W-OH生態護坡技術在沙土區河道坡面上的應用

余瑩瑩汪永進范敬蘭吳震宇

W-OH生態護坡技術在沙土區河道坡面上的應用

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江蘇省徐州市沙土區面積為2871.13km2，占全市總面積的25.5%。主要包括黃泛沖積平原和沂沭河沖積平原。黃泛沖積平原是故黃河泛濫、泥沙沉積所形成，其面積分布較廣，包括豐縣、沛縣、睢寧、銅山區。沂沭河沖積平原是沂河、沭河沖積而成，主要分布在邳州和新沂。徐州市沙土區的特點是沙性大，覆蓋層厚，沙土結構松散，粘聚力弱，抗沖能力差，土壤極易因水蝕和風蝕造成水土大面積流失，水土流失嚴重。W-OH高分子化學固土材料與沙土有著很好的附著力，可形成多孔結構的固結層，又具有較好的植生功能，特別適合在徐州市沙土區進行水土保持治理中推廣。

一、W-OH工作原理及可持續生態河道理念

W-OH是一種生態環保型高分子親水性聚氨酯樹脂類復合固化材料，由日本JCK株式會社研究開發，呈淡黃色乃至褐色油狀體，遇水后極易溶解或乳化，可以任意比例與水反應，并迅速形成保水性好、有彈性的含水凝膠體。該膠體遇水不再溶解，經毒性試驗和有害物質檢驗表明，W-OH無毒無害、安全性高，是一種成本低廉、施工方便、環境負荷小的新型荒漠化防治材料。

W-OH稀釋液在沙土區坡面防護方面的應用，主要分為兩個階段:第一階段是W-OH化學固土，第二階段是生物固土。首先在河道裸露的灘面、坡面播灑草種子和肥料，噴上W-OH有機復合材料，由于噴灑后的溶液產生了具有良好彈性的多孔固化層，實現了對裸露地面和坡面的快速固土的作用。該固化層無毒、保水、多孔，還能夠促進灘面和坡面上植物的發芽、生長。轉入生物可持續固土階段后，W-OH固化層可以保持30年不分解，從而實現化學固土和生物固土的共同作用，來確保河道坡面和河堤的水土保持。

可持續生態河道是基于河道坡面化學固土和生物固土技術的有機結合，初期的化學固土為后期的生物固土提供了基礎，后期的生物固土是實現可持續固土的必要條件，W-OH的推廣使用，為改善河道生態環境，實現可持續生態河道提供了保障。

二、W-OH在河道邊坡控制水土流失實例

以豐縣趙莊鎮太行堤河處的水土保持示范基地為例，在示范基地進行W-OH小區試驗，用5%的W-OH溶液噴灑在土壤表面，與沙土形成具有良好彈性和一定孔隙率的5～8cm的固化層，達到保水固土的目的，取得了很好的效果。

1.W-OH施工

在試驗小區里把事先準備好的草種播撒下去，草種是采用黑麥草、早熟禾和高羊茅草籽，采用1∶1∶1的比例混合，均勻撒在河坡和大堤上，并施加一定量的復合肥，用刮平夯實器把邊坡和大堤進行刮平和夯實。此階段稱為生態種植階段。

再用5%的W-OH溶液按5cm的噴灑厚度對試驗、示范區進行噴灑，噴灑好盡量不要讓人和牲畜踩踏，以免破壞W-OH的固結層。由于河坡與大堤土壤容易失水，要定期噴水，保證草的出苗率。此階段稱為化學固土階段。

由于固結層具有通氣透水、保水保溫等功能，植物的發芽率和發芽速度比不噴灑W-OH的地塊要快，在豐縣春季，經一個月的生長，草坪基本能覆蓋地皮，實現裸露土地從化學固土到生態自然修復和可持續固土的的轉換。此階段稱為可持續生態固土階段。

2.W-OH水土流失防護效果

（1）試驗小區的建設

按《水土保持監測技術規程》（SL277—2002）中5.2.3的規定要求，在試驗場內設置徑流小區，每個徑流小區連著3個集水桶，為三級集水，二級分

流。該小區寬度為5m，直邊加斜邊長度為20.1m，斜坡傾斜度為8°，計算出垂直投影面積為100m2，小區邊界由水泥板圍成，邊墻露出地面20cm，埋入地下30cm。上緣向小區外呈60°傾斜，徑流小區末端為水泥做成的集流槽，集流槽上緣與地面同高，槽底向下及中間傾斜，集流槽上面用鍍鋅鐵皮覆蓋，防止雨水落入，集流桶與集流槽用鍍鋅鐵皮做成的導流管連接。

集流桶采用鍍鋅鐵皮制成，按24h降雨200mm的坡面徑流標準制作三級集流桶的尺寸，集流桶的尺寸直徑50cm，高80cm，溢流口至桶底大致50cm。采用三級集流，兩級分水的方式，收集小區徑流。小區總的徑流量為一級集流桶的徑流量加上二級集流桶的徑流量的11倍，再加上三級集流桶徑流量的121倍，由以下公式：

式中：Q—小區徑流量；

Q1—一級集流桶水量；

Q2—二級集流桶水量；

Q3—三級集流桶水量。

（2）項目的觀測

采用自然降雨和人工降雨，利用徑流小區，測量次降雨產生的徑流，通過計算得到小區次降雨的徑流量、土壤侵蝕量，推算出土壤侵蝕模數。人工降雨設備選用中科院水利部水土保持研究所儀器設備廠生產的BX—1型便攜式野外降雨器。

三、試驗成果分析

1.自然降雨

2012年豐縣降雨量為521.2mm，通過頻率分析，得到2012年為枯水年的代表年。分析的土壤侵蝕模數也代表枯水年。通過表1可以看出，在自然降雨情況下，W-OH處理的土壤侵蝕模數為84.0 t/km2·a，與標準小區的641.9 t/km2·a相比，土壤侵蝕量降低86.9%，水土保持效果十分明顯。

2.人工降雨

通過BX—1型便攜式野外降雨器在試驗小區進行了噴嘴孔徑為7mm、10mm、12mm三種雨強的人工降雨試驗，試驗采用3次重復，次降雨持續的時間10～30min，人工降雨試驗按率定的標準（率定雨強見表2）和外部自然條件進行，如壓力表的壓力是否達到設定壓力，7mm噴嘴工作壓力0.15MPa，10mm、12mm噴嘴工作壓力0.2MPa，風速是否超過2m/s，連接桿是否與水平面垂直。

從表3可以看出，W-OH與標準小區相比，各種雨強下的W-OH的侵蝕強度與標準小區相比，都有大幅降低，說明在大強度降雨沖刷下，W-OH的水土保持效果也非常好。

表1 2012年自然降雨小區土壤侵蝕模數成果表

表2 BX-1型便攜式人工降雨器率定成果表

表3 2012年人工降雨小區土壤侵蝕強度成果表

四、W-OH擴展應用范圍

W-OH與沙土顆粒可形成粘結性能良好的彈性固化體，具有高度的耐久性、抗壓（拉）性能、抗紫外線及保水性能，抗壓強度1kg/cm2以上，抗拉強度0.6kg/cm2以上，添加0.7%保水劑W-BW的固化體保水性提高50%左右。因此，W-OH特別適合在裸露的地表上防治水土流失。

1.水土保持及生態修復

在播撒植物種子和肥料的沙土上噴灑濃度2%～5%的W-OH后，迅速形成具有植物生長的固結層。該固結層具有良好的抗風性、抗紫外線性、保水、保溫和保肥性，能促進植物生長。

2.新型渠道高效防滲抗凍技術

在硬質渠道表面噴灑濃度為8%～10%的W-OH溶液，可在渠道表面建立柔性防滲層。該防滲層具有不吸水、超柔型、變形協調、耐久性好，與原渠道一體化的結構特點，根本上解決了防滲渠道修復維護上的技術難題。

3.超柔型防水抗凍渠道建造技術

在新開挖的渠道表面噴灑10%以上的W-OH砂漿，可快速構建一體化的超柔型、防滲抗凍結構層，代替傳統渠道防滲層的材料結構。

五、結論

W-OH與沙土有很好的固化作用，在豐縣枯水年土壤侵蝕模數僅為84.0 t/km2·a，在大雨強的人工降雨試驗中，能夠抵擋住雨滴的沖擊，侵蝕強度僅為裸土的20%，能快速降低土壤的侵蝕強度，因此，W-OH是目前沙土區生態治理修復最有效技術之一。W-OH是由日本引進生產的水保產品，經測算，用于水土保持的價格在15～20元/m2，2013年9月份W-OH的生產線在中國投產，估計價格是進口的1/2或者更低，W-OH國產化后在水土保持治理中可大面積推廣，具有巨大的經濟、社會和生態效益■

（作者單位：1徐州市水利科學研究所 221018 2.徐州市云龍湖水庫管理處 221000 3.徐州市賈汪區水利局221011）