庫(kù)區(qū)消落帶兩個(gè)重要高程段邊坡護(hù)岸模式

向巍巍

云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南開(kāi)遠(yuǎn) 661600

隨著我國(guó)西南地區(qū)水電建設(shè)事業(yè)的大力開(kāi)展，庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。水庫(kù)建成后，將在冬季高蓄水位和夏季低水位的庫(kù)區(qū)兩岸形成與天然河流漲落季節(jié)相反的庫(kù)區(qū)消落帶。消落帶岸坡因受陸地與浸水環(huán)境頻繁交替影響，對(duì)庫(kù)區(qū)滑坡穩(wěn)定及景觀效果影響巨大。需重點(diǎn)指出的是，因水位在長(zhǎng)期保持在冬季蓄水位和夏季防洪水位附近，涌浪不斷拍打岸坡，造成在此兩個(gè)水位附近的消落帶岸坡受侵蝕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于兩水位之間的岸坡。因此，將處于上述兩水位附近的消落帶岸坡稱(chēng)為兩個(gè)重要高程段邊坡。

目前，對(duì)庫(kù)區(qū)消落帶兩個(gè)重要高程段邊坡的治理多采用傳統(tǒng)護(hù)岸方法。通過(guò)對(duì)已完建消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有治理技術(shù)在上述兩個(gè)重要高程段邊坡存在不足。以三峽185觀景平臺(tái)上游消落帶生態(tài)治理觀測(cè)區(qū)為例，探究上述兩高程段邊坡受侵蝕機(jī)理，并對(duì)庫(kù)區(qū)消落帶兩重要高程段邊坡護(hù)岸模式進(jìn)行探討。

1 觀測(cè)區(qū)概況

三峽庫(kù)區(qū)消落帶的形成與三峽水利樞紐工程“蓄清排渾”的運(yùn)行調(diào)度方案關(guān)系密切。三峽工程完工后，6月～9月的汛期內(nèi)水位在145m，10月～12月蓄水期內(nèi)水位回升到175m；1月～5月的洪水期，水位幅度緩慢下降到145m。壩前水位在145m保持時(shí)間約為110天～120天，175m水位約持續(xù)35天～40天。30m的水位落差將使三峽庫(kù)區(qū)形成大面積的水位消落帶，面積達(dá)384.9km2，是中國(guó)最大的消落帶[2]。

三峽消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)和觀測(cè)區(qū)在大壩左岸上游1km處，基本資料如下：治理區(qū)呈矩形，高程跨度140m～180m，完成治理面積4 000m2。所采取措施如下：在消落帶區(qū)域設(shè)置菱形框格梁，往框格梁內(nèi)覆蓋一層人工建植土，再將事先選配好的兩棲物種如狗牙根、香根草、疏花水柏枝、水蓼等進(jìn)行撒播或栽種，待上述物種生長(zhǎng)到一定程度，即具備耐淹能力。通過(guò)定期觀測(cè)，總體上認(rèn)為該消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但局部仍有欠缺。在夏季防洪水位145m和冬季蓄水位175m兩個(gè)重要高程段邊坡附近，出現(xiàn)了明顯的框格梁與人工建植生態(tài)系統(tǒng)遭侵蝕破壞情況。

以175m高程段岸坡為觀測(cè)對(duì)象，將侵蝕破壞情況用框格內(nèi)土體距框格梁表面最大距離平均值H表示，觀測(cè)數(shù)據(jù)如表1。可見(jiàn)，處于175m高程岸坡的框格內(nèi)覆土損失程度遠(yuǎn)大于170m和160m高程岸坡，且損失程度隨時(shí)間增長(zhǎng)愈趨嚴(yán)重。

表1 框格內(nèi)土體距框格梁表面最大距離平均值H/（cm）

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致上述兩重要高程段岸坡遭侵蝕破壞的主因是涌浪對(duì)岸坡的長(zhǎng)期沖刷。在夏季防洪期和冬季蓄水期，庫(kù)區(qū)水位長(zhǎng)期處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，只在上述兩個(gè)高程段進(jìn)行小幅度波動(dòng)，因而涌浪對(duì)岸坡形成持久沖刷。145m～175m高程段則因蓄水及放水過(guò)程中，水位變化較快，受涌浪沖刷幾率小，所受影響不明顯。

2 涌浪成因與機(jī)理

2.1 涌浪成因

研究表明，對(duì)庫(kù)區(qū)涌浪形成及其規(guī)模產(chǎn)生影響的最主要因素是行船噸位、速度和頻率，而與風(fēng)速、風(fēng)向關(guān)系不大，有時(shí)風(fēng)力反而對(duì)涌浪的形成產(chǎn)生反作用[1]。長(zhǎng)江航道是著名的“黃金水道”，據(jù)悉，三峽工程全面投產(chǎn)后，過(guò)壩船只運(yùn)量超過(guò)1億噸/年。此外，還有一種形式的涌浪是由庫(kù)岸滑坡或崩塌斜向運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生[2]。三峽工程開(kāi)始試驗(yàn)性蓄水后，庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，一定程度上增加了涌浪發(fā)生幾率。

2.2 涌浪侵蝕機(jī)理

涌浪對(duì)消落帶岸坡沖刷機(jī)理分析如圖1：當(dāng)涌浪靠近消落帶岸坡時(shí)，首先將發(fā)生過(guò)程Ⅰ，隨后涌浪對(duì)邊坡產(chǎn)生正面沖擊，分散成沿坡面向上和向下的兩股水流，即過(guò)程Ⅱ和過(guò)程Ⅳ，且兩過(guò)程同時(shí)發(fā)生。過(guò)程Ⅱ和過(guò)程Ⅳ在向上攀爬和向下滑落的過(guò)程中與坡表直接接觸，產(chǎn)生沖刷侵蝕。過(guò)程Ⅳ隨后將融入庫(kù)區(qū)水體，而過(guò)程Ⅱ動(dòng)能與勢(shì)能則反復(fù)轉(zhuǎn)化，先爬升后回落，進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)程Ⅲ，其徑流路徑相比過(guò)程Ⅳ大為增加，侵蝕破壞影響也較大。涌浪正面沖擊和水流在坡表的流動(dòng)都會(huì)對(duì)消落帶岸坡產(chǎn)生不同程度的破壞，按破壞力大小排序?yàn)椋哼^(guò)程1＞過(guò)程Ⅱ、Ⅲ＞過(guò)程Ⅳ。

圖1 涌浪對(duì)消落帶岸坡的侵蝕過(guò)程

3 傳統(tǒng)硬性加固措施與生態(tài)護(hù)岸需有機(jī)結(jié)合

單純依靠某種措施以解決消落帶兩個(gè)重要高程邊坡遭涌浪侵蝕問(wèn)題，顯然是行不通的。剛性護(hù)坡僅具有較強(qiáng)防沖刷功能，而生態(tài)護(hù)坡不僅具備一定抗沖刷能力，還具備生態(tài)友好性、親水性、景觀性。隨著生態(tài)效應(yīng)在工程建設(shè)中的重要性不斷提高，可考慮將剛性措施與生態(tài)措施有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)出專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于庫(kù)區(qū)消落帶兩個(gè)重要高程段邊坡的護(hù)岸技術(shù)。技術(shù)應(yīng)用時(shí)，一方面隨著植被的生長(zhǎng)，可填補(bǔ)硬性加固措施出現(xiàn)的細(xì)小裂縫；另一方面硬性措施所具備的抗沖刷能力又能為植被賴以生長(zhǎng)的基質(zhì)提供保護(hù)。

4 兩個(gè)重要高程段邊坡護(hù)岸模式探討

為解決庫(kù)區(qū)消落帶在上述兩高程段邊坡出現(xiàn)的問(wèn)題，綜合考慮生態(tài)、景觀、工程效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)措施與工程措施有機(jī)結(jié)合，本文擬針對(duì)消落帶邊坡坡度差異，初步提出庫(kù)區(qū)消落帶兩重要高程段邊坡生態(tài)護(hù)坡模式。

4.1 坡度i≤1：3

可優(yōu)先選用碎石覆蓋護(hù)坡技術(shù)。小顆粒石料與塊石塊相比，適應(yīng)河床變形能力更強(qiáng)，對(duì)近岸水流干擾更小。且采用天然河流的卵石作為護(hù)岸材料則不會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成負(fù)面影響，特別對(duì)山區(qū)河流而言， 卵石取材便利，采用卵石護(hù)岸既經(jīng)濟(jì)實(shí)用，碎石顆粒間的空隙又有利于植被生長(zhǎng)。姚仕明[3]通過(guò)小顆粒石料護(hù)岸工程技術(shù)的水槽試驗(yàn)，研究小顆粒石料在護(hù)岸工程中應(yīng)用的可行性。他認(rèn)為在河岸坡度緩于1：3的情況下，采用粒徑為0.1m～0.2m左右的散粒體顆粒進(jìn)行護(hù)岸是可以達(dá)到穩(wěn)定的。

有研究表明，三峽庫(kù)區(qū)以坡度小于1：3的平緩消落帶為主，面積占消落帶總面積的67%[4]。因此碎石覆蓋護(hù)坡技術(shù)完全可用于庫(kù)區(qū)消落帶的生態(tài)治理，且卵石是比較理想的護(hù)岸材料。

4.2 1：3＜坡度i≤1：1.5

消落帶邊坡稍陡時(shí)，可采取柔性生態(tài)袋措施。首先將土壤、砂料、有機(jī)添加劑、混合植綠種子按一定配合比混合，隨后裝進(jìn)柔性生態(tài)袋內(nèi)并壘筑在消落帶坡面上，再使用具有三角內(nèi)鎖結(jié)構(gòu)的三維聯(lián)接扣，令所有生態(tài)袋形成牢固整體結(jié)構(gòu)。柔性生態(tài)袋具有透水不透土的特性，可有效保證土顆粒不被水流帶走，較適合在巖質(zhì)坡面或已實(shí)施噴混的水泥坡面上應(yīng)用，適用坡度介于1：2至1：1.5之間。

4.3 坡度 i＞ 1.5

可采用土壤固化措施。該措施通過(guò)3個(gè)功能層來(lái)實(shí)現(xiàn)，即基材層、加筋層和防沖刷層。在3層的共同作用下，可達(dá)到營(yíng)造良好植被生長(zhǎng)環(huán)境、保持邊坡穩(wěn)定性、防止坡面受雨水沖刷造成水土流失的功效。基材層由植生土和有機(jī)質(zhì)按比例構(gòu)成，主要為植物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)、水分；加筋層為加筋網(wǎng)與錨固構(gòu)件的組合，具有淺層加固傳遞荷載、根系盤(pán)繞提高強(qiáng)度保護(hù)巖體減少侵蝕、力學(xué)加固提高復(fù)合體抗剪抗拉強(qiáng)度、防止坍塌的作用；防沖刷層則是在基材層基礎(chǔ)上添加了土壤固化劑和混合植綠種子而成，不僅能生長(zhǎng)植被，而且具備較強(qiáng)的防沖刷能力，是土壤固化技術(shù)的核心。土壤經(jīng)固化處理后的邊坡整體性好，防沖刷能力強(qiáng)，適用于較陡的岸坡。

4.4 需注意的問(wèn)題

以上給出了幾種可行的消落帶生態(tài)治理措施，但在編制施工方案時(shí)還需重點(diǎn)注意幾點(diǎn)問(wèn)題：1）物種篩選。消落帶生態(tài)恢復(fù)物種按生態(tài)位可分為：挺水植物、沉水植物、浮水植物。目前，物種選取仍是制約庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)治理的瓶頸，其中沉水植物將長(zhǎng)期在水面以下生長(zhǎng)，不僅光照少，而且需承受水壓力，導(dǎo)致適宜物種的選取更加困難；2）物種搭配。合理的物種搭配對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，不僅需考慮坡度差異對(duì)植被生長(zhǎng)脅迫的影響，還需運(yùn)用生態(tài)位原理[5]，針對(duì)不同高程設(shè)置不同植被類(lèi)型。如在常水位以下應(yīng)設(shè)置沉水植物，在常水位附近則應(yīng)設(shè)置挺水植物和浮水植物；3）客土選取。應(yīng)盡量考慮孔隙率大、滲透性好的砂壤土，避免選用粘性土；4）后期監(jiān)測(cè)與管理。加強(qiáng)已完建治理工程跟蹤監(jiān)測(cè)與管理，包含植物種群變化、演替規(guī)律、對(duì)周邊環(huán)境影響、人工調(diào)控等[6]，以促進(jìn)庫(kù)區(qū)消落帶治理理論的系統(tǒng)發(fā)展。

5 結(jié)論

我國(guó)水電資源豐富，庫(kù)區(qū)消落帶面積巨大，相關(guān)治理技術(shù)具有廣闊應(yīng)用前景，但目前的研究仍處于起步階段，因此對(duì)實(shí)際治理工程中出現(xiàn)的問(wèn)題也鮮有人研究。此外，目前的防治工程，都是單純的以抑制土壤流失為目的，難以開(kāi)展實(shí)用的關(guān)于涌浪與坡面作用機(jī)理和規(guī)律的基礎(chǔ)研究，僅反映現(xiàn)實(shí)社會(huì)的需求，此種開(kāi)發(fā)狀況不能避免實(shí)施中的失誤。本文以三峽庫(kù)區(qū)已完建消落帶治理工程為例，探究了兩個(gè)重要高程消落帶邊坡所出現(xiàn)的問(wèn)題，將目光由前期調(diào)查、評(píng)價(jià)、調(diào)控等方面轉(zhuǎn)向具體的生態(tài)恢復(fù)與重建措施，并針對(duì)消落帶邊坡坡度差異，提出了一種庫(kù)區(qū)消落帶兩個(gè)重要高程段邊坡護(hù)坡模式，對(duì)庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)治理工作深入開(kāi)展具有一定參考價(jià)值。但本文尚未考慮消落帶坡面不規(guī)則因素的影響，也未對(duì)不同類(lèi)型坡面（土質(zhì)、巖質(zhì)或噴混）治理措施的差異做深入探討，相信經(jīng)過(guò)廣大科技工作者的不懈努力，定能開(kāi)發(fā)出更多更先進(jìn)的治理措施。

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