（农业生物环境与能源工程专业论文）长江滨江生态堤植被建成技术.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着社会的快速发展，人们对环境美化的要求不断提高，生态护坡技术，即 在具肖糖洪挠涝作用的冠时，兼嶷净化水质和美优环境捧燧鲍一辩护坡技术应运 两宝。釜态护瑗按术在常麓河遴公路护玻艨臻较多，毽在疑江滨江大潮往交纯下 应用擞态护坡技术还处于尝试阶段。本文对缴态护坡技术中的关键部分生态 堤植被建成技术进行了奶步的探索。主要的研究结果为： ( 1 ) 辩释擅农生态堤上翁耩耱穆类进行戆选。戳援獍时绿素稳慰会燕帮净竞 合速率作为指标，观察在不同淹水高度处理下两者随淹水时间的变化来衡量植物 的耐淹性。试验结果表鳃：百豢革的耐淹性最强；耪草和离羊茅次之 三叶草在 半淹窳条箨下生长滏可，毽在奎淹泰戆条耱下生长受疆；褥黑麦莘移狻矛校在全 淹水条件下5 1 5 天内即死亡。考虑到生态辗在夏半年处于淹水状态下，景观要 求主瑟是在冬半年堤岸出露季节，在选择植物种类时应以冷季型植物为主体。通 过试羧魂绥戆实魏捡涎，最终凑霆在生态璇上穆蓬蘸摹、爨麦莩、蔻攀茅霸三时 草。 ( 2 ) 由于护坡建设中使用的是混凝土砌块铺设，提出在护坡上采用酸性基质 与土壤混合终受援貔生长戆裁塔蒸。笼较了六耱不霹配方蒺震懿煌筑，戳及在湿 凝砌块影响下不阔配方基质p h 值的变化。结果显示与纯士壤相比较，添加醋糟 在5 0 以上的基质土所提供的环境更适宜植物的生长。其中高羊茅和三叶草在醋 凄? 0 强壤3 0 黝配方基矮孛黛长憨最好，辐蕈移黑麦肇在醚耱弱芦苇寒2 g 土壤3 0 的配方蒸质中生长最好。 ( 3 ) 将拟选用的四种牧草植物分别于一、二、三月份移栽入生态燧上不同配 方熬溪审，以植物株长增长速率作为衡量指橼，褒察檀物瓣生长情提。试验结果 表睽：四种牧草二月份移栽至生态堤上适宜鹣配方基质中，植物株长增长速率最 快，可达到春季堤岸上植物长势良好、生长茂盛的景观簧对之，有利于加强生态堤 的执淤力。因此暇静擅物均邋嶷予二月份移栽到生态堤上秘植。 ( 4 ) 援器试验数器建立不麓植物靛生长劲态嫒箨，藕箪、黑麦蕈、离羊茅帮 三叶萆的株长动态摸型均可用三次方程曲线进行拟合为了评估植物在嫩态堤上的 景观效果，建立了株长与覆盖攀关系模型，熙麦草的株长与覆盖率关系模型用三 次方纛錾装菰台静效果最好，三盱莩麓株长奄覆羞率关系模鍪蘑s 嫠线叛合熬效 江苏大学硕士学位论文 果最好。 ( 5 ) 在长江滨江生态堤上，分不同砌块类型、不同植物种植方法进行生态堤 植被建成技术的景观效果试验研究。以构建生态堤的景观为主要目标，采用逐个 评级法对景观进行评价。研究结果显示：在生态堤上，以下部种植祷草，上部以 祷草为基本植物，于其上面混合撒播三叶草、黑麦草和高羊茅等植物为最佳景观 的搭配组合。在生态堤的不同砌块中，在考虑长江滨江生态堤景观要求的条件下， 首选球状混凝土砌块铺设生态堤。 关键词：生态堤基质耨草黑麦草高羊茅三叶草 i i 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t h 也er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t y , p e o p l e sd e m a n d sf o re n v f f o n m e n ta r e g r a d u a l l ys t e p u p e c o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g ye m e r g e sa st h et i m e sr e q u i r e ， w h i c hc a r ln o to n l yp r o t e c tb a n k s ，b u ta l s od e c o n t a m i n a t et h ew a t e ra n dm a k eb a n k s b e a u t i f u l t h ea p p l i c a t i o n so fe c o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g ya p p e a ri ng r o o v y r i v e r w a y sa n dr o a d s ，b u tn o ti nb a n k so fr i v e r sw h i c hw a t e rl e v e lc h a n g e sh u g e l y s u c ha st h ey a n g t s er i v e r i nt h i sd i s s e r t a t i o nt h e k e yp a r to fb u i l d i n ge c o l o g i c a l b a n k - b o wt op l a n t i n gv e g e t a b l e so nt h eb a n ki ss t u d i e d t h em a j o rr e s u l t sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) t h ek i n d so fv e g e t a b l e st h a tp l a n to nt h eb a n k sa r es c r e e n e do u t t a k e c h l o r o p h y l l o u s c o n t e n ta n dp h o t o s y n t h e s i sa si n d e x e st os c a l et h ee n d u r a n c eo f v e g e t a b l e si nd i f f e r e n ti n u n d a t i o nh e i g h ta n dd u r a t i v ep e r i o d i tt u r n so u tt h a tt h e e n d u r a n c eo fp e n s a c o l a b a h i a g r a s s ( p a s p a l u mn o t a t u r n ) i s t h e s t r o n g e s t ；r e e d c a n a r y g r a s s ( p h a l a r i sa r u n d i n a c e al ) a n dt a l lf e s c u e ( f e s t u c ae i a t ak e n g ) t a k e s e c o n dp l a c e w h i t ec l o v e r ( t r i y o l i u mp r a t e n s el i n n ) s u r v i v e da f t e rt h ef l o o do nt h e h a l f - i n u n d a t i o nc o n d i t i o n a n do nt h ef u l l i n u n d a t i o nc o n d i t i o np e r e n n i a lr y e g r a s s m u t t i f l o r u m ) a n db e r m u d a g r a s s ( c y n o d o nd a c t y l o n 仁i n 叫p e r s ) m a ys u r v i v e do n l y f o r5 - 15d a y s t h es i g h to fe c o l o g i c a ls l o p ei sc o n s i d e r e d s i n c ed u r i n gs u m m e rt h e s l o p ei si n u n d a t e dw i t ht i d e w a t e r ，t h es i g h to fs l o p ed u r i n ga u t u m i l a la n ds p r i n gi sm o r e i m p o r t a n t b e c a u s eo ft h ea b o v e ，t h es c h e m eo fm i xp h a l a r i sa r u n d i n a c e al ，t r i f o l i u m p r a t e n s el i n n ，f e s t u c ae l a t ak e n ga n dl m u t t i f l o r u mt o g e t h e rt op l a n to ne c o l o g i c a l s l o p ei sd e c i d e d ( 2 ) c o m p a r e dw i t hs o i l ，t h e s u b s t r a t e sp r o v i d em o r es u i t a b l ee n v i r o n m e n tf o r v e g e t a b l e s c o n s i d e r i n gt h eb a n ki sl a i db yc o n c r e t eb r i c k w o r k sa n dc o n c r e t ee m i t t e d a l k a l e s c e n tm a t e r , t h es u b s t r a t e st h a tc o n t a i n e dm o r et h a n5 0 a c e t i cc h a f fa r eu s e d a n dt h es u b s t r a t ew h i c hi sm a d eo f7 0 a c e t i cc h a f ta n d3 0 s o i li ss u i t a b l ef o r f e s t u c ae l a t ak e n ga n dt r i f o l i u mp r a t e n s el i n n b u tp h a l a r i sa r u n d i n a c e al ? a n d 工m u t t i f l o r u ma r eg r o wb e t t e ri nt h es u b s t r a t ew h i c hi sm a d eo f 5 0 a c e t i cc h a f f , 2 0 r e e dp o w d e ra n d3 0 s o i l ( 3 ) t h ef o u rk i n d so fv e g e t a b l e st h a tm e n t i o n e da b o v ea r et r a n s p l a n t e di nd i f f e r e n t s u b s t t a t e s ，w h i c hs e tu po nt h eb a n ko fy a n g t s er i v e r , i nj a n u a r y , f e b r u a r ya n dm a r c h r e s p e c t i v e l y a n dt a k et h el e n g t ho fv e g e t a b l e sa si n d e xt oo b s e r v et h eg r o w t ho f v e g e t a b l e st h a tt r a n s p l a n t a td i f f e r e n tt i m e s i ts h o w st h a tt r a n s p l a n tv e g e t a b l e si n 江苏大学硕士学位论文 f e b r u a r yi sb e u e rt h a ni nj a n u a r ya n dm a r c h ( 4 ) a c c o r d i n gt ot h ed a t ao fe x p e r i m e n t a t i o n ，d y n a m i cv e g e t a lm o d e l i n gi ss e tu p m o d e l so fp h a l a r 括a r u n d i n a c e al ，上m u t t i f l o r u m ，f e s t u c ad a t ak e n ga n dt r i f o l i u m p r a t e n s el i n n a r ec l o s e ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h e i rl e n g t h sa r en e a rt ot h ec u b i c e q u a t i o nc u l v e i no r d e rt oe s t i m a t et h es i g h to fe c o l o g i c a lb a n k ，t h er e l a t i o nb e t w e e n l e n g t ha n dc o v e rr a t ei ss e a r c h e d t h em o d e lo f 三m u t t i f l o l “mi sn e a rt ot h ec u b i c e q u a t i o nc u r v ea n dt r i f o i i u m p r a t e n s el i n n i sn e a rt ot h es i g m o i dc u r v e ( 5 ) f i e l dt e s ti sc a r r i e dt h r o u g h i ts h o w st h a tt a k et h el a n d s c a p i n ga so b j e c t ，p l a n t p h a l a r i sa r u n d i n a c e al a l lo v e rt h eb a n ka n da m o n gp h a l a r i sa r u n d i n a e e a 上，w h i c h g r o wo nt h eu p s i d eo f b a n k s ，p l a n tt r i f o l i u m p r a t e n s el i n n ，工m u t t i f l o r u ma n df e s t u c a e l a t ak e n gg a i nt h eb e s ts i g h to fa r r a n g ei np a i r so rg r o u p s t h es p h e r i c i t yb r i c k w o r k w h i c hm a d eo f c o n c r e t ei so p t i m u mt ob u i l de c o l o g i c a lb a n ko f t h ey a n g t z er i v e k e y w o r d s ：e c o l o g i c a lb a n k ，s u b s t r a t e ，p h a l a r i sa r u n d i n a c e al ，上m u t t i f l o r u m f e s t u c ae l a t a 缸碍乃i f o l i u m p r a t e n s el i n n 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名：荔f 影 莎绰，月彩日 指导教师签名：么錾，一帚 j o 年g 月少6 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：荔彬 日期：汐年厂月衫日 江苏大学硕士学位论文 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 长期以来，人们对河道护坡的功能都定义在护坡抗洪方面，因此河道护坡都 采用比较坚硬的浆砌石、干砌石、现浇或预制混凝土块体以及土工模袋混凝土护 坡等形式。这种传统护坡形式是在一定历史条件下形成的，它在稳定河道、行洪 排涝方面发挥了较大的作用，但随着社会经济的发展这种护坡方式也越来越显得 有所欠缺【1 4j ，主要表现在以下几个方面： 一是对景观环境的影响。整齐划一的河道断面、笔直的河道走向，固然是一 种景观，但是它与现代人们追求的回归自然不相一致，与现代城市河道周边无论 现代或古典的建筑艺术都极不相称，与周围环境也极不协调。无论块石还是混凝 土都是坚硬、耐压的无机材料，上面不长一草一木，铺到哪里，哪里就是灰白色 一片，缺乏生机，一旦结构老化破损，就形成河边建筑垃圾，环境景观受到影响。 二是对生态环境的影响。非生态护坡采取的是封闭护坡形式，河道中的各种 水生植物难以在坚硬的结构坡面上生长，各种水生动物也因此失去了生存空间， 整个生态系统的生物链被断开，生态失去平衡。更有甚者，河道护坡和护岸结构 还采用全断面护砌的结构，对生态环境的破坏就更加严重。大量采用这种护砌方 式会使城市地面形成一层不透水的薄壳，时间久了会造成城市地下水位大面积降 低，建筑物下沉。 三是对人类生存环境的影响。在非生态护坡保护下的河道失去了原有的水边 环境和水环境的功能，人们失去了娱乐、休闲和亲水的好去处，城市也因之失去 了灵气和精神，人们的心情常受到严重影响，身体感觉缺少了活力，工作也失去 了动力。此外刚性护砌材料大量吸收阳光热能，夏季护砌表面温度一般可达4 0 6 0 ，加剧了城市热岛效应，影响着人类的生存环境。 由于传统护坡形式存在上述的种种不足，生态护坡技术应运而生。国外一般 把生态护坡定义为：单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合 以减轻坡面的不稳定性和侵蚀的护坡方法【4 j 。对生态护坡技术的描述至今还没有一 蜂统一的术语，英文有称b i o t e c h n i q u e ，s o i lb i o e n g i n e e r i n g 或r e v e g e t a t i o n 等 国内也有植被护坡、植被固坡、坡面生态工程等名称【4 捌。 1 蔺于河道的生态护坡也称为生态堤。生态堤可分为三种：自然原型护坡： 江苏大学硕士学位论文 主要采用种植植被护坡，以保持自然堤岸特性；自然型护坡：不仅种植植被， 还采用天然石材、木材护底，以增强堤岸抗洪能力；多种人工自然型护坡：在 自然型护坡的基础上，再用钢筋混凝土等材料，确保大的抗洪能力。 与传统护坡形式相比，生态堤除了具有抗洪作用外还有其自身的特点和生态 功能：复合型生物共生的生态系统：生态护坡把水、河道与堤防、河畔植被连 城一体，构成一个完整的河流生态系统；滞洪补桔、调节气候：生态堤上的植 被具有涵蓄水分的作用，同时，河堤土壤中有大量的动物和微生物，使河堤土壤 具有很高的空隙率。丰水期，水向堤中渗透储存，减少洪灾；桔水期，储水反渗 入河或蒸发，起着滞洪补枯、调节气候的作用。增强水体的自净作用：水体自 净作用是指有机污染物受氧化作用而变成无机物的过程。由水、水生动物、水生 植物组成的河流生态系统，能增强水体的自净化作用，改善河流水质。增强城 市自然景观：生态堤在两岸建起绿色长廊，为花、蝶、蜂、鸟等返迁创造条件， 增强城市的自然景观，为人们的休憩、娱乐、接近大自然提供了良好的场所口”。 我国的江河数量众多，每年国家都投入巨大的资金进行江河堤防加固，但大 多数的堤防仍是自然的裸露面，实现工程护坡的只是其中一小部分，采取生态护 坡技术的更少。将植物种植在非险工段的江河堤防的背水坡和迎水坡的护坡上， 不仅能够达到较好的护坡效果，而且节约大量资金，为保护堤防安全探索出了一 条新技术。目前对生态护坡技术应用于常规河道公路护坡的研究已受到了广泛的 关注，但在长江滨江大潮位变化下应用生态护坡技术的研究尚未见报道，本研究 将在此方面进行尝试。本研究在镇江长江北固山段的堤岸上进行试验，研究植物 在生态堤上的适应性，及其在生态堤上的景观效果，为在长江沿岸城市区域内改 造现有护坡，建立生态护坡进行探索性研究。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 生态护坡技术的应用在国外发达国家已有很长的历史，如美国于1 9 3 6 年在南 加利福尼亚州的a n g e l e sc r e s t 公路边坡治理中就应用生态护坡技术 1 ”，日本的生 态护坡几乎与其公路建设同步发展，至今已有半个多世纪的历史，获得了多项生态 护坡技术的专利 1 3 - 1 6 。在英国，生态护坡的方法始于2 0 世纪4 0 年代末，用于陆地 景观的稳定、堤岸和交通线路边坡的稳定等 1 7 】。法国城市河道建设时地面工程尽 量建成不透水的草地，城市较低的地区或河道两岸滩地，开辟成公园、绿地球场、 2 江苏大学硕士学位论文 道路等，平时作为交通、公共娱乐场所，当洪水水位较高时作为临时调畜洪水设 旌。 国外生态护坡植物种植的方法主要有以下几类 1 8 - 2 8 】： f 1 ) 植生带 这是一种将植物种子夹在多层无纺土工织物或天然纤维垫中直接密贴在护坡 表面进行快速绿化的方法。该方法优点是植生带中放置草种和肥料，播种施肥均 匀，数量精确，草种、肥料不易移动；植生带具有保水和避免水流冲走草种的作 用：草种出苗率高、出苗整齐、发挥护坡作用快；施工省时、省工，操作简便， 并可根据需要任意栽剪。缺点是对铺设施工要求高、应用范围窄、适应性差。该 方法适合于坡度较缓、坡面平整的土质或砂土类边坡。 ( 2 ) 液压喷播 液压喷播是通过液压喷播机将草坪植物种子、肥料、木质纤维、稳定剂( 如乳 化沥青、聚醋酸乙烯乳液等1 、染色剂和水的混合液均匀洒布在护坡上来进行绿化 的技术。其优点是：施工简单、速度快；成坪速度快，草坪覆盖度大；草 坪均匀度大：适用性广；工程造价低。缺点是：应用有一定局限性，如当 粘土土壤硬度大于2 3m m ，砂土土壤硬度大于2 5m m ( 日本山中式硬度计测定值， 2 5i n t o 相当于1 3 9 7k c m 2 ) 时，该方法不适用。该方法适合于大面积土质或砂土 类边坡，对于土石混合边坡也可使用。 ( 3 ) 网袋工程 这是一种将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网或金属网袋中，然后固定在 护坡表面上进行绿化的方法。该方法网袋埋入斜坡时，应一半露出坡面，一半埋 入坡中，并且每个网袋必须固定。该方法优点是应用范围广、适应性强；缺点是 成本高、施工难度大。适合于土石边坡和岩质边坡。 ( 4 ) 框格工程 这是一种圬工防护措施与生态防护措施相结合的方法，它采取在护坡上砌筑、 装配一定形状的混凝土( 或其它具有一定强度的工程材料) 框格，然后在框格内堆 填土或土袋来进行绿化。该方法框格形式主要有：方格型、拱形型和人字型等。 优点是抗冲刷能力较强；缺点是施工较繁琐。适合于坡度较陡的土质易风化的岩 质边坡。 ( 5 ) 客土种子喷播工程 采用湿式喷枪，通过压缩空气将植物种子、肥料、土壤和水的混合物洒布在 江苏大学硕士学位论文 边坡表面上，形成1 3c m 厚的植被层，再在上面洒布一层乳化沥青或铺设无纺 布以减少雨水冲刷并延缓土壤中水分的挥发。客土种子喷播工程一般多与金属网 或土工网张拉工程组合施工。该方法优点是应用范围广、适应性强、施工效率较 高：缺点是成本高、施工较繁琐。适合于各类土壤成分少、土壤硬度高的挖方边 坡。 ( 6 ) 厚层基材喷播 采用砂浆喷枪，通过压缩空气将植物种子、土壤、有机质基材、水、粘结剂( 水 泥并加p h 缓冲剂，或合成树脂) 等的混合物喷射并粘结在护坡表面，形成3 1 0 c m 厚的有机质植被层。该方法一般多与金属网张拉工程组合施工。该方法优点是： 能够形成肥力高，抗侵力强的基础；施工方便，适应性强；能够较好解决 岩质边坡绿化。缺点是成本高、施工工作量大。该方法适合于各类岩质边坡。 ( 7 ) o h 液植草护坡 该技术是通过专用机械，将新型化工产品o h 液等与水按一定比例稀释后和 草籽一起喷洒于坡面，使之在极短时间内硬化，而将护坡表土固结成弹性固体薄 膜，达到植草初期边坡防护目的，3 6 个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解，此 时草种已发芽、生长成熟，根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效 果。该方法优点是施工简单、迅速，不需后期养护，边坡防护、绿化效果好等。 缺点是这些产品价格较高。该方法适用于贫瘠的土质边坡和风化严重的岩石边坡。 ( 8 ) 植被型多孔混凝土护坡 该技术的研究始于2 0 世纪9 0 年代中期。该方法是在多孔混凝土的孔隙中填 入种籽、保水剂、有机质和肥料等的混合物，然后浇水促使植物发芽。该技术的 特点是：这种复合材料刚柔并举很好的解决了土壤、基层与岩体的适应性，也使 养分的保持更为有效，很多植物都能在植被生态型混凝土上很好的生长。在护坡 结构中可以利用生态混凝土预制块体进行铺设，或直接作为护坡结构，既实现了 混凝土护坡，又能在坡上种植花草，美化环境，使绿化与硬化完美结合【l ”。坡面 结构稳定，造型美观、规整，同时具有很好的环境效益。缺点是施工复杂，造价 较高，它的护坡工程费用为2 00 0 0 3 00 0 0 日元，所以目前的应用范围有限 5 , 2 9 1 。 该方法适用于风化岩石、坚硬岩石边坡，经简化也可用在土质边坡或平地。 1 2 2 国内研究概况 国内在生态护坡技术应用方面的研究起步较晚，2 0 世纪9 0 年代以前一般多采 用撤草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架植草等护坡方法。1 9 8 9 年，广东省水 4 江苏大学硕士学位论文 利水电科学研究所从香港引进l 台喷播机，开始在华南地区进行液压喷播试验。 1 9 9 3 年，我国引进土工材料植草护坡技术，随后土木工程界与塑料制品生产厂家 合作，开发研制出了各式各样的土工材料产品，如三维植被网、土工格栅、土工 网、土工格室等，结合植草技术在铁路、公路、水利等工程的边坡中陆续得到应 用 3 0 】。 2 0 0 0 年以后我国在借鉴国外生态护坡技术的基础上，对生态护坡技术的研究 和应用有了长足的发展。 植生带护坡方法在我国北方边坡绿化、城市园林绿化和水土保持应用较广。 液压喷播在我国的公路、铁路等边坡绿化，以及城市园林绿化和水土保持等中得 到了广泛的应用，如在昆曲高速公路，内宜高速公路等使用了该绿化技术，并取 得了较好效果。客土种子喷播工程方法在国内也得到了研究和应用，重庆交通科 研设计院研制成功的复合营养土喷播植被技术就与该方法类似，该技术在重庆渝 长高速公路风化页岩高边坡和山西南过境高速公路边坡得到了应用。厚层基材喷 播的粘结剂可为水泥或合成树脂，目前使用这两种粘结剂的厚层基材喷播方式在 国内均有研究和应用，如以水泥为粘结材料的厚层基材喷播技术在内昆铁路、株 六铁路及惠河高速公路等进行了现场试验和研究。西南交通大学进行了以合成树 脂为粘结材料的厚层基材喷播技术并取得了成果【1 ”。 此外吉林省水力水利科学研究所的石笼植物复式网格护坡新技术综合了石笼 网格、土工草网垫、土工织物隔离层、草皮植被的工作原理，将工程防护与植被 保护综合成一体，构成了新的复合型护坡【”。黑龙江尝试用尼龙网固草植被护坡， 哈尔滨水利局在松花江北岸进行了“软体土工织物结合植草”护坡试验口”。深圳 将机械化快速种草绿化技术用于深圳河堤岸护坡工程中口2 1 。 纵观国内外的研究现状，生态护坡技术绝大部分应用于公路、矿山、岩石边 坡等陆地环境，对水体环境的应用仅用于河道生态护坡 2 8 , 3 1 , 3 3 - 3 6 】。将生态护坡技术 用于存在大水位变化的水体沿岸护坡的研究尚不多见，有必要在此方面进行探索 和研究，为生态护坡技术的进一步应用提供依据。 1 3 主要研究内容 本文对生态护坡技术用于长江堤岸进行探索性研究。研究所在的地点为长江 镇江北固山段的岸边，由于受长江水位一年季节性的枯水期、平水期和丰水期交 替变化的影响，生态堤上发生非淹水区、半淹水区和淹水区的周期性变化。本课 江苏大学硕士学位论文 题结合国家8 6 3 水环境重大专项，主要在以下方面进行研究： ( 1 ) 滨江生态堤上适宜种植的植物种类筛选研究 在实验室模拟生态堤上的淹水情况，分不同的淹水高度对植物进行淹水试验， 根据植物淹水后叶绿素含量与光合作用的变化来判断植物的耐淹性，筛选生态堤 上拟种植的植物。在生态堤上种植筛选出的植物，观察植物经历江水水位变化后 的生长情况。建立植物株长与覆盖率的关系模型，在确保生态堤稳定的前提下尽 可能的实现其景观怡人，四季常绿。 ( 2 ) 适合于滨江生态堤的基质配方筛选研究 采用不同配方基质种植植物，观察植物的生长情况，找出不同植物适宜的配 方基质。在进行配方基质的选取时既要考虑生态护坡上的混凝土砌块随时间的延 迟逐渐散发出碱性物质对植物生长环境的影响，又要考虑植物种植初期基质的酸 性不能过酸而烧坏植物的根系，应尽量使植物始终处于适宜生长的酸碱度范围内。 ( 3 ) 滨江生态堤植物适宜移栽期研究 在对滨江生态堤上植物种类与基质配方筛选的基础上，分别在一、二、三月 份将植物移栽到生态堤上。观测比较在不同时期栽培的植物的生长情况，确定生 态堤上移栽植物的最佳时间。并对植物种类、基质的配方及植物移栽时间进行组 合优化，确定滨江生态堤建设的最优旌工方案。 ( 4 ) 滨江生态堤植物的生长动态模拟 根据试验得到的数据模拟植物的生长，对植物在不同配方基质中的生长状况 进行分析，建立植物在滨江生态堤上生长的数学模型。 ( 5 ) 滨江生态堤植被建成技术的景观效果研究 根据试验中得到的长江滨江生态堤上植物适宜种植的种类、适宜的基质配比 及适宣的移栽期等，在试验区进行植被建成技术综合试验与示范。确定长江滨江 生态堤植被种植的最佳搭配方式，以及生态堤建设中最适宜选用的混凝土砌块类 犁。 6 江苏大学硕士学位论文 2 1 自然条件 第二章试验区域概况 2 1 1 研究地概况 镇江市位于长江中下游平原，地处沪宁工业带、长江和运河十字交汇点。内 江北固山湿地位于镇江北固山脚下，其地理坐标为东经1 1 9 。2 8 ，北纬3 2 0 1 5 ，该 地区采用镇江地方坐标系约：x 为4 9 6 0 0 ，y 为3 5 6 5 3 5 。 2 1 2 水文地质条件 根据镇江市水文资料的观测结果显示，该区域丰水期一般出现在7 、8 、9 月 份，水位可达到6 7 m ，平水期一般出现在4 、5 、1 0 、1 1 月份，水位可达到4 5 m ，枯水期一般出现在1 、2 、3 、1 2 月份，水位在4 m 以下，潮汐性质属非正规 半日浅海潮，滩面月涨落差可达8 0 c m 。 警戒水位以下的生态堤防坡面通常随着一年季节性的枯水期、平水期和丰水 期的交替变化，发生非淹水区、半淹水区和淹水区的周期变化。 2 1 3 气象条件 该湿地受季风影响，属暖温带向北亚热带过渡的季风气候，气候湿润温和， 全年无霜期2 4 0 2 6 0 天，年积温5 0 0 0 6 5 0 0 ，且四季分明。 气温：年平均气温1 5 4 ，一月最冷，最低气温一1 2 ( 1 9 6 9 2 5 ) ，七月最 热，最高气温4 0 9 ( 1 9 5 9 8 _ 3 ) ，高温季节( 7 8 月) ，月平均气温2 8 1 ，低温 季节( 1 2 月) ，月平均气温2 。c 。 降雨：年最大降雨量1 8 0 1 1 m m ，月最大降雨量2 6 2 5 m r n ( 1 9 7 2 7 3 ) ，年平均 降雨量1 0 7 4 o m m ，仝年雨时4 6 天( 以大于l o m m 降雨计) ，雨季集中在七、八、 九三个月，降雨量总和占全年的2 0 5 0 ，年最大蒸发量1 7 5 5 9 m m ，最小蒸发量 8 4 7 m m ，平均蒸发量1 2 7 6 7 m m ，年最大积雪深度1 4 c m ，最大冻结深度9 c m 。 气压与风速：绝对最高气压1 0 1 4 5 m b a r ( 1 9 6 7 年) ，绝对最低气压1 0 1 1 3 m b a r ( 1 9 5 9 年) ；年最大风速1 6 米，秒，平均风速3 4 米秒。主要风向：夏季为东、东 南风，冬天为东北风；年平均相对湿度7 6 ，平均雾日l o 5 天，最多雷暴日数3 7 天。 7 江苏大学硕士学位论文 2 14 研究区域土壤类型 该湿地土壤主要为非地带性的淤积潮土，潮滩底质为软相沉积物，沉积物类 型多为粘土质粉砂，其次有砂质粉砂、粉砂质砂及细砂。由于潮滩的地貌部位和 动力条件的差异，潮滩沉积物具有明显的沉积分带现象，滩地高程愈高，物质愈 细，反之则愈粗。 2 2 生态堤建设的目标与原则 生态堤就是在组成护坡的混凝土砌块中留出植物生长的空间，在再生生物群 落的同时，建设具有一定抗洪强度的江河护堤工程 1 l 】。传统的护坡工程的确为人 类治理江河湖海起到了巨大作用，保护了人们的生命财产安全。但是这些工程只 是从防洪排涝的角度考虑，很少顾及环境景观方面的要求。随着社会的发展，人 们对生态环境景观的要求不断提高，希望护坡在具有防洪排涝功能的基础上兼具 保护生态环境、美化环境的作用，使生态堤成为城市中一道亮丽而独特的风景， 为人们提供一个休闲娱乐的场所和“亲水”的机会。因此采用生态护坡技术，建 设生态堤是社会发展的需要，也是环境生态建设的要求。 2 2 1 生态堤建设的目标 植物护坡的目标是通过一定的施工技术，在护坡上建立一个植物种群，实现 自然生态环境，防止水土流失和雨水侵蚀，使护坡更加稳定美观 3 7 , 3 8 】。建设生态 堤可以使护坡在实现防洪排涝作用的同时，实现其景观效果和经济效益。 2 2 2 生态堤建设的原则 生物措施与工程措施相结合。生态堤的建设如果一味依靠植物措施，强度 不够，不足以抗洪。 植物的配置方法必须因地制宜。在生态堤上种植植物，必须根据水文气 候条件来筛选。淹水区植物筛选的原则包括：a 植被适应性强，即既能适应陆地环 境又能适应湿地环境；b 植被的去污能力强；c 植被的景观效果好；d 植被能保 持堤防的安全与稳定。 生态防护与景观美化相结合。生态堤功能以护堤为主，兼顾保护水质、防 止水土流失、增加景观生态的多样性和美化环境。 经济、生态和社会效益相结合。有些护坡技术虽然效果好，但不符合我国 国情。如日本一些地方采用的植被型多孔混凝土护坡方法，每平方米的价格高达 江苏大学硕士学位论文 2 8 0 0 4 5 0 0 元，现阶段不宜在我国应用。 22 3 生态堤植被护坡的原理 植被的力学效应 6 】 a 深根的锚固作用 植物的垂直根系穿过坡体浅层的松散风化带，锚固到深处较稳定的岩土层上， 起到预应力锚杆的作用。禾本科、豆科植物和小灌木在地下0 7 5 1 5m 深处有 明显的土壤加固作用，树木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。 b 浅根的加筋作用 植物的根系在土中错综盘结，使边坡土体在其延伸范围内成为土与草根的复 合材料，浅层草根可视为带预应力的三维加筋材料，使土体强度提高。 植被的水文效应【6 j a 降低坡体孔隙水压力 降雨是诱发边坡滑动的重要因素之一，边坡的失稳与坡体水压力的大小有着 密切关系。植物通过吸收和蒸腾坡体内水分，降低土体的孔隙水压力，增加土体 吸力，提高土体的抗剪强度，有利于边坡体的稳定。 b 降雨截留，削弱溅蚀 一部分降雨在到达坡面之前就被植被截留，以后重新蒸发到大气层或下落到 坡面。下落的雨滴在打击坡面时，把动量传递给土体，产生的分裂力使土体颗粒 分离飞溅，在滴溅过程中，雨滴动量越大，撞击分裂力越大，被溅出的土粒数量 也越多，植被能拦截高速下落的雨滴，减少雨滴数量、滴溅能量及飞溅的土粒。 2 3 研究区域生态堤砌块类型概述 本试验区域水位季节变化大，处于警戒水位以下的坡面经常受到水流冲刷、 淘刷作用，这种作用容易带走基质和土中细颗粒，并形成连通通道，影响堤防的 稳定性，危及堤防安全，长时间的浸泡还会降低土体的抗剪强度、不利于堤防的 整体稳定。通过研究分析，计划采用国外常用的生态混凝土球状砌块、仿石砌块、 格状砌块和自然石砌块四种坡面护坡技术，由于这种生态的护坡技术改良了全坡 面混凝土板的传统护坡，为植被生长留了很多的空间。这些生态护坡技术能适用 于大江大湖，在国际上已经有很多成功的使用例子，具有广阔的产业前景，将这 种先进生态护坡技术引进国内，是一种趋势和必然。但要使它在我国得到实际推 广应用，仍有很多问题有待于研究解决。 9 江苏大学硕士学位论文 23 1 生态混凝土球状砌块 植物之所以能在土壤中生长，在于土壤具有较高的空隙率，同时土壤具有透 气性和保水性，适宜的酸碱度，能够提供植物生长所需的空间和必要的养分，但 土壤强度低，抗侵蚀能力弱。植生型生态混凝土是具有与土壤相同空隙率的混凝 土，且强度高，抗侵蚀能力强，由于混凝土内部存在连续空隙，从而具有良好的 透水性和透气性，能使一定根系的植物在其中生长。( 见附图1 ) 2 3 2 仿石砌块 仿石砌块是采用特殊模具由混凝土浇筑而成，并且预留有大量孔洞的混凝土 砌块。仿石砌块护坡技术就是通过预埋于仿石砌块中的钢筋扣将其连接起来，铺 在平整后的岸坡上，同时在砌块：f l ? n 中充填腐殖士、种子、缓释肥料、保水剂等 混合材料，并在混凝土表层采用植物纤维覆盖，创造适宜植物生长的环境，种子 发芽生长后形成植被。采用这种护坡型式能承受较大的冲刷力而不会使土壤被冲 走。( 见附图2 ) 23 3 格状砌块 格状砌块是由植生型生态混凝土预制而成的砌块。格状砌块护坡技术就是用 钢筋将格状砌块连接起来，土坡平整成型后，在其上铺设细砂和碎石形成反滤层， 在反滤层上铺设格状砌块，用钢筋联接件将格状砌块连成一个有机整体。在格状 砌块的方孔中充填营养土，播种草种，等植被达到一定的覆盖率后就形成了吸收 表面污染径流的格状砌块生态护坡。格状生态护坡不仅可以达到河道护坡的要求， 而且通过对表面径流的净化，起到了对生态环境的保护作用，同时还兼有景观的 功能。( 见附图3 ) 23 4 自然石砌块 自然石生态护坡是指在土坡平整成型后，在其上铺设防护材料，形成护坡基 层，在此基层之上铺设互不接触的天然石块，根据抗冲刷的要求，自然石之间保 持一定的间距，这样可以在天然石块之间填充营养土，种植各种美化环境的植物， 对表面径流进行第一道过滤与净化。( 见附图4 ) 2 4 本章小结 本章首先介绍了研究区域的地理位置、水文地质条件、气象条件和土壤类型 江苏大学硕士学位论文 等自然条件。分析了我国护坡的现状，阐述了生态堤建设的必要性。概括介绍了 生态堤建设的目标、原则，生态堤植被护坡的原理等，并对研究区域生态堤砌石 类型进行了简要的阐述，为本研究提供了丰富的背景资料。 江苏大学硕士学位论文 第三章植物耐淹性研究及生态堤适宜植物种类筛选 植物的种类有很多，但每种植物都有其适宜生长的环境，而每一个特定的环 境又有其比较适宜的植物。长江滨江生态堤受到长江水位周期性变化的影响，因 此在确定拟种植在长江滨江生态堤上的植物种类时，首先要尽可能考虑所选的植 物具有较强的耐淹性。本章对生态堤拟种植草坪植物的耐淹性进行试验研究，筛 选生态堤适宜种植的植物种类，为建立具有较好景观效果的生态堤植被提供科学 依据。 3 1试验材料 根据生态堤植物筛选的原则和对本地主要绿化草种生理生态的分析，在实验 室耐淹性试验中，初步选择了黑麦草、高羊茅、三叶草、狗牙根、百喜草、祷草 等牧草作为供试植物。 黑麦草( m u t t i f l o r u m ) 为禾本科植物，喜温暖湿润土壤，适宜土壤p h 为6 7 ， 可于1 1 月至次年6 月播种，其耐寒能力较强，可越冬，第二年3 月初就开始萌芽， 在昼夜温度为1 2 2 7 。c 时再生能力强 3 9 , 4 0 l 。黑麦草须根发达，但入土不深，丛生， 分蘖很多。光照强，日照短，温度较低对分蘖有利】。由于黑麦草抗寒、耐肥， 分蘖多，再生长快，净陈、粮( 果、经) 草轮、间、套作、草与草混播、冬闲田 土种植或用以改良草山坡的效果都非常理想 4 2 1 。渝北区的气候和土壤条件很适宜 黑麦草的生长。 高羊茅( f e s t u c ae l a t ax e n g ) 是禾本科羊茅，属多年生草本植物，为丛生型禾 草。高羊茅的生长具有广泛的适应性，其耐寒能力和耐热、耐旱及耐潮湿能力均 很强，在p h 值为4 7 9 0 的土壤上都能生长良好，最适宜的p h 值为5 7 6 0 。可用 种子直播，也可进行分株移栽，种子直播在春、夏、秋三个季节均可，以秋季播 种最好；分株移栽，四季都可进行，以春、秋季移栽效果最好【4 引。高羊茅耐土壤 潮湿，也可忍受较长时间的水淹，常用作排水道旁草坪 4 4 】。在我国的长江流域的 广大地区，由于其较长的绿色期，能保持常年绿色，高羊茅草坪受到人们的欢迎【4 5 1 。 三叶草( t r i f o l i u m p r a t e n s el i n n ) 为豆科，属多年生草本植物，分白花三叶草和 红花三叶革。三叶草喜光及温暖湿润气候，生长适宜温度为2 0 2 5 ，春秋季均 可播种，在华东地区，秋季以9 月上中旬为好，春播以3 月下旬至4 月上旬为好 4 6 j 7 1 。 江苏大学硕士学位论文 白花三叶草( t r i o f l i u mr e p e n s ) 耐寒性强，绿期很长，气温降至o c 时部分老