水利工程中生态护坡技术的创新与生态效益评估

一、引言

水利工程作为调控水资源、保障防洪安全和促进经济社会发展的重要基础设施，在人类社会发展进程中发挥着不可替代的作用。然而，传统水利工程建设往往侧重于工程的功能性，对生态环境的影响考虑不足，导致河道生态系统受损、生物多样性减少等问题日益凸显。生态护坡技术作为一种兼顾工程防护和生态修复功能的新型技术，通过合理的设计和施工，在保证边坡稳定性的同时，能够有效改善河道生态环境，促进生态系统的良性循环。近年来，随着生态环保理念的不断强化和技术创新的持续推进，生态护坡技术在水利工程中的应用越来越广泛，其创新发展和生态效益评估成为当前水利工程领域的研究热点。深入研究生态护坡技术的创新与生态效益评估，对于推动水利工程可持续发展、实现人与自然和谐共生具有重要的现实意义。

二、生态护坡技术的创新类型

2.1 新型材料的应用

在生态护坡技术中，新型材料的应用为提升护坡性能和生态功能提供了有力支撑。生态混凝土作为一种典型的新型材料，具有多孔结构，其内部孔隙率通常在 15%-30% 之间，为植物根系生长和微生物栖息提供了空间，同时具备良好的透水性，能有效调节土壤水分，增强护坡结构的稳定性。土工合成材料如土工格栅、土工网垫等，通过与土体的相互作用，提高土体的抗剪强度，减少水土流失。土工格栅的拉伸强度可达 50-300kN/m ，能显著增强土体的稳定性。此外，可降解材料在生态护坡中的应用也逐渐增多，这类材料在一定时间内能够保持其物理性能，满足工程施工和初期护坡的需求，之后随着时间推移逐渐降解，减少对环境的长期影响，符合可持续发展的要求。

2.2 结构设计的优化

结构设计的优化是生态护坡技术创新的重要方面。传统护坡结构多为刚性结构，对生态环境的适应性较差。新型生态护坡结构采用了更加灵活、多样化的设计理念。例如，采用阶梯式护坡结构，在各级阶梯上设置种植槽，种植不同种类的植物，既增加了坡面的稳定性，又丰富了生物多样性。阶梯式护坡的每级台阶高度一般在 0.3-0.5m 之间，宽度根据实际情况确定，以满足植物生长和行人通行的需求。此外，生态袋护坡结构通过将装有土壤和植物种子的生态袋堆叠成护坡形状，利用生态袋之间的摩擦力和植物根系的固土作用，实现护坡的稳定和生态修复功能。生态袋的尺寸一般为810mm×430mm ，可根据实际工程需要进行定制。这些优化后的结构设计，不仅提高了护坡的工程性能，还增强了其生态服务功能。

2.3 植物选择与配置的创新

植物选择与配置是生态护坡技术的核心环节之一。创新的植物选择与配置注重结合当地的气候、土壤、水文等自然条件，选择适应性强、根系发达、具有良好固土护坡能力的本土植物品种。同时，通过合理搭配不同植物种类，构建多层次、多功能的植物群落。例如，在护坡底部选择耐水湿的水生植物，如菖蒲、芦苇等，它们能够有效净化水质，为水生生物提供栖息地；在护坡中部和上部种植草本植物和灌木，如狗牙根、紫穗槐等，草本植物生长迅速，能快速覆盖坡面，防止水土流失，灌木则具有较强的固土能力和景观效果。此外，还可以引入一些具有经济价值的植物，如金银花、枸杞等，实现生态效益与经济效益的有机结合。在植物配置上，遵循乔、灌、草相结合的原则，形成立体的植物群落结构，提高植物群落的稳定性和生态功能。

三、生态护坡技术的生态效益评估

3.1 改善水质

生态护坡技术对改善水质具有显著作用。植物通过根系吸收水体中的氮、磷等营养物质，减少水体富营养化程度。研究表明，芦苇等水生植物对氮的去除率可达 60%80% ，对磷的去除率可达 40%60% 。同时，植物根

系周围的微生物群落能够分解水体中的有机污染物，进一步净化水质。此外，生态护坡的多孔结构和植被覆盖能够减缓水流速度，促进泥沙沉淀，降低水体中的悬浮物含量，改善水体的透明度。

3.2 保护生物多样性

生态护坡为生物提供了多样化的栖息地和食物来源，有助于保护生物多样性。护坡上种植的各种植物为昆虫、鸟类等提供了栖息和繁殖场所，增加了生物的种类和数量。例如，紫穗槐等灌木的花朵和果实能吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，为它们提供食物；而这些昆虫又成为鸟类的食物来源，形成了复杂的食物链。此外，生态护坡的水下部分为水生生物提供了藏身之所和产卵场所，促进了水生生物的繁衍和生存。据调查，采用生态护坡的河道，其生物多样性指数比传统护坡河道提高了 20%-30% 。

3.3 调节微气候

生态护坡通过植被的蒸腾作用和遮阳效果，对周边微气候具有调节作用。在夏季，植被的蒸腾作用能够吸收大量热量，降低周围空气温度，同时增加空气湿度。研究显示，在炎热的夏季，有植被覆盖的护坡区域温度可比无植被覆盖区域低 2-4% ，空气相对湿度提高 10%-20% 。在冬季，植被又能起到一定的防风作用，减少热量散失，起到保温效果。此外，生态护坡还能降低噪音，改善周边环境质量，为居民提供更加舒适的生活环境。

3.4 案例分析

为深入探究生态护坡技术的实际成效，现以某城市的河道生态护坡工程为典型范例展开剖析。该工程别出心裁地选用了生态混凝土护坡结构，此类结构凭借其独特的多孔特性，既保障了边坡稳固，又为生物繁衍预留空间。同时，在植物配置层面，精心挑选菖蒲、狗牙根、紫穗槐等多种本土植物，充分考量它们不同的生长习性与生态功能，实现优势互补。

工程竣工后，系统监测数据令人瞩目。水质改善方面成效斐然，河道水体中的氨氮浓度由初始的 5mg/L 大幅滑落至 2mg/L 以下，总磷浓度亦从0.8mg/L 锐减至 0.4mg/L 以下，这意味着水体富营养化风险显著降低，清澈度大幅回升。生物多样性领域同样收获颇丰，随着护坡生态环境的逐步优化，昆虫种群欣欣向荣，种类激增 15 种，鸟类也被吸引前来栖息觅食，新增 5 种之多，整个生态链愈发完整且充满活力。再者，聚焦微气候调节维度，每逢盛夏酷暑，植被繁茂的护坡仿若一台天然“空调”，周边区域气温明显降低，居民置身其间，燥热之感顿消，舒适度大幅攀升。

四、结论与展望

生态护坡技术作为水利工程可持续发展的重要技术手段，在新型材料应用、结构设计优化以及植物选择与配置等方面不断创新，取得了显著的生态效益，包括改善水质、保护生物多样性、调节微气候等。然而，目前生态护坡技术仍存在一些问题，如部分技术的成本较高、长期稳定性和耐久性有待进一步验证等。未来，应加强生态护坡技术的研发和创新，降低技术成本，提高技术的稳定性和耐久性。同时，建立更加完善的生态效益评估体系，量化生态护坡技术的各项生态效益，为工程决策提供更加科学的依据。此外，还需加强生态护坡技术的推广和应用，提高水利工程建设的生态环保水平，实现水利工程与生态环境的协调发展。通过不断努力，生态护坡技术将在水利工程领域发挥更加重要的作用，为构建美丽、宜居的生态环境做出更大贡献。

参考文献：

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