第20卷 第11期 中 国 水 运 Vol.20 No.11 2020年 11月 China Water Transport November 2020
收稿日期：2020-10-02
作者简介：蒋 欣，湖南省鑫誉项目管理有限责任公司。
常留红，长沙理工大学水利工程学院。
基金项目：湖南省水利科技项目（XSKJ2018179-41）。
多因素综合影响下生态护岸的评价模型与应用
蒋 欣1
，常留红2
，周 磊2
，汤 薇2
，王瀚锐2
（1.湖南省鑫誉项目管理有限责任公司，湖南 长沙 410100；2.长沙理工大学 水利工程学院，湖南 长沙 410114）
摘 要：随着河湖环境治理与生态修复的不断推进，生态护岸的结构型式也日新月异，但不同的河段选择生态护岸的标准多以经验为主，缺少科学性和规范性。针对生态护岸工程的特点，从结构稳定性、生态健康性、景观适应性三个方面建立指标体系，采用层次分析法确定了评价指标的权重，基于层次分析法的综合评价指数法建立了一整套评价体系，依据该体系评价了麻林河7种生态护岸措施的效果，并对不同护岸措施应用效果进行总结。 关键词：生态护岸；评价体系；层次分析法；应用效果
中图分类号：TV861 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）11-0061-04
引言
传统的河道护岸措施在保护河道两岸免遭冲刷等方面发挥了巨大的作用，但也在一定程度上影响了水生生物的生物多样性，造成了河道生态系统的退化。近年来，生态型护岸建设己经成为国内外生态河道建设的重要环节[1-3]。国外对生态护岸技术的研究起步较早，生态护坡技术在国外其他发达国家也被广泛用于边坡治理中[4-5]。目前，欧美国家提出了“与自然亲近的河道整治”理念[6-8]。国内的生态护岸研究和实践正处于探索阶段，提出了“生态水工学”的概念，总结了生态河床构建技术，研究了生态护岸的结构型式以及构建生态型护岸所需的材料
[9-10]
。护岸结构评价依赖于多种因素，
且各因素间相互交叉，存在一定模糊性和不确定性，其更大程度上是一种经验知识，因此无法用严密的数学公式推导，目前生态护岸结构评价大多依靠经验进行评价，难以做到科学、准确、可靠[11]。本文从结构稳定性、生态健康性、景观适应性三个角度较为综合的选取评价指标，基于成对比较矩阵确定权重，并进行组合一致性检验，形成一套完整科学的以层次分析法为基础的评价指标模型，并对麻林河7种生态护岸措施的效果进行了评价，为今后河流生态护岸的选型提供指导。
一、评价模型的建立
生态护岸综合评价是对河岸生态系统总体的考量，生态护岸系统综合评价通过量化河岸带的生态状况，分析评价护岸措施的效果，判断生态护岸的健康程度。河流生态护岸的健康指生态治理后的岸坡生态效益良好，而且能满足人类生活的需求。健康的河流生态护岸应具有以下特征：（1）具有基本的护岸功能，结构稳定，保证行洪安全，不会对周边人类生命财产安全构成威胁；（2）应有利于岸坡生态系统生态多样性的丰富，形成开放性的、复杂而稳定的河岸带生态系
统，具有良好的抗干扰的能力：（3）具有“景观协调性”[12-13]，
河岸带是流域生态系统中不可或缺的部分，护岸措施应与周围环境相协调。
1．指标体系的确定
依据上述评价指标构建原则，深入分析影响护岸本身优劣的因素及与河岸生态系统的相互关系，将生态护岸评价指标体系分为目标层（A）、子目标层（B）和指标层（C），如图1所示。
生态护岸综合评
价
结构稳定性
基质类型
耐久性
岸
坡
高
度
岸坡抗蚀性
岸坡抗冲性
岸坡倾角
生态健康性
物种多样指数
种生物量
流速分布多样
生态受干扰度
岸
坡通透性
土壤盐碱化程度
景观适应性
休闲娱乐建造成本
植被覆盖率景观均匀度景观多样性
图1 评价层次模型图
根据湖南省河岸生态实际情况，基于环境友好型护岸技术评价指标体系，分析文献中河岸带生态系统综合评价指标体系[14-15]以及其他河岸评价指标体系选取生态护岸综合评价指标。
2．评价指标的选取及标准 （1）结构稳定性 1）基质类型
基质类型是岸坡的基本属性，由构成河岸地层的岩石的性质和物质组成。
2）耐久性
耐久性是指结构在自身和自然环境等因素长期作用下抵抗破坏的能力。
3）岸坡倾角
岸坡倾角指河岸边坡的斜线与水平面之间的夹角。
62 中 国 水 运 第20卷
4）岸坡高度
岸坡高度是指河岸距水面的垂直距离。
5）岸坡抗蚀性
通过人工模拟降雨试验研究岸坡抗蚀性，并在相同条件
下选取坡地的裸岸样地进行对照试验。收集每次试验径流过
滤后的泥沙，并进行烘干称重。最后，通过计算得到每种护
岸方式单位面积减少的泥沙量，并对其进行评估。
6）岸坡抗冲性
轻度冲刷：河岸结构有松动和水土流失的迹象，但近期
不会发生变形和破坏。
中度冲刷：河岸松动且裂痕有明显发育趋势，有可能导
致河岸坍塌，并造成洪涝灾害。
结构稳定性指标标准表如表1。
表1 结构稳定性指标标准表
评价指标 理想状态（4分）
（4分）
良好状态（3分）
（3分）
一般状态（2分）
较差状态（1分）
（1分）
基质类型 基岩 岩土河岸 黏土河岸 非黏土河岸 耐久性（年） >50 10-50 1-10 <1
岸坡高度（m） 1 2 3 4 岸坡倾角 <15 15-30 30-45 >45 抗蚀性（mm/a） 0-0.1 0.1-0.5 0.5-0.1 >1
抗冲性流速（m/s） 5 4 3 2
土壤抗剪性（N/m） 505 436 366 297 （2）生态健康性
1）生物多样性指数
生物量体现出生物循环的协调性，由区段生物量与流域评均结果的比值表示；生物多样性[16-17]指标反映生态系统的稳定性，采用ShannorWeaxer指数表示。
2）种生物量
是指某一时刻单位面积内实际存有生活的有机物质总量（干重），种生物量的多少体现着生态护岸对于生态系统中生态种的影响。
3）生态系统受干扰程度
以生态损失度指数表征生态系统受干扰的程度。
4）岸坡通透性
岸坡的通透性是生态护岸可以达到水体和岸坡交互的重要原因，岸坡的通透性以岸坡结构的开孔率来进行衡量。以岸坡的一个截面看成一个筛面，开孔率即筛面上有效筛理面积占筛孔总面积的百分率。
5）土壤盐碱化程度
生态护岸对于土质、水质应该有积极作用，所以土壤盐碱化程度应作为一项重要的评价指标[18]。选取0~20cm的土层进行测试，以其土层盐分含量来表示。
生态健康性指标标准表如表2。
（3）景观适应性
1）植被覆盖度
植被覆盖度[19-20]指植被在生长区域地面的垂直投影面积占研究区域总面积的百分比。
2）景观均匀度
均匀度是用来描述总景观格局中不同类景观的分配均匀程度。
3）景观多样性
景观要素可分为斑块，廊道和基质。斑块以ShannonWeiner多样性指数来表示。
4）休闲娱乐功能
休闲娱乐功能是适用时代潮流的一项评价指标，现代人长时间生活在室内，生态护岸作为政府投资，本身需要具备一定的公益性。提供给人们更多的娱乐、休闲与户外实践的场所。
5）建造维护成本
景观性是护岸在结构稳定性和生态健康性之外的一项有益补充，但不应作为护岸很大的一部分建造维护成本[21]，所以对于投入于景观性的资金成本也需作为一项参考指标。
景观适应性指标标准表见表3。
表2 生态健康性指标标准表
项目
理想状态（4分）
（4分）
良好状态
（3分）
一般状态（2分）
（2分）
较差状态（1分）
（1分） 生物多样性指数 >1.5 0.8-1.5 0.2-0.8 <10
种生物量（g/m） >80 50-80 10-50 <1 流速分布多样 >5 3-5 1-3 <1 生态系统受干扰度（%） <10 10-30 30-50 >60
护岸结构水文连通度
（开孔率）
>30 10-30 5-10 <5 土壤盐碱化程度（%） 0-0.6 0.6-1.0 1.0-2.0 >2.0
表3 景观适宜性指标标准表
评价指标 理想状态（4分）（4分）
良好状态（3分）
（3分）
一般状态
（2分）
较差状态（1分）
（1分）
休闲娱乐功能 优秀 良好 一般 差
建造维护成本
（元/m）
100 200 300 500
景观覆盖度（%） >70 50-70 20-50 <20 景观均匀度 >0.7 0.4-0.7 0.2-0.4 <0.2 景观多样性 >1.2 0.8-1.2 0.4-0.8 <0.4 3．指标权重的确立
经过对比分析国内外相关研究，选择结合专家打分法和层次分析法定量、定性分析优点的方法，通过5个步骤确定准则层和目标层的权重：①明确问题，建立层次结构；
②通过专家打分法构造判断矩阵；③对层次进行单排序；
④层次总排序；⑤一致性检验[21-22]。各指标权重如表4所示。
根据不同指标因子的权重值和各个评价指标的等级值进行综合评价指标计算和健康等级划分，并计算出生态护岸健康度综合评价指数N。
第11期 蒋 欣等：多因素综合影响下生态护岸的评价模型与应用 63
seifert
表4 生态护岸综合评价指标体系权重因子汇总表
目标层A
准则层B
准则层权重
指标层C 指标层权重 基质类型 0.057 耐久性 0.129 岸坡高度
0.216
岸坡倾角 0.126 岸坡抗蚀性 0.224 结构稳定性
0.541
岸坡抗冲性 0.228 物种多样性 0.100 种生物量
0.108 流速分布多样
0.111 生态系统受干扰度 0.190 岸坡通透性 0.258 生态系统健康性
0.320
土壤盐碱化程度 0.233 休闲娱乐 0.129 建造成本
0.170 植被覆盖度 0.069 景观均匀度 0.251 生态护岸评价指标
体系
景观适应性
0.139
景观多样性
0.381
二、评价结果与分析
按照河岸生态健康的标准，划分河流生态护岸的健康程度为理想状态、良好状态、一般状态和较差状态4个等级[16]。综合评价指数值对应等级表见表5。
表5 综合评价指数值对应评价等级表
N 值范围 评价等级 3.25-4.0 等一等级——理想状态 2.5-3.25 第二等级——良好状态 1.75-2.5 第三等级——一般状态 1.0-1.75
第四等级——较差状态
勘察6种措施，根据评价指标记录调查数据并赋值，采用综合评价指数法，计算6种生态护岸的健康程度，得表6。
表6 麻林河路口-果园镇项目区生态护岸评价
措施编号
措施名称 结构稳定性 生态系统健康
景观适应性 综合评分值 植物护岸 2.932 3.523 2.000 3.053 雷诺护垫 3.733 3.419 1.364 3.262 格宾护岸 3.133 2.545 2.660 2.814 生态混凝土 2.932 3.523 2.646 2.838 自嵌式挡墙 2.116 2.440 3.345 2.455
干砌石护坡
3.233
1.899
2.221
2.427
依据评价标准，植物护岸、雷诺护垫、格宾护岸和生态混凝土护岸为良好状态；干砌石护坡和自嵌式挡墙为一般状态。永定河6种生态护岸方式基本上达到了设计标准。
综合以上分析结果表明，植物护岸、雷诺护垫、格宾护岸、生态混凝土护岸、自嵌式挡墙均较为适合推广到河岸的防护中，单纯的干砌石护坡不太适合推广，只适合一些特殊位置。适宜的护岸模式需要综合考虑工程、生物措施的合理配置，河岸的水流、弯曲度、坡岸的特点等生态护岸效果主要影响因素和维护、建造成本及人文景观等因素。
三、结语
评价体系从结构安全、生态健康与景观效果三种因素综合考虑，以综合评分值较为客观的反映了河流的健康程度，从而反映出了生态护岸的应用效果，具有较好的可操作性与适用性。为河湖治理中生态护岸型式的选取提供了方法借鉴和理论指导。
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第11期 童 亮等：激光熔覆涂层磨损试验分析研究 69
（e）5# （f）6#
图2 干摩擦条件下试样磨损图
干摩擦条件下各试样综合磨损质量、磨损体积及摩擦系数分析分别如图4、5、表2所示。可以看出干摩擦条件下，4#试样的耐磨情况最好，质量损失最少，磨损体积最小，其次是5#和6#试样。耐磨情况最差的为3#试样，质量损失和体积损失均为最大，其次是2#和
1#试样。
图
4 综合磨损质量和磨损体积对比
图5 综合摩擦系数对比
表2 各试样平均摩擦系数
试样 平均摩擦系数
1#（45-Ni40） 0.55 2#（35-Ni40） 0.56 3#（40Cr-Ni40） 0.61 4#（45-Co40）
0.46 5#（35-Co40） 0.41 6#（40Cr-Co40）
0.47
四、结论
如果仅在干摩擦工况下使用，4#（45-Co40）涂层表现出较优异的抗磨性能。其磨损质量仅为0.0083g，磨损体积为0.6782mm 3，同一实验条件下远低于其他试样。
综合来看，在干摩擦工况下，4#（45-Co40）涂层均表现出较优异的抗磨性能，相比于其他涂层，其摩擦系数和磨损量均维持在较低水平。较于常见的其他工艺涂层，激光熔覆所制备的涂层结构致密，粗糙度均匀，在耐磨性方面整体表现非常优异。以电镀镍涂层为例，干摩擦磨损体积在2.3mm 3左右，均远高于激光熔覆涂层磨损体积的平均值（干摩擦0.6782mm 3）。在摩擦系数方面，激光熔覆涂层（干摩擦0.6）与常见电镀镍涂层（干摩擦0.5）相比，摩擦系数基本维持在同等水平，且磨合之后，摩擦系数均相对平稳。
综合考虑涂层制备工艺的难度及涂层制备效率，激光熔覆的效率远高于电镀等其他工艺，涂层厚度及涂层结合强度也远高于其他工艺，尤其在重载及振动情况下电镀涂层极易发生破损剥落而失效，而激光熔覆涂层则能够与基材紧密结合。因此可认为激光熔覆是一种适合制备耐磨涂层的优良工艺。
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