河流心灘守護(hù)中的生態(tài)固灘方法研究
----以長(zhǎng)江倒口窯心灘植入型生態(tài)固灘工程為例

李 明

(長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 武漢 430040)

0 引 言

近年來，開發(fā)和應(yīng)用兼具生態(tài)保護(hù)、資源可持續(xù)利用以及符合工程安全需求的洲灘和岸坡防護(hù)生態(tài)工程技術(shù)，已經(jīng)成為河流整治工程的創(chuàng)新內(nèi)容。當(dāng)前我國(guó)河道生態(tài)修復(fù)措施主要集中于生態(tài)護(hù)坡和護(hù)岸，即以濱河帶的重建為主。河漫灘植被在河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性中占有重要地位。植被的存在能夠減小近底水流流速，促進(jìn)泥沙落淤，有助于河漫灘的穩(wěn)定，同時(shí)落淤的泥沙也將有助于河漫灘的進(jìn)一步發(fā)育。因此，一旦植被豐度達(dá)到一定規(guī)模，將能夠有效增強(qiáng)河道內(nèi)灘體的穩(wěn)定性。長(zhǎng)江干線航道近年來實(shí)施了一系列航道整治工程，生態(tài)護(hù)岸技術(shù)相對(duì)成熟，尤其是鋼絲網(wǎng)格生態(tài)護(hù)岸應(yīng)用較為普遍，而對(duì)于江心沙質(zhì)灘地的守護(hù)工程，基本上都采用軟體排加拋石壓載的工程結(jié)構(gòu)，以確保工程的穩(wěn)定。這類心灘守護(hù)工程對(duì)目前的灘地進(jìn)行硬化，對(duì)生物的生境造成很大影響。

與濱河帶的生態(tài)護(hù)坡和護(hù)岸工程相比，在河道中游移性較強(qiáng)的洲灘上的生態(tài)護(hù)灘工程有著不同的特點(diǎn)。心洲灘地面積大、地形復(fù)雜、形態(tài)各異，為非封閉狀態(tài)，且水流、水位年內(nèi)年際變幅大，灘體砂土結(jié)構(gòu)疏松等，對(duì)于生態(tài)固灘的實(shí)施帶來很大難度。目前對(duì)于河流中穩(wěn)定性較差的洲灘，開展生態(tài)守護(hù)工程措施的研究較少。為了確保灘體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性并兼顧工程的生態(tài)效應(yīng)，本文提出了一種植入型生態(tài)固灘方法，在長(zhǎng)江倒口窯心灘的洲灘守護(hù)中進(jìn)行了原位試驗(yàn)，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了跟蹤分析。

1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

倒口窯心灘位于長(zhǎng)江中游藕池口水道，藕池口水道地處湖北省石首市境內(nèi)，由一個(gè)順直段和一個(gè)彎道段組成，是長(zhǎng)江中游重點(diǎn)礙航水道之一。順直段河道較寬,河道內(nèi)分布有藕池口心灘和倒口窯心灘兩個(gè)較大型的灘體。藕池口水道河勢(shì)見圖1。藕池口心灘形成于20世紀(jì)90年代，目前灘面植被茂盛，灘體穩(wěn)定性較好。倒口窯心灘形成于2006年前后，灘面無植被覆蓋。近年來倒口窯心灘左緣持續(xù)沖刷后退，對(duì)文藝村附近航槽穩(wěn)定性有不利影響。

圖1 藕池口水道河勢(shì)示意圖Fig.1 Ouchikou channel river regime schematic diagram

倒口窯心灘守護(hù)工程主要是為了確保倒口窯心灘的完整性，防止灘槽格局的不利變化。該項(xiàng)工程為一梳齒形護(hù)灘帶，含一縱二橫共3道護(hù)灘帶。縱向護(hù)灘帶上段為半橢圓形，下段為刀形，其中上段長(zhǎng)度為400 m、底寬660 m，下段長(zhǎng)度為1 810 m、寬度為300 m，其主要功能是防止因水流頂沖與側(cè)蝕造成倒口窯心灘頭部及左側(cè)出現(xiàn)沖刷后退；橫向護(hù)灘帶軸長(zhǎng)分別為500、640 m，寬度均為180 m，其主要功能為對(duì)縱向護(hù)灘帶的后方灘體進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，避免灘面發(fā)生剝離式?jīng)_刷。倒口窯心灘守護(hù)工程見圖2。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)位于倒口窯心灘梳齒形護(hù)灘帶第2道橫向護(hù)灘帶兩側(cè)的根部拐角處，總面積約2 500 m2，根據(jù)倒口窯心灘航道整治模型試驗(yàn)的結(jié)果，試驗(yàn)條件下區(qū)域內(nèi)的流速范圍約為0.73～1.56 m/s。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)示意圖見圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)位置示意圖Fig.2 Field test area location diagram

2 植入型生態(tài)固灘方法

2.1 倒口窯心灘生態(tài)守護(hù)的特點(diǎn)

三峽工程蓄水以后，來沙大幅減少，洲灘易沖不易淤，且由于大量沖瀉質(zhì)淤積于庫(kù)區(qū)，壩下游沖瀉質(zhì)大幅減少，蓄水以來落淤形成的灘體的組成物基本都是中細(xì)沙。植物徙居于洲灘的重要前提是洲灘能提供必要的養(yǎng)分，中細(xì)沙組成的洲灘保水保肥能力差，植物徙居并增殖的難度大。倒口窯心灘，盡管目前高程較高，清水下泄的情況下進(jìn)一步淤高的難度較大。這是因?yàn)樵诩词购樗诼捎诒韺铀骱沉繕O低，粗砂落淤的可能性很小，較細(xì)泥沙落淤的可能性則幾乎不存在，該灘體即使維持當(dāng)前形態(tài)，也極難生長(zhǎng)出成規(guī)模的植被。因此進(jìn)行生態(tài)固灘的主要思路是在分析工程區(qū)水文情勢(shì)的基礎(chǔ)上，合理選擇用于固灘的先鋒植被，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的培育方案，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇必要可行的輔助措施，確保先鋒植被的繁育增殖，在試驗(yàn)工程區(qū)實(shí)現(xiàn)初步的保水保肥，為試驗(yàn)區(qū)以后植被的逐步演替以及豐度的逐步提升創(chuàng)造條件。

對(duì)倒口窯心灘水文情勢(shì)進(jìn)行分析，主要分析心灘淹沒情況。以石首站水位近似代表倒口窯心灘附近水位，采用2003年三峽蓄水以來的水位資料計(jì)算分析工程區(qū)淹沒情況，包括最大淹沒深度和淹沒深度年內(nèi)年際變化見圖3和圖4，工程區(qū)特征流量下的淹沒深度見表1。分析可知，倒口窯心灘淹沒時(shí)段主要集中在汛期的5-9月，12月至第二年4月無淹沒歷時(shí)出現(xiàn)，心灘年平均淹沒歷時(shí)為61 d/a，一年內(nèi)最大淹沒歷時(shí)曾達(dá)到過93 d。心灘的淹沒深度和淹沒歷時(shí)與來水量關(guān)系緊密，歷年出現(xiàn)最大淹沒深度4.2 m，平均淹沒深度為0.2～1.6 m，淹沒深度及淹沒歷時(shí)均在7月份達(dá)到最大值。

圖3 歷年最大淹沒深度變化圖Fig.3 Variation diagram of the largest submerged depth over the years

圖4 淹沒歷時(shí)年際變化圖Fig.4 Interannual variations diagram of flood duration

表1 特征流量下的淹沒深度統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of submerged depth under characteristic flows

從植被的生長(zhǎng)期來看，倒口窯心灘上具備基本的出露條件。考慮到倒口窯心灘為季節(jié)性漫灘，雨季淹沒旱季出露，植被物種的選擇方面存在較大的難度；同時(shí)，該漫灘土壤質(zhì)地疏松，營(yíng)養(yǎng)匱乏，表層土壤容易被水流沖刷帶走，植物根系難以固定。為此，需解決兩方面問題：①固灘植被的選種和培育方案，確保選育植被具有較好的耐淹性，能夠在倒口窯心灘灘面存活；②土壤基質(zhì)的固定技術(shù)，通過適當(dāng)措施，確保在植被生長(zhǎng)初期所需的土壤基質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)所選措施能夠滿足植物生長(zhǎng)空間及環(huán)保可降解等方面的需要。

2.2 植被選育

植物群落的配置就是通過人為設(shè)計(jì)，將擬恢復(fù)重建的植物群落，根據(jù)環(huán)境條件和群落生長(zhǎng)特性按一定比例在空間分布、時(shí)間分布方面進(jìn)行安排，高效運(yùn)行，達(dá)到恢復(fù)目標(biāo)，即形成穩(wěn)定可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)。一般而言，先鋒物種的選擇是在對(duì)濕生植物生物學(xué)特性、耐淹性以及光補(bǔ)償點(diǎn)的研究基礎(chǔ)上，篩選出幾種具有一定耐淹性、能適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的物種作為恢復(fù)的先鋒物種，同時(shí)為濕生植物群落的恢復(fù)提供建群物種。物種的選擇主要有以下幾個(gè)原則：①適應(yīng)性原則。所選物種應(yīng)對(duì)該流域氣候水文條件有好的適應(yīng)能力。②本土性原則。優(yōu)先考慮采用當(dāng)?shù)氐脑形锓N，盡量避免引入外來物種，以減少可能存在的不可控因素。③強(qiáng)凈化性原則。優(yōu)先考慮對(duì)N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)去除能力的植物。④可操作性原則。所選物種的繁殖、競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)，栽培管理容易。

從以上原則出發(fā)，遴選適宜倒口窯心灘的植物物種，物種既能在干燥土壤中長(zhǎng)期生存和繁育，具有正常生命代謝活性，又能耐受長(zhǎng)時(shí)間的淹沒和水澇，具備很好的耐受能力，同時(shí)還需要滿足上述的其他要求。初步確定物種的具體選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：①夏天能耐受30～60 d的淹沒仍然保持生命活性；②注重生物多樣性與生態(tài)安全，以本地土著物種為主；③注重人工植被的立體空間層次，確定不同物種的搭配；④注重植被的自然性狀和生態(tài)功能，依據(jù)季節(jié)更迭選擇不同的植被，確保每個(gè)季節(jié)均有一定的植被覆蓋度，同時(shí)，選擇根系發(fā)達(dá)，固土保土能力強(qiáng)的物種；⑤物種有一定的抗水流沖擊能力，并可以截留一定的泥沙，有利于洲灘進(jìn)一步發(fā)育。

試驗(yàn)區(qū)附近的草地生態(tài)系統(tǒng)在河堤和灘地廣泛分布，適生植被以水生維管束植物和河灘的灌叢灌草叢為主。前期生態(tài)調(diào)查共收集到多年生植物14種，主要有狗牙根、牛鞭草、天名精、小薊等。越年生植物3種，分別是一年蓬、異葉黃鵪菜、卷耳。一年生植物10種，主要有雪見草、薺菜、雞眼草等。根據(jù)前述原則和標(biāo)準(zhǔn)，在工程河段適生植被調(diào)研結(jié)果，從大量的植物物種中篩選狗牙根、蘆葦、三葉草作為適生植被物種用于倒口窯心灘的植被恢復(fù)。選擇上述三種植物的具體原因如下：狗牙根、三葉草、蘆葦三個(gè)物種具有空間上的層次，狗牙根匍匐在土壤表層，具有發(fā)達(dá)的根系，位于最下層，三葉草介于狗牙根和蘆葦之間，蘆葦株高可達(dá)2 m以上，空間層次分明；另外，就土壤表層的狗牙根和三葉草，也分別分布在不同空間上，狗牙根有良好的耐淹能力，一般位于水分充裕地勢(shì)較低的區(qū)域，三葉草有一定的耐旱能力，位于水分較少地勢(shì)較高的區(qū)域。同時(shí)，狗牙根和蘆葦具有發(fā)達(dá)的根系，對(duì)洲灘土壤有良好的固定作用，尤其是處于地勢(shì)較低區(qū)域的狗牙根，耐水淹，具備良好的抗水流沖擊能力和泥沙截留效應(yīng)；三葉草有一定的土壤改良作用，可以改善土壤肥力。蘆葦以其固土整沼、開發(fā)荒地、保持生態(tài)平衡等多方面的優(yōu)勢(shì)，成為具有綜合經(jīng)濟(jì)用途的資源植物，發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)作用。此外，三者存在一定的季節(jié)更迭，三者混交種植，有助于洲灘植被的穩(wěn)固和促進(jìn)未來植被蓋度的提高。

2.3 土質(zhì)改良

倒口窯心灘表層主要淤積物為砂質(zhì)粗顆粒，粒徑大，營(yíng)養(yǎng)貧瘠，黏連性和穩(wěn)定性差，易于在外力作用下移動(dòng)，不利于植被定植生長(zhǎng)與成活。針對(duì)倒口窯心灘土壤基質(zhì)的現(xiàn)狀和存在的問題，需要對(duì)該處土壤基質(zhì)進(jìn)行改良。基質(zhì)改良的技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)上主要需要考慮土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分與保墑能力。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)包括粒徑級(jí)配、團(tuán)聚體體積質(zhì)量或團(tuán)聚體密度等，植被生長(zhǎng)良好的土壤基質(zhì)需要滿足的具體指標(biāo)要求為黏粒(粒徑<0.002 mm)占全部團(tuán)聚體顆粒的比重不低于25%，粉粒(0.05 mm>粒徑>0.002 mm)所占比重不低于65%；團(tuán)聚體的體積質(zhì)量1.2～1.8 g/m3或者團(tuán)聚體密度>2.0 g/m3。基于上述要求，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本的考慮，土壤改良擬就地取材，從附近的農(nóng)田、林地等選擇黏土作為回填的土壤基質(zhì)，通過測(cè)定土壤的粒徑級(jí)配，按照上述要求計(jì)算不同土壤的搭配混合比例，將土壤基質(zhì)人工或者機(jī)械攪拌均勻后敷設(shè)到項(xiàng)目區(qū)中。

土壤養(yǎng)分方面的主要指標(biāo)有有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀；植被生長(zhǎng)良好的土壤需要滿足有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)20 g/kg、碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)>85 g/kg、全氮>0.8 g/kg、速效氮>60 mg/kg、速效磷>30 mg/kg、速效鉀>100 mg/kg；對(duì)按適宜比例混合的土壤基質(zhì)測(cè)定肥力指標(biāo)，按照植被生長(zhǎng)的養(yǎng)分需要通過定期施農(nóng)家有機(jī)肥以確保植物的養(yǎng)分需要，同時(shí)可緩慢改變土壤質(zhì)地。保墑能力方面的要求為土壤質(zhì)量含水量不低于15 g/kg，按照上述設(shè)計(jì)要求敷設(shè)的土壤基質(zhì)，如果土壤含水量不夠，需要定期澆水，以彌補(bǔ)不足，保障植物生長(zhǎng)的充足水分供應(yīng)。

基于以上要求制定倒口窯心灘土壤基質(zhì)改良的具體設(shè)計(jì)方案如下：①采集黏土，運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目區(qū)；測(cè)定級(jí)配后計(jì)算不同土壤的適宜搭配比例，按照該比例混合均勻后敷設(shè)到項(xiàng)目區(qū)。②黏土按比例植入項(xiàng)目區(qū)，植入土盡量夯實(shí)；③植入土層厚度為50 cm；④植入土表層使用農(nóng)家有機(jī)肥進(jìn)行養(yǎng)分改良，確保農(nóng)家肥均勻均勻分布在植入土層表面；施肥標(biāo)準(zhǔn)以有利于植被適度生長(zhǎng)為宜。⑤接種和培育土壤藻類，將藻種接種到土壤基質(zhì)表面，每天灑水保持表層土壤濕潤(rùn)，確保土壤藻類的活性和作用發(fā)揮。黏土就地取材，農(nóng)家肥需要從當(dāng)?shù)夭少?gòu)，土壤藻類需要聯(lián)系專業(yè)部門采購(gòu)并接種，確保活性與效果。

2.4 臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)

茂盛的植被不僅能有效的保護(hù)土壤基質(zhì)，同時(shí)還能從水體中截留泥沙，促進(jìn)灘體的淤高。但在灘面植被具備足夠的豐度之前，必須采取臨時(shí)性的工程措施對(duì)遷入的客土進(jìn)行必要的保護(hù)。對(duì)此，本研究提出了采用可降解草繩網(wǎng)構(gòu)成的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)，如圖5所示，在植被生長(zhǎng)發(fā)育期間起到臨時(shí)固土防沖刷作用。

圖5 臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.5 Temporary anti-scour structure picture

圖6 管道試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.6 Pipeline test system diagram

開展了水槽試驗(yàn)，研究防沖結(jié)構(gòu)不同布置方式的固土抗沖作用。出于防沖刷和植被繁育的需要，工程區(qū)回填土擬采用黏性土。黏性土的起動(dòng)不同于散粒體泥沙和一般淤泥的起動(dòng)，由于其黏性較強(qiáng)，需克服團(tuán)粒間較強(qiáng)的黏結(jié)力才能起動(dòng)，因此一般情況下都具有較強(qiáng)的起動(dòng)臨界條件。考慮到用來進(jìn)行沖刷模型試驗(yàn)的普通開敞式無壓水槽的流速條件不能滿足黏性土試驗(yàn)的要求，另外沖刷試驗(yàn)土體顆粒的黏聚性也很難通過模型模擬，因此在管道內(nèi)開展臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)作用下的土體沖刷試驗(yàn)，用以觀測(cè)分析臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的防沖效果。在試驗(yàn)管道內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)的近底流速條件，可視為1∶1的模型比尺，流速和土體以及臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相同。試驗(yàn)在矩形有機(jī)玻璃管道中開展，矩形管道示意圖見圖6。整個(gè)試驗(yàn)裝置為封閉管道循環(huán)系統(tǒng)，包括進(jìn)水管道、水泵、閥門、電磁流量計(jì)、試驗(yàn)管段、頂土裝置、出水管道、水庫(kù)等幾部分。其中試驗(yàn)管段為封閉矩形管道，采用有機(jī)玻璃加工而成，內(nèi)部斷面尺寸為50 cm×20 cm，長(zhǎng)度為3 m。試驗(yàn)土樣放在距進(jìn)出口等距離處，以保證水流條件的穩(wěn)定；水泵功率為4.8 kW，最大流量可達(dá)150 m3/h，矩形管道有效段最大流速可達(dá)2.08 m/s。為了使試驗(yàn)過程中土樣表面的水流條件基本一致，考慮在矩形有機(jī)玻璃管道底部安裝土樣升降裝置(頂土裝置)，下方升降機(jī)裝置采用電動(dòng)機(jī)及減速裝置控制其升降速度。在試驗(yàn)過程中，當(dāng)土樣在水流的沖刷逐漸降低時(shí)，適時(shí)調(diào)整土樣高度使其表面與矩形管道底部齊平。

試驗(yàn)是在封閉壓力管道中進(jìn)行的，與明渠中的無壓條件有所不同。依據(jù)相關(guān)研究成果，在有壓管道中進(jìn)行沖刷試驗(yàn)，其壓力變化對(duì)土樣沖刷的影響基本可以忽略，試驗(yàn)結(jié)果基本可代表土樣在一般開敞水槽中的結(jié)果。主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括：①流量采用電子流量計(jì)測(cè)量。②沖刷形態(tài)采用高清相機(jī)拍攝結(jié)合測(cè)尺測(cè)量沖刷深度。

工程區(qū)回填土的來源主要來自附近農(nóng)田和荒地黏土，在回填土源區(qū)內(nèi)采集了兩種代表性土樣開展試驗(yàn)。對(duì)以上兩種土樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，主要包括土樣粒徑、比重、孔隙率等。土樣顆粒級(jí)配見圖7和圖8，土體特征值見表2。

圖7 土樣A顆粒級(jí)配曲線Fig.7 Grain size grading curve of sample A

圖8 土樣B顆粒級(jí)配曲線Fig.8 Grain size grading curve of sample B

用草繩結(jié)網(wǎng)的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)，從設(shè)計(jì)方案上的變化主要考慮草繩的直徑d和繩間距L。設(shè)計(jì)了4組臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)形式，對(duì)應(yīng)尺寸分別為：d1=0.5 cm，L1=10 cm，d2=1 cm，L2=10 cm，d3=0.5 cm，L3=5 cm，d4=1 cm，L4=5 cm。在平灘流量級(jí)～洪水流量級(jí)范圍內(nèi)，工程部位的最大流速為0.7～1.6 m/s。參考該成果，沖刷試驗(yàn)采用了6組流速條件，分別為0.56、0.69、0.97、1.25、1.53、1.81 m/s，在兩種土樣下分別開展正交試驗(yàn)。觀察泥沙起動(dòng)情況，并記錄兩種土樣在10 min內(nèi)的沖刷深度，結(jié)果見表3。

表2 土樣特征值對(duì)比表Tab.2 Soil sample eigenvalues comparison sheet

注：黏粒指的是粒徑0.005 mm以下的顆粒。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果可知，草繩防沖框架結(jié)構(gòu)在減弱沖刷方面有著明顯的作用，且對(duì)于土樣1的作用更加明顯。土樣2中粉粒含量較多，土體間孔隙較大，吸水能力更強(qiáng)，隨流速的變化所受到的擾動(dòng)更大。不同結(jié)構(gòu)的防沖結(jié)構(gòu)防沖能力不同，同等條件下，結(jié)構(gòu)的空隙越大，防沖作用越小。土體中黏性顆粒的含量對(duì)起動(dòng)流速的影響較大。細(xì)顆粒含量比較多的土樣1，中值粒徑比較小，黏性顆粒含量較多，顆粒間黏結(jié)力比較大，需更強(qiáng)的水流強(qiáng)度才能起動(dòng)，故使其開始明顯沖刷的流速更大，且其沖刷的深度在同等條件下較土樣2小。

表3 回填土沖刷深度 cm

試驗(yàn)采用的回填土為新填土，沒有經(jīng)過淤積固結(jié)過程，相對(duì)沖刷深度較大。考慮工程區(qū)的實(shí)際情況，土體回填以后會(huì)有一定時(shí)間的固結(jié)過程，密實(shí)度會(huì)有所增加，因此土樣1的成果更接近工程實(shí)際情況。對(duì)于土樣1來說，理論上講草繩鋪設(shè)得越密，防沖效果越好。試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四種臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)均有一定的防沖效果，起動(dòng)流速有所增加。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，臨時(shí)結(jié)構(gòu)能有效提高防護(hù)區(qū)的起動(dòng)流速，從而提高回填土的防沖能力，為植被發(fā)育期提供順利過渡條件。因此臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)考慮到首先滿足工程區(qū)的臨時(shí)防沖需求，在此基礎(chǔ)上考慮植株的生長(zhǎng)空間需求、種植的可操作性以及臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。

3 原位試驗(yàn)及效果分析

綜合考慮種植的可操作性及經(jīng)濟(jì)型，確定選用結(jié)構(gòu)II(d=1 cm,L=10 cm)作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)體型。生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)采用漿砌塊石形成圍墻，并充填土方，通過播撒植物種子的形式進(jìn)行綠化，在播撒種子之后，在表面每隔間距為10 cm鋪設(shè)一根1.0 cm直徑草繩，草繩采用帶勾頭的Φ10鋼筋固定,鋼筋總長(zhǎng)為2 m，間距為3 m；在邊緣設(shè)置透水框架，寬10 m，如圖9所示。生態(tài)固灘工程于2014年7月開工，2015年初實(shí)施了生態(tài)護(hù)灘區(qū)域的回填土工作，至2015年3月，生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)及主體工程基本實(shí)施完成。

圖9 生態(tài)護(hù)灘現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖(單位：cm)Fig.9 Site structure diagram of ecological channel bar protection tests

圖10 生態(tài)固灘試驗(yàn)實(shí)施2月后的現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.10 Scene photos taken after the ecological shoal consolidation method implemented two months

圖11 生態(tài)固灘試驗(yàn)實(shí)施1年后的現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.11 Scene photos taken after the ecological shoal consolidation method implemented one year

對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了2年的跟蹤觀測(cè)，分析生態(tài)固灘工程試驗(yàn)實(shí)施后的效果，見圖10、11。植入基質(zhì)在運(yùn)行1年后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)粉粒和黏粒占基質(zhì)的90%以上，團(tuán)聚體密度達(dá)到2.1 g/m3，基質(zhì)的密實(shí)度和穩(wěn)定性滿足固灘項(xiàng)目的要求。種植的狗牙根、三葉草和蘆葦在春夏季顯示了強(qiáng)勁的長(zhǎng)勢(shì)，生長(zhǎng)指標(biāo)正常。春季，三葉草生長(zhǎng)茂盛，實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目區(qū)的全覆蓋，目測(cè)估算植被蓋度達(dá)到90%以上；狗牙根新芽發(fā)育，植株密度達(dá)到30 株/m2以上；蘆葦高度在1.0～1.5 m之間，平均植株間距1.2 m。單位面積上的植物生物量達(dá)到15.7 g/m2以上。夏季，三葉草逐漸枯萎，為土壤提供了養(yǎng)分，狗牙根長(zhǎng)勢(shì)旺盛，植株密度達(dá)到60 株/m2以上，植被蓋度達(dá)到80%；蘆葦平均高度2.0 m，平均植株間距0.8 m，密度顯著增加。同時(shí)，試驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)很多其他的植物，物種多樣性指數(shù)增加。單位面積上的植物生物量達(dá)到40.3 g/m2。秋季，狗牙根長(zhǎng)勢(shì)旺盛，植株密度達(dá)到70 株/m2以上，目測(cè)估算植被蓋度達(dá)到92%以上；蘆葦高度在2.4 m以上，平均植株間距0.7 m。單位面積上的植物生物量達(dá)到46.7 g/m2。除此以外，試驗(yàn)區(qū)還發(fā)現(xiàn)了鳥類棲息的痕跡。

4 結(jié) 語

本文提出了一種針對(duì)河流心灘守護(hù)的植入型生態(tài)固灘方法，以倒口窯心灘生態(tài)守護(hù)工程為例，從植被選育、基質(zhì)改良、臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析研究。得到的主要認(rèn)識(shí)如下。

(1)心灘的生態(tài)守護(hù)應(yīng)充分分析工程區(qū)的來水來沙特性，制定相應(yīng)的工程實(shí)施方案。

(2)通過引入客土，遷入生命力強(qiáng)的先鋒植被，只要在先鋒植被繁育至足夠豐度之前進(jìn)行臨時(shí)性的輔助固土，即可達(dá)到利用植被進(jìn)行生態(tài)固灘的效果。

(3)對(duì)于汛期淹沒過水的心灘，在植被具備足夠的豐度之前，水流對(duì)適合水生植物扎根的遷入客土(軟泥)的沖刷作用不容忽視，將影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，必須采取臨時(shí)性的工程措施對(duì)遷入的客土進(jìn)行必要的保護(hù)。

(4)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的生態(tài)固灘方法取得了良好的生態(tài)固灘效果，可以推廣到類似工程中。