水利工程中生态护坡技术的创新与生态效益评估

摘要：随着水利工程建设的不断发展，生态护坡技术作为一种可持续的工程措施，在保护河岸稳定性的同时，注重生态系统的恢复和保护。本文以凹水河水库工程为例，详细介绍了该工程中生态护坡技术的创新应用，包括护坡结构设计、植物选择与配置等方面。通过实地监测和数据分析，对生态护坡的生态效益进行了评估，包括植被覆盖度、土壤侵蚀控制、生物多样性提升等指标。研究结果表明，生态护坡技术在凹水河水库工程中取得了显著的生态效益，为水利工程生态护坡的设计与实践提供了有益的参考和借鉴。

关键词：水利工程；生态护坡；技术创新；生态效益评估

一、引言

水利工程在水资源利用、防洪减灾、灌溉供水等方面发挥着重要作用，但传统的护坡工程往往忽视了生态系统的需求，导致河岸生态环境退化。生态护坡技术的出现为解决这一问题提供了新的途径。凹水河水库工程作为一项重要的水利工程，积极探索生态护坡技术的创新应用，旨在实现工程建设与生态保护的协调发展。

二、工程概况

凹水河水库工程位于贵州省毕节地区黔西市，是《贵州省水利建设、生态建设、石漠化治理综合规划》的中型水库之一。工程主要任务是向黔西县城供水，兼顾解决工程区周边的灌溉用水，建成后可缓解县城发展与缺水的矛盾。工程建设内容包括水源工程、供水工程和灌溉工程。水源工程由混凝土拱坝、坝顶溢洪道、坝身泄洪兼放空底孔、右岸库首取水口、生态放水系统、下游消能措施等组成；供水工程包括供水泵站、加压泵站和输水管线；灌溉工程主要有灌溉管和末端水池。工程区地处黔西县、大方县交界，地形复杂，生态环境较为脆弱。

三、生态护坡技术创新

（一）护坡结构设计创新

1. 多层次护坡结构

凹水河水库工程地处复杂地形，河岸稳定性面临诸多挑战。为应对此情况，工程创新性地采用多层次护坡结构，融合工程护坡与生态护坡优势。坡脚的浆砌石挡墙采用坚固石材精心砌筑，高度依据坡脚受力分析确定，确保能有效抵御水流淘刷与土体侧向压力。在实际施工中，严格控制挡墙基础埋深与墙体砌筑质量，保证其稳定性。坡面中部的格构梁护坡，格构梁采用高强度混凝土现场浇筑，形状设计为菱形或矩形，间距经力学计算确定，以最佳方式增加坡面粗糙度，降低径流流速。格构梁内填充的种植土经过筛选与改良，富含植物生长所需养分与良好的透气、透水性。施工时，细致铺设种植土，保证厚度均匀，为植物根系创造优质生长环境。坡面顶部的植被护坡，草本植物如狗牙根、黑麦草等，以撒播方式种植，播种量根据植被覆盖率目标科学计算；低矮灌木如紫穗槐、胡枝子等，采用穴植法，种植穴规格依据灌木根系大小确定，保证根系舒展。多层次护坡结构从坡脚到顶部，各层协同作用，适应不同坡位的受力特点，满足植物生长的生态需求，极大提升了护坡整体稳定性与生态功能。

2. 生态袋护坡技术应用

生态袋护坡是凹水河水库工程的亮点。生态袋选用环保且耐用的特殊合成纤维材料，具备卓越的透水、透气与抗老化性能，能适应复杂气候与水文条件。袋内填充的土壤取自工程区附近，经检测与改良，确保适合当地植物生长，植物种子精心挑选乡土植物种子，依据季节与气候条件适时播种。生态袋堆砌时，严格按照设计坡度与层次进行，连接扣采用高强度工程塑料，连接紧密牢固，形成稳固整体结构。在生态袋护坡的日常维护中，定期检查生态袋完整性与植物生长状况，及时修补破损袋子，补充缺失植物，确保护坡长期发挥良好生态效益。随着时间推移，植物根系在生态袋内扎根生长，穿透袋子深入土壤，与坡面紧密结合，形成强大的护坡网络，显著增强抗冲刷能力，同时透水性能有效排除坡面积水，降低滑坡风险。

（二）植物选择与配置创新

1. 乡土植物优先原则

凹水河水库工程所在区域具有独特的气候与土壤条件，乡土植物在长期进化过程中适应本地环境。狗牙根具有发达的匍匐茎，能快速覆盖坡面，耐践踏且耐旱；黑麦草生长迅速，根系发达，能有效固土；紫穗槐根系具根瘤菌，可改良土壤肥力；胡枝子枝叶繁茂，能有效截留雨水。这些乡土植物的选用，充分考虑其生态适应性与抗逆性，它们能在较少人工干预下迅速在坡面上定植生长，快速形成植被覆盖，有效控制坡面水土流失。同时，乡土植物与当地昆虫、鸟类等生物在长期进化中形成共生关系，为其提供食物与栖息场所，吸引众多本地生物栖息，促进生态系统的自然恢复与发展。

2. 植物群落配置优化

根据凹水河水库工程坡面不同位置的光照、水分等环境因子差异，进行植物群落优化配置。在光照充足、水分条件较好的坡面中下部，草本植物如狗牙根、黑麦草等与灌木如紫穗槐、胡枝子等按一定比例混合种植。草本植物迅速覆盖地表，减少土壤裸露，灌木则发挥深层固土与增加植被层次的作用，提高植被覆盖率与生物多样性。坡面顶部，选择耐旱的草本植物如高羊茅、结缕草和低矮灌木如荆条、酸枣等。高羊茅根系深且耐旱，结缕草适应性强，荆条与酸枣根系发达且耐瘠薄。通过这种合理的植物群落配置，实现坡面植被分层生长，不同层次植物相互协作，提高生态护坡生态系统稳定性，形成错落有致的景观效果，与周边自然环境和谐共生。

（三）生态护坡施工工艺创新

1. 精准播种技术

凹水河水库工程的精准播种技术确保生态袋内植物种子良好生长。播种前，对植物种子进行严格筛选与预处理，去除瘪粒、病粒，采用浸种、拌种等方法提高种子发芽率与抗病虫害能力。肥料选用缓释肥，根据植物生长需求确定用量，均匀混入种子中；保水剂采用高吸水性树脂材料，按比例与种子、肥料混合。生态袋填充土壤时，严格控制土壤湿度与紧实度，保证种子在适宜环境中生长。播种后，对生态袋进行适当覆盖与保湿处理，促进种子发芽。在种子发芽与幼苗生长期间，密切监测生长状况，及时补充水分与养分，确保植物茁壮成长。精准播种技术使植物种子在生态袋内均匀分布，为植物生长提供良好开端，提高植物成活率与生长速度。

2. 坡面灌溉系统优化

坡面灌溉系统优化是凹水河水库工程生态护坡施工工艺的关键创新。灌溉系统设计时，综合考虑坡面地形、植被分布与需水规律。滴灌系统中，滴头选用压力补偿式，确保在不同地形条件下均匀滴水，滴头间距根据植物种植密度确定，铺设于植物根系附近，通过管道与水源连接，首部枢纽配备过滤器、施肥器等设备，保证灌溉水质与实现水肥一体化。喷灌系统采用旋转式喷头，喷射半径根据坡面宽度调整，喷头高度与角度可调节，以实现最佳覆盖效果。灌溉系统运行时，依据土壤墒情、植物生长阶段与气象数据，制定科学灌溉制度。在植被生长初期，滴灌系统每天定时开启，缓慢、精准供水，避免坡面径流；植被生长后期，根据空气湿度与植物需水情况，适时启动喷灌系统，增加空气湿度，促进植物生长。同时，雨水收集系统利用坡面集水槽、排水沟等设施收集雨水，经沉淀、过滤后储存于蓄水池，用于旱季灌溉，提高水资源利用效率，实现节水灌溉与生态护坡的可持续发展。

四、生态效益评估方法

（一）监测指标选择

1. 植被覆盖度

植被覆盖度作为反映生态护坡植被生长态势与生态功能强弱的关键指标，对于衡量生态护坡成效具有重要意义。在凹水河水库工程中，为精准获取植被覆盖度数据，采用了先进的图像采集与分析技术。利用高分辨率数码相机，按照预定的监测路线和采样点，在每个季度的固定时间对坡面植被进行多角度拍摄，确保图像能够全面、准确地反映植被生长状况。拍摄过程中，严格控制拍摄高度、角度和光照条件，以减少误差。所获取的图像随后通过专业图像处理软件进行处理，该软件运用图像识别算法，根据植被与土壤背景在颜色、纹理等特征上的差异，精确计算出植被覆盖度。植被覆盖度的提升，意味着坡面土壤得到更有效的保护，土壤侵蚀得以减轻，同时，植被的蒸腾作用和遮阳效果能够调节坡面小气候，降低温度波动，增加空气湿度，为生态系统的稳定发展创造有利条件。

2. 土壤侵蚀量

土壤侵蚀量是评估生态护坡对坡面土壤保护效果的直接指标。凹水河水库工程运用径流小区法开展监测工作，径流小区依据坡面地形、土壤类型和植被分布等因素精心选址和设计，确保其具有代表性。小区面积大小经过科学计算确定，边界采用坚固材料进行隔离，防止外部径流混入。每次降雨后，迅速收集径流小区内产生的径流和泥沙，运用高精度的泥沙含量测量仪器和流量测量设备，准确测量泥沙含量和径流量。依据测量数据，通过特定公式计算土壤侵蚀模数，从而直观地反映出土壤侵蚀的程度。通过对土壤侵蚀量数据的长期监测和分析，能够清晰地了解生态护坡在不同降雨条件下对土壤的保护能力，为工程措施的优化和生态护坡技术的改进提供有力依据。

3. 生物多样性

生物多样性评估涵盖植物物种多样性和动物物种多样性两个方面。对于植物物种多样性，通过系统的实地调查进行评估。调查人员在坡面上设置多个样方，样方大小和形状根据坡面植被类型和分布情况合理确定，详细记录样方内植物的种类、数量、高度、盖度等信息。基于这些数据，运用多种植物物种多样性指数计算公式，如香农 - 威纳指数、辛普森指数等，准确评估植物物种多样性。在动物物种多样性调查方面，采用昆虫陷阱、鸟类观测等多种方法相结合。昆虫陷阱采用不同类型，如马氏网、陷阱瓶等，根据昆虫的习性设置在坡面不同位置，定期收集和鉴定捕获的昆虫种类和数量。鸟类观测则通过定点观测、样线法等方式，借助望远镜等工具观察记录鸟类的种类、数量、行为等。通过对生物多样性数据的综合分析，全面评估生态护坡对生态系统生物多样性的提升效果，判断生态护坡是否为各类生物提供了适宜的栖息和繁衍环境。

七、结论与展望

（一）结论

1. 凹水河水库工程在生态护坡技术领域展现出了卓越的创新能力。护坡结构设计上，多层次护坡结构巧妙融合工程与生态护坡优点，坡脚浆砌石挡墙稳固根基，坡面中部格构梁护坡为植物生长提供理想条件，顶部植被护坡构建自然覆盖层，各部分相辅相成。生态袋护坡技术以其独特优势，增强抗冲刷能力的同时保障排水畅通。植物选择与配置方面，遵循乡土植物优先原则，所选植物与本地环境高度契合，迅速成景并有效控制水土流失，优化配置的植物群落提升了生态系统稳定性与景观效果。施工工艺创新中，精准播种技术确保种子发芽生长，坡面灌溉系统优化实现精准供水与高效节水，这些创新共同构成了水利工程生态护坡的全新技术模式，为行业发展提供了宝贵借鉴。

参考文献：

[1] 许文年. 植被混凝土生态护坡技术的研究与应用进展[J]. 水利学报， 2022（02）： 249-260.

[2] 陈永华. 生态护坡技术在河道整治中的应用与生态效益分析[J]. 水土保持通报， 2023（03）： 339-344.