水利工程中生态护坡技术的综合研究与实践

摘要： 随着社会对生态环境保护意识的不断增强，水利工程中的生态护坡技术逐渐成为研究与实践的重点领域。本文深入探讨了生态护坡技术在水利工程中的设计要点，详细分析了多种常见生态护坡技术类型及其原理，并通过实际案例对其实践效果从生态、经济和社会等多维度进行了全面评估。研究结果表明，生态护坡技术在实现水利工程防护功能的同时，能有效促进生态平衡、节约成本并提升社会效益，为水利工程的可持续发展提供了关键支撑。

一、引言

水利工程作为保障水资源合理利用与调配的重要基础设施，其护坡工程对于维持工程结构稳定、防止水土流失起着至关重要的作用。传统护坡方式多侧重于工程力学性能，如采用混凝土、浆砌石等硬质材料护坡，虽能满足短期的稳定性需求，但长期来看，这类护坡方式对生态环境产生了诸多负面影响，如阻断水陆生态联系、减少生物多样性等。生态护坡技术的出现，旨在解决传统护坡工程与生态环境保护之间的矛盾，实现水利工程与自然生态的和谐共生。

二、生态护坡技术设计原理与要点

（一）植被护坡

植物选择依据

需综合考虑当地的气候条件，包括温度、降水、光照等因素。例如，在干旱地区应优先选择耐旱性强的植物品种，如仙人掌科植物（部分可用于护坡植被搭配）、梭梭等；而在湿润多雨地区，则可选用对水分需求较高的植物，如菖蒲、美人蕉等水生或湿生植物用于滨水区域护坡。

土壤特性也是关键因素。不同植物对土壤质地、酸碱度、肥力等有不同的适应范围。例如，豆科植物如紫花苜蓿等，能在贫瘠土壤中生长并具有固氮作用，可改善土壤肥力，适合用于土壤肥力较差的护坡区域。

水利工程的特定要求也不容忽视。对于水流速度较快、冲刷力较大的坡面，应选择根系发达、茎秆坚韧的植物，如芦苇，其根系能够深入土壤并形成庞大的根系网络，有效抵抗水流冲刷。

种植模式与布局优化

种植模式可采用混播、间作等方式。混播不同种类的草本植物，如高羊茅与早熟禾混播，能够充分利用空间资源，提高植被覆盖度和稳定性。间作木本与草本植物，如在坡顶种植乔木如杨树，坡中下部种植草本植物，可形成多层次的防护结构，增强护坡效果。

布局上，根据坡面地形和水流方向进行规划。在水流入口处和坡脚等易受冲刷区域，可设置植被缓冲带，采用密集种植的方式，如种植密集的狗牙根草带，以降低水流速度，减少土壤侵蚀。

（二）土工材料复合种植基护坡

土工格室护坡设计

土工格室的尺寸设计应根据坡面的坡度和长度精确计算。一般来说，坡度较陡、坡面较长时，需要选择较大尺寸和较高强度的土工格室。例如，在坡度大于 30°、坡面长度超过 50 米的护坡工程中，可选用格室高度为 20 厘米以上、片材厚度为 1.5 毫米以上的土工格室。

格室内的填充材料选择与配比也至关重要。填充土应具有良好的透气性和保水性，可添加适量的有机肥和保水剂。种子的选择要考虑与填充土的适应性和护坡功能需求，如在易发生水土流失的坡面可选择根系生长迅速的草种如黑麦草种子与固氮植物种子如三叶草种子混合填充。

生态袋护坡设计

生态袋的材质选择要注重环保性、耐久性和透水性。常用的材质有聚丙烯等，其透水系数应控制在合适范围内，既能保证土壤水分的排出，又能防止土壤颗粒的流失。例如，透水系数一般在 0.01 - 0.1 厘米 / 秒之间较为适宜。

生态袋的堆叠方式应根据坡面的稳定性要求确定。对于较陡的坡面，可采用错层堆叠或阶梯式堆叠方式，并配合锚杆、土工格栅等加固措施。例如，在坡度大于 45° 的坡面，采用每隔 2 - 3 层生态袋设置一道锚杆固定，确保生态袋护坡的整体稳定性。

三、生态护坡技术实践效果评估

（一）生态效益

土壤侵蚀控制

通过在多个水利工程护坡项目的对比监测发现，生态护坡技术在土壤侵蚀控制方面表现卓越。以某山区水库护坡工程为例，采用植被护坡与土工格室复合护坡技术后，坡面土壤侵蚀模数从传统护坡的每年每平方公里 5000 - 8000 吨降低至 500 - 1000 吨，减少幅度高达 80% - 90%。植被的根系能够固着土壤颗粒，土工材料则增强了坡面的抗冲刷能力，两者协同作用有效遏制了土壤流失。

生物多样性促进

对实施生态护坡工程的河岸带区域进行长期生物调查发现，生物多样性得到显著提升。在某河流生态护坡工程实施后的 5 年内，植物种类从最初的 10 余种增加到 30 余种，昆虫种类增加了 20 多种，鸟类栖息种类和数量也明显增多。生态护坡为各类生物提供了食物来源、栖息场所和繁殖空间，如生态袋护坡上的植物花朵吸引了蜜蜂、蝴蝶等昆虫，而昆虫又为鸟类提供了食物，形成了完整的生态链。

水质净化效能

生态护坡对坡面径流中的污染物具有良好的净化作用。在一项针对城市河道生态护坡的研究中，经过植被护坡区域的坡面径流，化学需氧量（COD）浓度降低了 20% - 30%，氨氮浓度降低了 30% - 40%。植物通过吸收、吸附和微生物降解等作用，去除了径流中的氮、磷等营养物质和有机污染物，有效改善了水体质量，减轻了下游水体的富营养化压力。

（二）经济效益

建设与维护成本分析

虽然生态护坡技术在初期建设时，由于植物采购、种植以及土工材料费用等因素，成本相对传统护坡可能会增加 10% - 20%。但从长期维护角度来看，生态护坡具有明显的成本优势。例如，传统混凝土护坡在运行 10 - 15 年后，可能因裂缝、剥落等问题需要大规模维修和加固，费用高昂；而生态护坡在成坪后，仅需定期进行简单的修剪、补植等维护工作，其 20 年的总维护成本较传统护坡可节省 30% - 50%。

土地资源增值

生态护坡能够提升周边土地资源的价值。在城市滨水区域，采用生态护坡技术打造的景观河岸带，提高了周边房地产的吸引力和价值。据统计，在某城市河道生态护坡工程实施后，周边土地价格平均上涨了 10% - 15%，同时也促进了滨水商业和旅游业的发展，为区域经济带来了新的增长点。

（三）社会效益

景观与休闲功能提升

生态护坡显著改善了水利工程区域的景观风貌，为公众提供了休闲娱乐的好去处。例如，在某大型湖泊的生态护坡工程建成后，沿湖形成了一条绿树成荫、花草繁盛的景观步道，吸引了大量市民前来散步、健身和观赏自然风光，提升了居民的生活质量和幸福感。

科普教育与公众参与

生态护坡工程成为生态科普教育的生动教材。许多水利工程在生态护坡区域设置了科普展示牌、生态观测站等设施，向公众普及生态知识和水利工程原理。同时，通过组织志愿者参与生态护坡的维护和监测活动，提高了公众的生态环保意识和社会责任感，促进了公众对水利工程建设与生态保护的理解和支持。

四、结论

水利工程中的生态护坡技术通过科学合理的设计与应用，在生态、经济和社会等多方面均展现出显著的效益。在设计过程中，充分考虑植被特性、土工材料性能以及工程环境需求是确保生态护坡有效性的关键。实践评估结果表明，生态护坡技术在控制土壤侵蚀、促进生物多样性、净化水质、节约成本和提升社会效益等方面具有不可替代的作用。随着科技的不断进步和对生态环境保护要求的持续提高，生态护坡技术将不断创新和完善，为水利工程的可持续发展注入新的活力，推动水利工程建设与生态保护迈向更高水平的协同发展。未来，应进一步加强生态护坡技术的研究与推广应用，探索更多适合不同水利工程场景的生态护坡方案，以实现水资源的高效利用与生态环境的良性循环。

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