河道水体保护与修复

生态河道是融现代水利工程学、景观生态学、环境科学、生物科学、美学等学科于一体的水利工程，它以“保护河道系统中生物良好的生存环境和创造和谐的自然景观”为前提，在保证防洪安全的同时，充分考虑生态效果，把河堤改造成水系统、土壤系统以及生物系统三者相互涵养的近自然系统。我国的河道整治工程大多缺乏生态的理念和经济的视野，整治工程孤立了河流水环境与土壤生物、植物之间的有机联系，忽视了河流与周边建筑设施之间的和谐统一、使用大量的硬质材料如钢筋混凝土、浆砌块石等硬化护坡和河底，大量采用橡胶坝等拦截河水，建立高耸的沿河护栏，这些措施不仅没有起到保护河流生态环境的作用，而且严重破坏了河流与周围环境组成的有机整体，使得水量减少、水质恶化，河流的各项生态功能受到抑制。河道水体保护与修复过程生态修复转化技术“生态修复转化技术”主要包括生态护坡技术、生态浮岛技术和沉水植物修复技术，采用该技术兼具水体净化、消浪护坡、创造生物生息空间和美化水源景观的效果。生态护坡技术生态护坡由碎石、水泥、水与特殊元素配伍，并采用特殊的设备制作而成。它的孔隙率高达25%-35%，其最大抗压强度能在8n/mm2左右，适应根系3mm以下的各种草本及水生植物生长，由于它的表面产生分布均匀,均为φ2.5cm、深6-10cm的孔洞，因此在内部能储存一定数量营养土及水分，能使植物生长更为理想。由于其表面产生的孔洞及高孔隙率，使得植草的根系穿透孔隙后扎入土中，使护坡起到一定的锚固作用，使植被得到更充足的养分，根系更加发达，更大程度提高抗冲刷能力。而且草根对绿化混凝土不会产生膨胀破坏作用。该技术的高透气性在很大程度上保持了被保护土与空气间的湿热交换能力。而在自然河堤护坡上使用，能有效防止水土流失和植草被人为踩踏死亡。绿化混凝土底部采用特殊方法而产生分布均匀的小柱子像钉子一样牢牢扎入土中，使护坡更牢固。麦冬草的垂直种植试验黄昌蒲根须穿透现浇混凝土试验鸡冠花根须穿透现浇混凝土试验野生植物在现浇混凝土茁壮成长施工前后对比照施工前施工中施工后生态护坡应用类型生态护坡应用类型主要有自嵌式挡墙、铰接式护坡、联锁式护坡•自嵌式挡墙自嵌式挡墙是在干垒挡土墙的基础上开发的一种新型柔性结构。该结构是一种新型的拟重力式结构，它主要依靠自嵌块块体、填土、通过土工格栅连接构成的复合体来抵抗动、静荷载的作用，达到稳定的目的。自嵌式挡墙结构自嵌式挡墙特点1.柔性结构：适应小规模沉降（冲刷、地震和扰动等）；2.综合成本低：施工方便快捷，可重复利用；3.耐久性强：高强低咸水泥，高频六面振捣，高温蒸汽养护，确保极高抗压能力，同时能达到200次抗冻融循环；4.生态友好：材料中添加了木质醋酸纤维，保证中性水体，使得水生动植物健康生长；5.美观舒适：各种颜色和造型可以选择。自嵌式挡墙—生态鱼巢传统河道采用混凝土固化，使鱼类直接产卵在混凝土边坡上，很容易被水流冲散或被混凝土的碱性致死，甚至成为天敌的食物。自嵌式植生挡墙在水下形成鱼巢，为鱼类提供了符合自然生长的栖息、繁殖场所。自嵌式挡墙应用•铰接式护坡铰接式护坡是一种连锁型高强度预制混凝土块铺面系统。是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块，用镀锌的钢缆或聚酯缆绳相互连接而形成的连锁型矩阵。（5mm到15mm的聚脂材料、镀锌或不锈钢索连接）主要有两种类型：中间开孔式和中间封闭式，两种类型的混凝土块有不同的尺寸和厚度以适应各种水流情况。中间封闭式中间开孔式铰接式护坡特点消浪设计25%的高开孔率起到渗水、排水、消能的作用，表面特殊设计的沟槽能够削弱水的破坏性力量，起到碎波防浪作用。塌陷预警利用缆索受力状况和光缆监测技术相结合，可及时预报分析堤坝安全状况。整体稳定整个系统是一个整体，可以抵抗高速水流冲刷。施工速度快可以机械施工，大大缩短了工期，降低工程工期和综合造价。适应性强可以冰上施工，不受气候限制。可以水下施工，不受水位限制。铰接式护坡技术参数1.设计可采用的最大坡度为1：1；在坡度为1：1且坡宽超过3米时，建议采用优凝舒布洛克铰接式护坡系统以方便施工。一般讲，2：1的坡度以内是最佳选择。2.适用流速达到4－6米/秒。3.钢铰线的承重安全系数一般考虑3：1。比如：垫子重2吨，那么绳索的抗拉能力我们一般考虑为6吨。绳索一般我们采用稀土合金材料制成，按国际产品标准使用年限在八十年。4.铰接式护坡垫子重量是由块体厚度、装配完成的垫子的长度和宽度决定的。一般来讲可以达到4—20吨。（单块31kg）5.抗浪能力是由块体重量决定的。实验证明，优凝舒布洛克铰接式护坡系统在3.5-3米浪高情况的稳定是由块体重量决定的。一般来讲，100厚的块体可至少承受1.5米的浪高。6.造价：根据各地情况不同，通常比传统的浆砌块石、干砌块石、混凝土板等造价低10%-50%。1.边坡坡度：铰接式护坡不是挡土墙，它只是一种防冲刷护面系统，最好在自然稳定的土坡上用。考虑到系统对增加边坡稳定方面的能力，最大边坡坡度宜为1:1。但是在1:1的边坡上使用时，若柔性垫子长度超过2米必须采用有效措施把垫子锚固在基土内；2.转弯半径：柔性垫子受单块尺寸的限制最小的转弯半径为60公分。实用局限性施工步骤145321.准备场地：铺放垫子前土基表面必须压实整平。若场地土质较差，不好压实或整平，则可用一层碎石垫层。、2.铺设土工布：铺放垫子前必须要铺设符合当地土质要求的反滤土工布，最好用编织的土工布。土工布在垫子四边都要伸出至少30公分。3.铺设块体：为提高施工精度和速度，一般在生产厂或就地把混凝土块用绳索连接成适合本工程大小的垫子，并利用起重机和专用展延栅一次性安装到已准备好的土基上。4.填缝：经受波浪冲击的边坡上铺好块后空隙内填满级配碎石，可大大提高铺面系统的稳定性。正常水位以下的开孔式块体孔内也最好填级配碎石。5.植草：正常水面以上块体表面可以摊铺一层天然土然后种植适合当地气候环境的花草。铰接式护坡应用沈阳棋盘山水库黑龙江安肇新河太湖沈阳浑河目前铰接式护坡广泛应用于河道、海岸、水库、航道等工程上，已做项目有无锡仙蠡桥河道整治工程、沈阳浑河城市防洪工程、沈阳世界园艺博览会水景工程、棋盘山护坡项目等大小10余个，铺设总面积达到20万平方米254316•联锁式护坡联锁式护坡砖是一种欧美国家现行使用的可人工安装，适用于中小水流情况下（不大于3米/秒）土壤水侵蚀控制的新型连锁式预制混凝土块铺面系统。由于采用独特的联锁设计，每块砖与周围的6块砖产生超强联锁，使得铺面系统在水流作用下具有良好的整体稳定性。同时，随着植被在砖孔和砖缝中生长，一方面铺面的耐久性和稳定性将进一步提高，另一方面起到增加植被、美化环境的作用。近年来，联锁式护坡砖被广泛应用于河流的治理如河岸、河堤、防洪溢洪道等工程以及城市河道护坡改造工程中。联锁式护坡断面形式联锁式护坡特点整体稳定联锁块体为一个整体，适应不均匀沉降适用条件适用于中小水流，流速小于3米/秒综合生态效果孔内植草，根系加强锚固；降雨截流；降雨截流；生态环境良好施工快捷施工方法简单，人工80-100㎡/天经济耐用综合造价低，可重复使用，维修方便滨水景观生态效应控制底泥水库实景生态浮岛技术运用无土栽培技术原理，以高分子材制为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。采用该技术可将原来只能在陆地种植的草本陆生植物种植到自然水域水面，并能取得与陆地种植相仿甚至更高的收获量与景观效果。其对污染水休的治理与修复作用主要包括植物对氮、磷等营养物质的直接吸收利用和对有机污染物的促降作用，植物根系、浮床和基质在吸附悬浮物的同时，为微生物和其它水生生物提供栖息、繁衍场所，兼可美化水域景观。种子催芽种植上杯二周后池中成列向日葵小苗杯中向日葵健壮水中向日葵生长良好浮床上的向日葵生长良好生态浮岛技术水体净化机理1.利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代谢水中的污染物成为无机物，使其成为植物的营养物质，通过光合作用转化为植物细胞的成分，促进其生长，最后通过收割浮岛植物和捕获鱼虾减少水中营养盐；2.通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物生长量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止“水华”发生，提高水体的透明度，其作用相对于前者更为明显，同时浮床上的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境；沉水植物修复技术沉水植物﴾submergedplants﴿植物体全部位于水层下面营固着生活的大形水生植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的备部分部可吸收水分和养料。通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻，狐尾藻，黑藻等。沉水植物功能在调控湖泊演化和湖泊生态平衡中极其重要，是水体生物多样性赖以维持的基础通过有效增加空间生态位改善水体透明度和溶氧量质基础和其他必需条件抑制生物性和非生物性悬浮物为生态系统复杂食物链提供食物提高水体中原生动物群落结构的生物多样性眼子菜苦草金鱼藻沉水植物恢复措施其他技术方法改直墙断面为缓坡断面拆除部分硬质岸墙拆除河底砼衬砌拆除硬质墙顶改缓坡其他技术方法软体护岸——生态袋护岸其他技术方法浅水湾、废物利用——化腐朽为神奇浅水湾构筑蜿蜒岸线有利于冬季防冰满足了亲水的安全要求便于种植水生植物有供水生动物栖息和避难的场所有利于防浪或船行波其他技术方法浅水湾功能(1)浅水湾可以增加过水断面，解决在既有河道用地不变的情况下，而洪水流量增加的矛盾；(2)扩大水面，设置浅水湾后，扩大水面1万m2；(3)便于构筑蜿蜒岸线，更符合多自然河道的水岸要求；(4)缓坡断面有利于冬季防冰，便于冰盖在缓坡推移，防止冻蚀，保护护岸结构；(5)浅水湾的水深一般不超过0.7m，满足了亲水的安全要求；(6)便于种植水生植物，形成水绿过渡带，过滤雨水、保护水质、净化水体；(7)有供水生动物栖息和避难的场所，利于两栖动物的爬行；(9)便于利用浅水湾构筑亲水栈桥、点缀岸边小品等，满足景观需要求；(10)有利于防浪或船行波，尤其可以缓解建成初期波浪对岸边的冲蚀。既有砼衬砌上覆土植生其他技术方法现状河道整治后河道“半挖半填”改变平直河道为自然生态河道其他技术方法案例——德国的河道近自然修复20多年以来，随着大量耕地退出粮食生产和德国公众对休闲生态需求的提高，社会公众提出：我们要自然生态的河，不要人工渠道的河。1.1790年-Drainageofwetlands湿地排水2.1860年-1990年CorrectionoflargeRivers对大河道治理3.1900年-Site-channel–Hydropower部分地段渠道化，修水电站4.1940-1985年Hydropowerdams建水电大坝5.1950–1960年Gravelpits河道采沙6.1910–1970年Regulationofsmallerrivers/toimproveagriculture小河道渠道化，取水灌溉•河流的生态（水流形态）功能Hydromorphologicalprocesses(transportofwaterandsediment(erosion,sediment.•河流的水流形态特征不断的发生发展变化（水流冲刷和淤积的变化(冲淤变化））migratianofriverchannelinfloodplain•在河道范围内河床的摆动迁移HighFlow(floods)-LowFlowriverandfloodplainareanecologicalunit•高水位、低水位和河滩地组成河流系统的完整生态单元。Zonationandsuccessionofvegetation(spaceandtime)•随着时空变化，植物的生物地理学呈地带性连续分布并发展变化Self-restorationofstructures(Habitats)•河流对其形态构造及其生境具有自我修复能力•自然生态河道的水流形态特征•水文形态特征对比人工渠道化后的河道水