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1、香港人工斜坡与生态工法设计之探讨第17卷第3期2003年9月水土保持学报JournalofSoilandWaterConservationV01.17NO.3Sep.2003香港人工斜坡与生态工法设计之探讨伍世良(香港中文大学地理与资源管理学系,香港)摘要:香港地少人多,市区人口密度之高,为世界之冠,超过5300人/kin.为制造出更多的平地空间,改造斜坡便成为香港市区发展的重要因素之一.早期人工斜坡的设计,多以结构体之安全性和稳定性为考量.随着市民环境保护意识之提高,现今的斜坡设计,除了须满足一般之城市规划要求外,更需考虑环境之美化和生态之效益.本文介绍生态工法设计在香港斜坡工程上的各种应用
2、,以探讨其优劣处,局限性,可行性和综合效益.关键词:人工斜坡;生态工法设计;护坡工程;香港中圈分类号:S157.2文献标识码:A文章编号:10092242(2003)03008204SlopeImprovementandBio-mitigationMeasuresinHongKongNgSaileung(DepartmentofGeographyandResourceManagement.theChineseUniversityofHongKong,HongKong)Abstract:ThehillytopographymakesHongKongoneofthemostdenselypopul
3、atedcitiesintheworld.Thepopulationdensityinsomeurbandistrictsisashighas5300person/km.Inordertomeetthelanddemandforcitygrowth,slopeengineeringhasbecomeanintegralcomponentofurbandevelopmentinHongKong.Intheolddays,keyconsiderationsforslopeweresafetyandstability.Whiletheenvironmentalawarenessofthegenera
4、lpublicisincreasing,recentslopedesignnotonlycompliesengineeringstandardsandrequirementsbutalsoincorporatesideasofenvironmentalaestheticsandecologicalvalues.Thispaperfirstintroducesvariousapplicationsofbio-mitigationmeasuresforslopeimprovementinHongKong,thentheirstrengths,limitations,feasibilityandin
5、tegratedbenefitsarediscussedandevaluated.Keywords:artificialslope;biomitigationmeasure;slopeimprovement;HongKong1引言香港位于南中国海岸线上,属于华南丘陵地带的一部分,地体的主干是一系列东北一西南走向的山脉,加上全新世海水进夷淹没了地势较低的地方,形成香港高山多,低地少的地形特征.据统计,香港大部分地区都是由1;5至1:3的山坡地所组成,而坡度高达1;2的地方也不少,地势较平坦而坡度低于1;5的地方只属小部分.由于可供使用的平地面积极之有限,未能满足人口增长和工商业发展的需要,所以政
6、府除了在海港两岸积极填海造地外,更大力改造市区内和附近的山坡,以制造出更多平面空间以供发展使用,而人工斜坡已成为香港市区的特色景观之一2.另一方面,香港具有典型的亚热带季风气候,雨量充裕,年降雨量平均约2200mm,最高可高达3000mm以上.大部分降雨集中在59月的雨季,占全年雨量的8O以上.在雨季期间发生的暴雨,24h和1h的降雨量可以高达500mm和100mm以上啪.有研究指出,若24h的降雨量超过100mm,而15d内的总降雨量又超过350mm的话,较大型的滑坡便有可能发生.由于以上特殊地理条件,香港的滑坡和泥石流的灾害问题十分突出.19451997年间,大小不同的滑坡和泥石流共发生超
7、过27000次之多嘲.一直以来,结构体之安全性和稳定性都是斜坡工程的首要考虑因素.随着香港市民对环境的要求日渐提高,现期的人工斜坡不单要合乎安全标准,亦要满足环境美化和生态保育的要求.近年提倡的”绿色斜坡”(greenslope),就是将生态工法设计运用在斜坡工程上.本文会首先介绍各种普遍在香港使用的传统护坡方法,找出这些方法所引起的各种环境和生态的影响,然后介绍生态工法设计在香港斜坡工程上的各种应用,以探讨其优劣处,局限性,可行性和综合效益.2斜坡工程在香港,滑坡和泥石流一直以来是被理解为由不稳定斜坡所引发的地质灾害.岩土是否稳定既被定义为一收疆日期:20021214作者篱介;伍世良.男,助
8、理教授,博士.主要从事地貌学,环境变化和资源管理的研究.第3期伍世良:香港人工斜坡与生态工法设计之探讨83种力学问题,在处理斜坡问题的时候很自然运用工程的方法人手.对于不同斜坡的护坡工程,香港有严格准则规定护坡工程的细则和要求.本文在此只简单介绍一些在香港较普遍使用的斜坡方法.笼统地说,香港的护坡工程分4大部分,分别是:坡面保护(surfaceprotection),排水管道系统(drainagesystem),坡形改造(trimruing)和加固结构(reinforcementstructures).2.1坡面保护坡面保护是在山坡的表面铺设一层相对坚固而又不透水的人工材料.坚固的表面能抵受雨
9、点溅蚀和片蚀冲刷,有效地保护坡面,减低坡面崩坏的可能性,其不透水的特性能防止大量的雨水人渗土层,大大减少因雨水人渗斜坡而形成的剪切力(shearstress).常见的坡面保护方法有:(1)喷射混凝土砂浆坡面(sprayedconcrete).喷射混凝土砂浆的好处是工程简单,技术要求低,造价平,应用范围广泛,无论是陡峭或平缓的斜坡都适用.因此,香港到处都可以看到混凝土砂浆的斜坡.(2)砌石坡面(stonepitching).在一些要求美观或有坚固表面的山坡,可以使用砌石护坡的方法,但造价却较昂贵.(3)植被坡面.在一些要求较自然的山坡,可以在坡面上植树或种草以稳固土层,但此方法并不较用于陡峭的斜
10、坡.2.2排水管道系统斜坡的排水管道系统发挥着与坡面保护相辅相成的作用.坡面排水系统多以网络的形式平均分布在斜坡上,能有效收集坡面的径流并迅速地将它排走,大大减少径流在斜坡停留的时间.此外,坡面排水系统将斜坡划分成多个集水小区,便能减低坡面径流所做成的片蚀冲刷.然而,即或最完美的坡面工程亦不能完全防止雨水入渗.随着时日增加,斜坡内仍可能累积了过量的地下水.随着地下水位升高,土层体积会膨胀而变形.地下水流动亦会做成渗透潜蚀,最终会影响到斜坡的结构.因此,斜坡上每隔一定的距离便须安装倾斜排水管(rakingdrain)或降压排水管(reliefdrain),将斜坡内多余的水量排走.2.3坡形改造在
11、绝大部分的情况下,斜坡必先改造成适当的坡形,以配合发展计划的需要和满足工程力学的要求.然后才进行其它种类的斜坡工程.例如:如果风化层太厚,便须将部分的风化物挖走,以增加斜坡的稳定性;若山坡的坡度太大或坡面起伏不定,通常是将山坡切削成坡度较平缓的斜坡.当然也可以在山坡上堆土然后进行压实,以塑造成适合的斜坡型态.2.4加固结构存在于斜坡上不牢固的物料,若不能将它移走,就需要安装加固结构,以防它从山坡上剥落或下滑.针对不同的情况,不同的加固结构便派上用场:(1)4-钉(soilnail)将土层牢固于斜坡上,减低土层下滑的可能性;(2)岩石锚杆(rockanchorage),岩石抗滑桩(rockdow
12、e1)用以预防不稳固的岩石松脱;(3)滚石保护网格(wireprotectionmesh),滚石栏栅(boulderfence)用以阻挡滚石从斜坡顶部滚落到山坡脚下;(4)挡土墙(retainingwal1)建于土坡脚下,能为斜土提供额外的支撑力,减少斜坡土层崩塌的可能性;(5)支撑墙(buttress)用以支撑凸出斜坡外的悬垂部份.3人工斜坡之环境影响一直以来,香港比较注重人工斜坡的功能,较少有其它方面的考量.无可否认,斜坡工程若不能发挥护坡保土的作用,会直接对附近居民的生命和财产构成危害.然而,单从功能角度出发去建造的人工斜坡,却引伸出4方面的环境影响.3.1生态影响人工斜坡无论在型态和结
13、构上都有别于天然山坡.一般来说,人工斜坡为满足工程力学和排水的要求,坡面笔直单一,缺乏层次.不透水的坡面表层更像绝缘体一样,将斜坡的土层隔绝于外面世界,中断了物质和能量流动.用混凝土或砌石造成的坡面一般都是光秃秃没有植物,全无生气.虽然有个别的人工斜坡铺设表层固土植被,但亦只限于以草或灌丛的植物为主,生态结构极度简单.反观天然山坡,坡面崎岖起伏有变化,物质和能量能在斜坡系统内自由流动转化.不同水土条件组合便形成不同的微环境,因而缔造出多样化的生态环境.具较好水土条件的地方,能长出高大的乔木;具水土条件较差的地方,也能生长出灌丛或野草等植物.毫无疑问,将天然山坡改造成为人工斜坡,从生态学的角度来
14、说,是一种生态的退化.3.2水文影响人工斜坡的坡面是刻意使用不透水的人工物料合成,虽然能有效地减低雨水的人渗量,但这样亦改变了斜坡内外水的收支平衡.人工斜坡的水文特征与天然斜坡有很大的差异,相反它的水文特征却较象城市地区.首84水土保持学报第17卷先,因为雨水下渗量减少,地下水量亦会减少,可能会引致附近河流缺乏地下水补充,对附近河流的生态有负面影响.更重要者,是在人工斜坡上产生的大量地面径流,若处理不善,无论在坡面上或山地脚下都做成侵蚀,水土流失等问题.在香港,有很多人工斜坡的损耗率是十分高,坡面每隔数年便须番新一次,正好反映侵蚀问题的严重性.此外,因为人工斜坡坡面笔直,又有较完善的排水系统,
15、能将有效收集大量的径流迅速往坡底方向输送.斜坡外的排水渠道或下游的河流若没有对等的排水能力,便可能会出现洪峰,引发洪涝问题】.3.3视觉影响香港地少人多,现今超过600万的人口,大部分集中于海港两岸的地方.市区人口密度之高,为世界之冠,超过5300人/kin.天然土地稀少,土地应用十分紧张,要做好城市绿化并不容易.事实上,香港的城市绿化程度远比世界上很多先进的大城市为低E113,有人甚至谑称香港是一个混凝土森林.斜坡的改造其实可以提供很多绿化的机会,但是香港一直以来都沿用工程学的思考模式去处理,多喜用混凝土作为人工斜坡的主体,斜坡绿化和景观的问题并未被受到充分的注视.从景观的角度来说,以混凝土
16、为主体的人工斜坡,型式单调,颜色暗淡,缺乏层次感和生气,斧凿的痕迹十分明显,与其说它是天然山坡的延伸,它更像是人为的建筑物,未能在城市景观中发挥点缀和美化作用.3.4安全问题斜坡工程的最重要目的是改善斜坡的稳定性,但讽刺的是,在香港约有60的滑坡和泥石流是发生在人工的土坡或土岩坡上口引.这似乎是件不可思议的事:为什么斜坡完成护坡工程后,滑坡和泥石流却好象更容易发生?原来香港很多斜坡工程都是为配合大型的发展计划而设,而大型的发展计划因为要求有足够的平面空间作发展之用,便须改变当地的地形特征,将斜坡切削成阶梯状便是其中最普遍的例子.很多时候,经切削后山坡的坡度都会高出天然的平衡坡度,因此便须要进行
17、斜坡工程以增加斜坡的稳定性达到安全的水平.然而,护坡的工程设施有可能会随着时日而老化,斜坡的稳定性便因而降低,所以市民若以为斜坡工程完成后便安枕无忧,便是大错特错.工程完成后的斜坡仍须进行定期的巡查和维修,以确保安全.4生态护坡方法随着香港市民的环保意识有所提高,认识到斜坡如果改造得宜,是可以变成一种宝贵的环境资源,值得珍惜和保护.在香港近期的斜坡工程中,虽然不难发现安全仍是最重要的考虑,但在具体的设计上,却顾及工程所引起的环境美化和生态保护的问题.在不同的情况下,运用了不同的生态工法,一方面尽量缓减斜坡工程所做成环境和生态的影响,另一方面令完成后的斜坡能与周围的环境和谐配合.以下介绍一些成功
18、应用在香港斜坡的生态工法设计.4.1原生树木保护天然山坡?R量减少改动原有山坡人工斜坡?同土种檀垫ofl存原生树术挡土墙行车道路oN术种檀基麈?美工砑石树木是陆地上生态系统中的重要部图1一些生态工法在香港斜坡工程中的应用分,担当着重要的生态角色,能发挥调节水土,保土护坡,美化环境,为野生动物提供食物和生境等功能.因此,原本生长在斜坡的大树,在可能的情况下,应尽量予以保留在原来位置(图1).现时香港已有一套较完善的如何保护及移植在工地中树木工作指引让工程人员参考,以避免宝贵的树木在工程进行期间被砍伐破坏.若因工程的须要,未能保留斜坡上的大树,便须把大树移植.安排在工程后原坡移植当然是最好的选择,
19、否则的话,亦会选择水土环境相似的山坡作为移植地点.4.2固土种植垫(vegetationprotectionmat)混凝土和砌石斜坡的表面没有植物,全无生气,一向是最被人咎病的地方.固土种植垫正好解决了这方面的不足之处.种植垫最重要的部分是土工网垫(图1),它是用聚乙烯,聚丙烯等高分子材料经热熔粘接成网状或蜂窝状的网格.网垫质地坚固,柔韧,中空的地方有足够的空间和高度存放土壤,作种植植物之用.固土网垫一般由人手铺设,可以紧贴有轻微坡度变化的斜坡.网垫铺设后充填土壤,再采用水力喷草工艺(hydroseeding)将第3期伍世良:香港人工斜坡与生态工法设计之探讨85草籽和肥料喷注到泥土中,约8个星
20、期后便能生长成绿油油的草皮.成长后的草皮不单能绿化环境,更能牢固地将网垫,草和土壤三者结合成一整体,有效保护斜坡.固土种植垫的护坡效果远胜于一般的植被坡面.4.3土壤固化剂(soilstabilizer)土壤固化剂的应用在欧美国家已有3O多年的历史,成功应用于兴建道路,土木建筑,环境保护,农田水利,固化处理各种污泥等课题上口引.在香港,土壤固化剂是在最近几年才开始使用.固化剂的作用机理主要通过固化分子交联形成三维网状结构,使泥土的表面变得坚硬,具有与混凝土相似的特性,从而提高土壤表面的抗压,抗渗,抗折等性能.而水调节分子能与土壤中的水分形成化学键,借着形成微晶核和通过晶核配位,在土壤的孔隙中生
21、成针状晶体,以增强土壤颗粒的凝聚力土壤固化剂的好处是使用简单,固化后的土壤并不影响植被的根系生长,但其应只限于一些坡度较平缓的斜坡.4.4斜坡美工在一些结构较差或坡度陡峭的山坡,需要坚固的护坡工程,便不得不使用支撑力较强的混凝土砂浆或砌石方法.为了减少混凝土和石材所做成的冰冷感,使景观变得柔和容易接受,可以在斜坡的脚下位置加上种植基座(toeplanter)(图1),根据不同的情况和须要种植花卉,树木或攀附植物.此外,砌石护坡可以利用不同石材的颜色或质感上差别,砌出富有艺术气息的几何图案;也可以运用不同大小的石块,砌出美丽的浮雕坡面.5生态护坡之限制与展望在香港,滑坡和泥石流防治一直以来是斜坡
22、工程的最终目的.斜坡结构的稳定性是首要考虑的因素,生态和环境只是相对次要的考量.在没有牺牲结构稳定性的大前提下,生态工法设计不失为斜坡工程的另类选择然而,现时生态工法在香港的应用仍然处于起步阶段,很多技术问题仍未完全解决,以致应用上仍存在很大的限制.首先,生态设计在维持斜坡的稳定性上,并不能取代传统的混凝土或砌石护坡,只可以发挥辅助的作用.其次,现时的生态工法设计的应用仍然多集中于美化环境的层次,并未真正改善了斜坡的生态功能.所以严格来说,现时的生态工法设计仍然未达到生态护坡的真正目的.生态工法设计若要进一步发展,必须由美化环境的层次往生态功能的层次过渡.此外,财政亦是重要的考虑因素.无可否认
23、,生态工法设计能弥补传统斜坡工程不足的地方,但使用生态设计的成本亦较简单的传统方法为高.当然,若要达到保护人命安全的目的,成本是否高低不应是决定因素.但在一般的情况下,多花金钱去建造较美观和较合乎生态的斜坡,对决策者而言,未必是一个合乎成本效益的方案.笔者相信,随着新材料,新技术的引进,生态工法的造价将很快会降至一个较容易接受的水平,加上香港市民要求有更高质量的社区环境,生态护坡在香港的应用将愈来愈普遍,并为香港的可持续发展作出重要贡献参考文献:E13SoCL.LandformsEA.ChiuTN,SoCL(ed).AGeographyofHongKongM.HongKong:OxfordUn
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