项技术。

2.4 厚层基材喷射植被护坡

厚层基材喷射植被护坡 (一般称为客土喷播) 是目前解决岩质边坡植草绿化最常用的技术, 是采用水泥混凝土喷射机把基材与植物种子的混合物, 按照设计厚度均匀喷射到需要防护的工程坡面上的植被防护技术。它通过在坡面喷一层结构类似于自然土壤且能够储存水分和养分的植物生长所需要的基层材料, 解决了岩石边坡无法生长植物的难题。厚层基材喷射植被护坡对边坡坡率和岩面性质要求不高, 但对气候条件依赖性比较大, 即使在气候条件比较适宜的地区, 由于气候的不确定性使得这种植被护坡形式仍有失败的风险。

3 部分圬工与植被护坡相结合的方法

当沿线开挖石料丰富, 对景观设计要求不高、边坡深层稳定、单纯使用一般植被护坡技术难以控制雨水冲刷时, 可选择圬工骨架植被护坡方案。采用浆砌片石、预制或现浇水泥混凝土在坡面形成骨架, 然后在骨架所围范围内选择采用铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植草、客土喷播植草、栽植苗木等植被护坡技术形成绿色植被覆盖。常用的类型有空心六边形预制块植草护坡、拱形 (或人字形) 骨架植草护坡、窗格式护面墙植草护坡、框格植草护坡等。圬工骨架植被护坡各地区均可使用, 一般用于土质路堤和路堑边坡, 强风化岩石边坡也可应用。

4 深层稳定支挡与植被护坡相结合的方法

对于不稳定边坡, 应首先进行边坡稳定性分析, 确定合理的工程加固措施, 如锚索、锚杆、桩、锚索桩、挡土墙、地梁等, 现在高速公路防护设计中常用的是锚杆 (锚索) +格子梁植草护坡技术, 能保证边坡的深层稳定。空格内进行植被护坡, 具体形式可根据岩性、坡率、气候等条件选用。

在进行植被护坡设计时, 应综合考虑地形地质、气候条件、边坡稳定性、边坡岩性、边垃坡率、施工季节、施工养护条件、建筑材料、当地习惯、造价等, 选择合理经济的植被护坡形式。并且, 在护坡设计时还应注意以下问题:

4.1 护坡植物种类的选择应遵循一般的原则:

适应当地的气候土壤条件;抗旱、抗贫瘠、抗病虫害;越年生多年生, 地上部较矮, 根系发达, 生长迅速;种子易得且成本合理, 适应粗放管理, 能产生适量种子。

4.2 边坡拐点处应力集中, 并容易受到水流冲刷而产生破坏, 即使

植被护坡机理 篇3

1 河道植被护坡技术的应用

伴随社会经济的全面提高, 我们的环保意识也不可同日而语。而植被护坡也得到了全面的开发及应用。植被护坡是生态护坡中使用较为广泛的一种护坡形式, 近年来我们也将其理解为广义上的生态护坡。而在生态系统中, 河道护坡是水陆间的核心枢纽, 同样是确保河流生态机制全面发展的主要因素。常规的护坡基本均采用浆砌及干砌块石等硬质护坡, 此类护坡的收益甚微, 在一定程度上影响了河流和陆地间的交互。

植物护坡的种类极具多元化, 按照护坡材料的差异我们把植被护坡分成全系列护坡、土壤生物工程护坡、土工合成材料植被护坡与生态混凝土植被护坡等。不同种类的植被护坡都具有其相应的特性, 所以, 在予以植被工程前, 我们首先要分析边坡区域的土体及岩体, 同时还要观察坡度和坡高等外在环境, 这样可以明确相匹配的植被护坡类型。

虽然现阶段我们对植被护坡存在差异化的定义方式, 不过其定义均体现出了植被护坡的核心内容, 即植被和边坡土壤间可以有机的匹配为一个整体同时可以起到稳定边坡的作用。植被护坡是整体的系统, 其要涵盖下述含义: (1) 护坡, (1) 生态。植被护坡的生态性主要体现为确保边坡稳定, 而在此基础上以构建边坡的生物多元化为根本, 在水土生物间, 构建信息、物质以及能量的循环机制, 在此基础上予以组织与自我修复。和常规的护坡予以对比, 其不但可以防洪、排涝, 同时还会利用植被根系去深化土壤, 避免水土流失;植被护坡中的植物还可以起到缓冲带的功能, 能够有效提高附近的景观效应, 护坡中的植物可以对重金属与相关化学物质起到过滤效果, 防止地表水与河水受到外界环境的污染, 进而深化水体的自净效率, 从根本提高水体环境。

2 评价方法

植被护坡的有效性及收益在一定程度上会映射出护坡能力的强弱, 护坡越有效, 那么它的截污、固土等效果就越优异。通过地理信息系统, 即GIS, 对河岸予以稳定性分析, 不过现阶段, 土壤抗剪切能力的评价是分析植被护坡稳定性的主要依据。土壤抗剪切能力即, 土体抵抗剪切受损的耐受性, 其参数与剪切破坏时滑动的剪应力相等。土壤抗剪切能力是体现土壤抗侵蚀性的核心标准, 土壤抗剪切能力越强, 那么其对土层的保护性就越强, 同时土壤的抗侵蚀性性也就随之提高, 土壤抗剪切能力和边坡稳定状态相制衡。

而对河道植被护坡净化能力的评价, 我们除了测检常规的理化标准, 同时我们还要监测植被护坡净化功能。若土壤内有机物等元素物质的饱和率较高, 那么可以证实此植被护坡对有机物植被护坡的营养元素具备优异的吸收作用。

生物多样性特性可以体现生态系统的健康状态, 其区域内的物种越多, 那么生物多样性评价指标就能够反应出水体内的营养物质含量, 进而可以深化水体的生态平衡。植被的覆盖比例是植被护坡在工程初期时要注意的一点, 同时是构建植被护坡的核心的要求, 只有较高的植被覆盖率才可以被视作是植被护坡。另外, 利用土壤测检中微生物、动物种类与数量变化对比植被护坡的优劣。土壤微生物是土壤整体机制的核心因子, 土壤微生物在枯枝落叶分解、腐殖质合成、土壤养分循环、物质与能量代谢以及确保生态系统构中起着非常重要的作用, 土壤微生物的数量的多少, 不但可以体现出土壤内有机成分、无机养分与土壤通透性性, 还能够体现出土壤内的生物活性。

3 结论

植被护坡的生态性主要体现为确保边坡稳定, 而在此基础上以构建边坡的生物多元化为根本, 在水土生物间, 构建信息、物质以及能量的循环机制, 在此基础上予以组织与自我修复。和常规的护坡予以对比, 其不但可以防洪、排涝, 同时还会利用植被根系去深化土壤, 避免水土流失;植被护坡中的植物还可以起到缓冲带的功能, 能够有效提高附近的景观效应, 护坡中的植物可以对重金属与相关化学物质起到过滤效果, 防止地表水与河水受到外界环境的污染, 进而深化水体的自净效率, 从根本提高水体环境。不同种类的植被护坡都具有其相应的特性, 所以, 在予以植被工程前, 我们首先要分析边坡区域的土体及岩体, 同时还要观察坡度和坡高等外在环境, 这样可以明确相匹配的植被护坡类型。植被护坡已被广泛应用, 植被护坡为植物与土壤的结合体, 不仅具备一定的防洪作用, 同时植被护坡还可以排涝与确保水土不被流失等功能, 且具有美观性, 较之常规护坡植被护坡更具实用性。

而生物多样性特性可以体现生态系统的健康状态, 其区域内的物种越多, 那么生物多样性评价指标就能够反应出水体内的营养物质含量, 进而可以深化水体的生态平衡。植被的覆盖比例是植被护坡在工程初期时要注意的一点, 同时是构建植被护坡的核心的要求, 只有较高的植被覆盖率才可以被视作是植被护坡。我们除了测检常规的理化标准, 同时我们还要监测植被护坡净化功能。若土壤内有机物等元素物质的饱和率较高, 那么可以证实此植被护坡对有机物植被护坡的营养元素具备优异的吸收作用。

摘要：众所周知, 植被护坡在近年来已被广泛应用, 植被护坡为植物与土壤的结合体, 不仅具备一定的防洪作用, 同时植被护坡还可以排涝与确保水土不被流失等功能, 且具有美观性, 较之常规护坡植被护坡更具实用性, 因此对植被护坡的全面发展势在必行。

关键词：河道,植被护坡,应用,评价

参考文献

[1]王利军, 樊华, 张颂, 靳新红.浅谈永定河绿色生态走廊建设项目中的水土保持生态护岸技术体系[A].中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会2014年年会论文集[C].2014 (2) :19-22.

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[3]王建军, 刘忠林, ;锡林塔娜, 王志红.现浇网格生态护坡技术在河道边坡生态修复中的应用[A].第三届全国河道治理与生态修复技术交流研讨会专刊[C].2014 (8) :74-76.

植被护坡机理 篇4

长期以来,浆砌石或混凝土结构等刚性材料凭借其结构简单、稳定性强、机械化施工程度高等优点被广泛应用于河道堤岸护坡工程中,人们多注重的是工程本身行洪、泄洪和抗冲刷等能力的发挥,而往往忽视工程对生态环境及景观的影响。随着社会的发展和人们环保意识的加强,堤岸护坡工程的生态环境效应愈来愈被重视,传统的砌石或混凝土护坡工程正在逐步被弃用,尤其在经济发达地区的城市河道整治中。取而代之的是一种融现代水利学、环境学、生物学、生态学、美学等多学科为一体的新型生态护岸技术,它在确保河道基本功能的同时,通过特殊材质的选择、高异质生境空间的培育及富有生物多样性的群落营造,从而构建优美的自然景观和人文景观。早在20世纪80年代末,瑞士、德国就提出了“自然型护岸”技术。20世纪90年代初,日本把长达50年公路生态护坡技术应用于城镇河道建设而提出“亲水”观念,并推出了植被型生态混凝土护坡技术。同时,美国、法国、荷兰等发达国家也分别采用不同的生态技术,营造优美的堤岸生态景观。尽管我国相关研究相对较晚,但近年在广大科研人员的努力下,无论在生态护坡理论研究,还是工程应用上均取得了长足的发展。其中包括周跃、陈明曦等对坡面生态工程的基本原理的探索[1,2],鄢俊等对各种植草护坡种草的关键技术研究[3],卢志灵,季永兴等针对不同河道特点的生态型护坡结构形式研究[4],何江华对生态格网工艺[5]、郭忠义等对生态砖[6]、陈海波对网格反滤生物组合[7]以及胡海泓[8]、刘娜娜[9]、林发永[10]等对不同护坡形式及技术均进行了较为详细的研究,以上诸多研究主要针对不同护坡的结构进行设计研究,也有部分是对护坡植物选择的研究,但是,对于护坡植物的跟踪调查研究较少,尤其从能反映群落稳定性的生物多样性角度,对护坡植被跟踪的研究尚未见报道。本研究首先对镇江滨江堤岸不同生态混凝土类型及植被方案进行介绍,并于工程实施3年后对生长期间的植物进行群落调查,从生物多样性角度分析不同设计方案的优劣,从而为类似研究提供参考。

1 研究区域概况

镇江市位于长江之滨,N32°15′、E119°28′,属暖温带向北亚热带过渡的季风气候。近20年气象资料表明,全年气温幅度-12～40.9℃,年均气温15.4℃,无霜期241d左右,年均降雨总量1 740 mm,主要集中在7-9月份,年均蒸发量1 276.7 mm。本工程为镇江著名旅游景点北固山脚下的滨江带,该区水文季节变化明显,一般7-9月份为丰水期, 4-6月份和10-11月份为平水期,而1-3月份和12月份为枯水期。同时,该区为长江的感潮河段,潮汐为非正规半日潮,潮面月涨落差可达80 cm。长期以来,受长江水流和潮汐的共同影响,堤岸尤其是水陆交替约2.5 m高程范围内的堤岸侵蚀极为严重,且岸边杂草丛生,既威胁着防洪的安全,又破坏了与之相连的北固山旅游景点的景观美感。为此,镇江市通过一系列工程技术措施,着力打造优美的滨江风光,为游客和市民提供一个集休闲、娱乐和观光为一体“亲水”场所。其中,滨江堤岸护坡采用日本成熟的植被型生态混凝土护坡技术。

2 滨江堤岸生态护坡设计

2.1 生态混凝土类型的选择

本工程于2005年初的枯水期开始施工,工程采用日本成熟的植被型生态混凝土技术。有别于常规混凝土,该生态混凝土主要由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土组成,除具有常规混凝土的强度高、抗侵蚀等特点外,还具有与土壤孔隙率相近、内部连通性好、透水、透气等性能,因而适于植物的生长。在生态混凝土的选择上,本工程分别采用格状、仿石状和半球状3类砌块(如图1),各砌块单元主要以预埋于砌块中的钢筋扣将其连接起来,然后铺在平整后的岸坡上,再在空隙内填充营养土,栽植选择的植物。

2.2 生态混凝土砌块的铺设

在滨江河岸整治过程中,实施生态混凝土护坡区域为高程落差为2.5 m的水陆交替、侵蚀严重的区域。护坡按坡降与坡长1∶5的设计进行混凝土砌块铺设,因此,坡长为12.5 m。铺设前,土坡按设计坡降比平整压实成型,然后铺设细砂和碎石形成反滤层,再在反滤层上铺设各类型砌块,用钢筋连接件将各砌块单元连成一个有机整体。

2.3 植被构建方案

尽管生态混凝土有别于常规混凝土,但其主要组成材料仍是水泥和碎石,因而结构碱性较强,难以为许多植物前期生长提供较好的酸碱环境,因此,本项目采用由江苏大学研究复配的醋糟酸性基质材料,布设于混凝土各空隙之中,通过有效的酸碱中和,为多种植物的生长创造了更为适宜的环境。

植物的筛选以本土化、美化为原则,选取虉草、黑麦草、高羊茅、三叶草4种植物,其中虉草为禾本科根茎禾草,耐性强,适应性广,为镇江滨江湿地植物群落的优势种群之一;而三叶草、黑麦草和高羊茅均为常见的草坪植物,观赏性较强,尤其以三叶草更佳。栽培时,均以4种植物幼苗带状相间栽培,同时对部分砌块基质覆盖后不栽培植物,以作对照。栽培时间为2005年3月,并于5月底全面淹水前对植被状况作跟踪调查。由调查结果(表1)可知,在实施植被栽培的各类混凝土砌块中,无论是群落内物种数,还是群落盖度均较低,且相互间差异极小,这主要是栽培时间较短,砌块差异的影响效应尚未显现的缘故。而未栽培植物的空白砌块,极低的物种数和盖度表明已有少许原有岸边植物随机性地侵入。

3 不同设计方案植被效应分析

在护坡工程实施3年后,通过调查不同设计方案下的植被群落,分析各自植被效应的差异。群落调查同样在全面淹水前的5月底进行。

3.1 群落调查的方法

调查采用样方法,于每个小区对角线五点取样,样方数5个,样方面积1 m×1 m,小区3次重复,记录样方内物种的种类、均高、盖度、密度,并收获地上部分,烘干至恒重,称其干重,作生物量分析。

3.2 多样性分析的方法

生物多样性是衡量植物群落结构和功能复杂性程度和稳定性大小的指标,它由物种丰度(R)、生态优势度(SN)、群落均匀度(E)及物种多样性指数(H′)等系列参数组成。其中,物种多样性指数是物种丰度和群落均匀度的综合反映,而群落均匀度和生态优势度是一对互为负相关的参数。当群落内物种数越多,均匀度越大,群落的物种多样性指数就越高,群落也就越复杂和越稳定。因此,本研究采用植被生物多样性指标进行植被效应评判。为了能更准确反映草本植物的群落特征,在多样性参数测算时采用相对重要值(IV)指标,且IV=(相对盖度+相对密度+相对高度+相对频度)/4。多样性各参数计算公式分别为:

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式中:S为每个样方内的物种数;ni为第i个种的重要值;N为群落里所有种重要值之和,其中pi=ni/N。

3.3 不同设计方案植被生物多样性的差异

通过调查和测算,不同设计方案植被生物多样性指标及其他群落指标如表2所示。由表可知,不同类型的砌块中,以半球状砌块内物种数、生物量及物种多样性指数最高,仿石状砌块内植被次之,而格状砌块最低,这主要是砌块结构不同引起的。其中,半球状砌块为碎小的石子混凝土构成,空隙较大,且底部有孔达泥沙层,这样植物根茎不仅能在其内部伸展且能直接延伸到下部的泥沙层;而仿石状砌块尽管底部有孔直达泥沙层,但其仿石的大块状结构中通透性相对较差;而格状砌块虽然砌块结构和半球状相同,通透性较好,但其底部无孔与泥沙层直接相通,且格状的槽体较浅,容纳的基质土壤较少。因此,植被外貌上,半球状砌块内植被分布均匀、浓密、高大、且物种数和生物量最高;仿石状砌块内植被丛生特征明显,表现为大块的仿石体上无植物生长,植被高度、密度、生物量明显低于半球状砌块内植被;而格状砌块内植被物种尽管比较均匀,但植株相对矮小枯黄,密度较低,有一定的缺肥性状,这主要是其难以从底部泥沙层吸收到足够营养所致。另外,原先栽培的4种植物,经过2005-2007年3个丰水期的江水阶段性淹没,黑麦

草和狗牙根已经消失,说明二者难以适应镇江滨江的水文环境。而虉草和三叶草长势较好,并一起构成混凝土植被的优势种群。然而护坡上的虉草较湿地中虉草高度普遍降低,最大高度仅有120 cm左右,远远低于湿地中165 cm左右的高度,说明护坡生境的适宜性低于湿地环境。三叶草生长浓密,增加了护坡的景观美感。贴地生长的三叶草和挺立的虉草,互补立体性地利用着生境空间,辅之于其他本地野生植物,构成了优美的滨江护坡植被景观。

而未栽培植物的各砌块内,植物物种数、盖度及物种多样性指数均低,因而群落的稳定性差、环境功能低。从群落的外貌上看,三类砌块内植被优势种均为大巢菜,优势度高,而其他物种极少,只是间或少量地生长其间,群落单一。不同砌块间比较发现,半球状砌块植被生长较好,仿石状砌块次之,格状砌块最差,其原因同样是由于不同砌块间的结构差异所致。

4 结 语

通过对不同生态混凝土设计方案实施3年后的植被效应研究发现,在不同类型的混凝土,栽培筛选出的4种植物,均能收到较好的效果,但仍有差异。其中,半球状砌块区域内群落的物种多样性最高,说明该系统的稳定性更强,更能适应环境多变的堤岸水陆交错区域。而其他两种砌块区域内也保持较高水平的物种多样性和生物量,说明对应的植被也具有较强的稳定性。而不栽培植物的区域,尽管有一些当地物种侵入并繁育,但总体上物种数少、多样性低、群落盖度和生物量均低,很难发挥环境美化和去污功能,即使相对较好的半球状砌块,其间的一系列群落参数均远远对于种植植被的不同砌块植被,因此,在镇江滨江堤岸实施生态护坡工程,必须采取植被栽植方案与混凝土类型选择方案相结合的措施,其中,以栽植虉草和三叶草构建护坡植被的优势种群、同时选择半球状生态混凝土砌块效果最好,从而得到护坡植被构建、环境美化和水体净化等多重功能。

参考文献

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