李 鋒

(上饒市水利科學(xué)研究所，江西 上饒 334000)

隨著國(guó)家對(duì)各行各業(yè)環(huán)保意識(shí)的逐漸滲透，我國(guó)原來河流治理一些做法逐漸不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2- 5]。如忽視河道兩岸生態(tài)環(huán)境及景觀效果，人為將自然彎曲河流直線化，模式呆板，既失去景觀觀賞性，又嚴(yán)重破壞河流周圍生態(tài)環(huán)境。近幾年來水利工作者在河流治理中逐漸意識(shí)到此類問題，逐漸將環(huán)保理念與景觀效果應(yīng)用于岸坡恢復(fù)工作中。

信江是江西省上饒市域內(nèi)最重要的河流，因水資源開發(fā)不科學(xué)，河流生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。為了修復(fù)其岸坡，選擇了復(fù)合生物磚結(jié)構(gòu)，復(fù)合生物磚具有穩(wěn)定性好、施工環(huán)節(jié)少的優(yōu)勢(shì)，但考慮到磚孔面積占去將近45%，其抗沖刷能力是否能夠適用于河流治理是一個(gè)重要問題。

本文以江西省上饒信江護(hù)坡生態(tài)工程為研究對(duì)象，探究復(fù)合生物磚護(hù)岸結(jié)構(gòu)在河流治理中的應(yīng)用。經(jīng)過調(diào)查信江河道水流速度，設(shè)計(jì)試驗(yàn)并建立模型探究復(fù)合生物磚抗沖刷能力與其景觀效果，以檢驗(yàn)復(fù)合生物磚護(hù)岸結(jié)構(gòu)能否在河流治理中推廣應(yīng)用。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 河流流域介紹

信江貫穿江西省上饒市境內(nèi)，最后匯入撫河左岸，河全長(zhǎng)約313km，流域面積達(dá)到約17600km2，經(jīng)歷年測(cè)定其平均流量82m3/s。河床平均比降約1.30%，自然落差達(dá)到130m。該地域常年氣溫較高，平均氣溫約18.5℃，該地區(qū)常年多雨，平均年降水量約2258mm。信江在余干縣橫斷面處2016年遭遇特大暴雨，洪水洪峰流量達(dá)到650m3/s，河道流速最大處超過8m/s，平時(shí)河道流速維持在6.2～7.2m/s范圍內(nèi)，其水能理論蘊(yùn)藏量接近12000kW。

1.2 復(fù)合生物磚護(hù)岸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

復(fù)合生物磚主要由雙孔水泥磚、營(yíng)養(yǎng)土、植被部分3個(gè)重要部分組成。雙孔水泥磚，設(shè)計(jì)單孔規(guī)格是長(zhǎng)度200mm，寬度200mm，高度390mm，磚壁厚度40mm。其設(shè)計(jì)為上下左右自然錯(cuò)縫，方便后期施工砌筑，不需要水泥砂漿勾縫。營(yíng)養(yǎng)土是由自然種植土與泥炭土按照混合比例1∶0.25混合而成，一般可摻入少量NPK復(fù)合肥。植被部分則主要是將狗牙根、百喜草種子、山毛豆種子與杜鵑、野牡丹小苗混合培育，養(yǎng)成灌木或稀植類。為了方便運(yùn)輸及保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，復(fù)合生物磚試驗(yàn)場(chǎng)地及試驗(yàn)樣本構(gòu)件制作均在信江綜合治理工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置完成。復(fù)合生物磚干砌完成后，將營(yíng)養(yǎng)土回填到磚孔內(nèi)，澆水壓實(shí)，保證磚孔內(nèi)營(yíng)養(yǎng)土填充飽滿，不得存在遺漏。生物磚形狀及尺寸規(guī)格見圖1。

圖1 護(hù)坡復(fù)合生物磚形狀及尺寸

1.3 生物磚室內(nèi)試驗(yàn)

含有植被土體抗沖刷能力的物理模擬試驗(yàn)方法大致可以歸為兩類：縮尺模型方法，選擇將剛體或柔體塑料代替植被構(gòu)造模型，分析植被在水流沖刷時(shí)所受力情況；借助壓管流代替實(shí)際河道水流，在實(shí)際真實(shí)的植被表面沖刷，此種方法相對(duì)比較接近真實(shí)情景[1]。綜合考慮試驗(yàn)條件與試驗(yàn)?zāi)M效果等情況，本文生物磚室內(nèi)試驗(yàn)選擇壓管流的方式進(jìn)行模擬。搭建的模型設(shè)備主要包括：高位水箱、量水堰、鋼管、閘閥、方形有機(jī)玻璃管、尾水渠、地下水庫(kù)。復(fù)合生物轉(zhuǎn)抗沖刷能力模擬試驗(yàn)設(shè)備如圖2、3所示，透明有機(jī)玻璃制作組成其壓流實(shí)驗(yàn)部分，有機(jī)玻璃管道規(guī)格尺寸為長(zhǎng)30cm，寬15cm，高度1000cm。有機(jī)玻璃板制作的試驗(yàn)部分與有機(jī)玻璃方管直接存在一段過渡段，其橫截面規(guī)格為長(zhǎng)20cm，寬15cm，這樣維持至少有6.2m/s流速的水流過，達(dá)到信江河道流速范圍在6.2～7.2m/s。試驗(yàn)部分方管下部安放56cm長(zhǎng)的方箱，方箱橫截面規(guī)格為長(zhǎng)40cm，寬30cm，其主要功能是盛裝復(fù)合生物磚試驗(yàn)樣本。生物磚表面必須保持與試樣方管底部在同一水平線上。復(fù)合生物磚上部留出有機(jī)玻璃活動(dòng)板，利于安裝和拆卸復(fù)合生物磚試驗(yàn)樣本。同時(shí)活動(dòng)板和有機(jī)玻璃水槽之間必須安裝止水橡膠，避免跑氣漏水現(xiàn)象出現(xiàn)。本試驗(yàn)所用樣本在信江施工現(xiàn)場(chǎng)制作完成，培育期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，保證狗眼根草高度達(dá)到25cm以上。

圖2 試驗(yàn)裝置布設(shè)立面圖示意圖

圖3 試驗(yàn)裝置布設(shè)平面圖示意圖

復(fù)合生物轉(zhuǎn)試驗(yàn)樣本共設(shè)2組，其中標(biāo)號(hào)1組的在未進(jìn)行抗沖刷能力試驗(yàn)前在水中浸泡8h，用于模擬實(shí)際降水后，土壤含水率快速上升的情形。標(biāo)號(hào)2組樣本在抗沖刷能力試驗(yàn)前不做任何處理，在自然狀態(tài)下直接完成沖刷試驗(yàn)。為了排除沖刷時(shí)長(zhǎng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾，所有試驗(yàn)樣本均在相同條件下沖刷8h，并采用相同的檢測(cè)方法測(cè)定復(fù)合生物磚沖刷坑的深度。

2 護(hù)岸效果

2.1 抗沖刷能力分析

長(zhǎng)有狗牙根草的土壤遭到破壞主要是因?yàn)樗鳑_刷時(shí)，植被根系較少的區(qū)域水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，使得根系暴露于空氣中，最終植被根系也因水流沖刷而沖走，進(jìn)一步降低了植被根系的錨固作用。改變水流模擬速度(從6.2m/s以0.2m/s增幅增加到7.2m/s)，記錄復(fù)合生物磚上游孔與下游孔沖刷深度的最大值，并繪制折線變化圖(見圖4)。通過記錄的數(shù)據(jù)可以得到，在自然植被情形時(shí)(標(biāo)號(hào)2試驗(yàn)組)上游孔植被沖刷坑深度在1.6～6.3cm范圍變化，下游孔則在0.25～4.75cm范圍波動(dòng)；經(jīng)過浸泡8h(標(biāo)號(hào)1試驗(yàn)組，模擬降水土壤含水率上升情況)后沖刷試驗(yàn)上游孔的植被沖刷坑深度在2.1～7.2cm范圍波動(dòng)，下游孔植被沖刷坑深度在1.5～5.6cm范圍內(nèi)變化。分析各種試驗(yàn)條件下各部位的沖刷坑深度，不難得出，復(fù)合生物磚沖刷坑深度最高值受管道流速影響，并且兩者呈正相關(guān)關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)，狗牙根在經(jīng)過水流沖刷，所有都傾斜在生物磚土層表面，構(gòu)成植被覆蓋層，減少水土流失現(xiàn)象發(fā)生幾率。植被茂密程度及根系發(fā)達(dá)程度決定著對(duì)土層的保護(hù)作用，呈現(xiàn)正相關(guān)態(tài)勢(shì)。對(duì)比生物磚不同位置的沖刷坑深度，基本上游孔沖刷坑深度略大于下游孔沖刷坑深度，約2cm左右。造成該現(xiàn)象主要是由于上游孔植被覆蓋較少，根系稀疏，土壤在水流沖刷下，水土流失較為嚴(yán)重。對(duì)比分析標(biāo)號(hào)1與標(biāo)號(hào)2試驗(yàn)樣本同樣位置的沖刷坑深度，不難看出試驗(yàn)樣本經(jīng)過浸泡8h后，土壤含水率升高，造成土壤松散，沖刷較為嚴(yán)重；同是上游孔位置，標(biāo)號(hào)1與標(biāo)號(hào)2試驗(yàn)樣本，標(biāo)號(hào)1沖刷深度大于標(biāo)號(hào)1試驗(yàn)樣本沖刷深度約1cm，而同是下游孔位置，則相差約0.9cm?？紤]到本文選擇的復(fù)合型護(hù)岸結(jié)構(gòu)的土體裝填在水泥孔內(nèi)，狗牙根草的根系與枝蔓比較多且茂密，并且摻雜零星灌木，同樣擁有發(fā)達(dá)的根系，避免水土大量流失，所以在水泥磚和植被的防護(hù)下，本試驗(yàn)樣本破壞程度較輕。通過調(diào)查江西省內(nèi)多條河流河道流速，基本都在7.2m/s以下，所以本文介紹的復(fù)合型生物磚完全可以應(yīng)用在江西省內(nèi)河流治理中。

圖4 不同標(biāo)號(hào)試驗(yàn)樣本各位置沖坑最大值對(duì)比折線

2.2 生態(tài)景觀作用

借助復(fù)合生物磚完成對(duì)信江的護(hù)坡改造工作，經(jīng)過實(shí)地調(diào)查護(hù)坡上植被覆蓋率高，長(zhǎng)勢(shì)良好。復(fù)合生物磚有近45%的面積為磚孔填土，可以有效滲水，并水內(nèi)微量元素大量被植物吸收，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，將雨水經(jīng)過滲透截流，使得地下水更加豐富。利用該復(fù)合生物磚護(hù)岸因不需要泥漿，更利于各種生物生存繁衍，保證了河道兩岸生態(tài)平衡。除此以外，生物磚結(jié)構(gòu)可以相互交錯(cuò)，可以適應(yīng)多種地形采取剛性與柔性防護(hù)，對(duì)河道原有形態(tài)不進(jìn)行改變，利于營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境。

信江護(hù)坡和河道垂直護(hù)岸結(jié)構(gòu)間鋪筑生態(tài)透水混凝土道路，周圍搭設(shè)各類景觀工程，美化河道兩岸景觀，適于居民休憩觀賞。復(fù)合生物磚為了保證植被發(fā)芽率，為其生長(zhǎng)創(chuàng)造良好環(huán)境，在其護(hù)坡鋪撒富含各類微量元素的土壤，并保證松軟透氣，保持水分。經(jīng)過實(shí)地應(yīng)用觀察，植被發(fā)芽率高，種植30d后，生物磚結(jié)構(gòu)的植被長(zhǎng)勢(shì)喜人，經(jīng)過90d后植被茂盛，根系十分發(fā)達(dá)，完全達(dá)到故土保水的作用。

在生物磚孔內(nèi)種植的狗牙根草能夠匍匐生長(zhǎng)，加上種植灌木類，保證了植被高密度。經(jīng)過2400d后，經(jīng)實(shí)地觀測(cè)，狗牙根草均達(dá)到35cm左右，灌木高度在狗牙根草以上。植被茂盛將生物磚覆蓋，并能夠與周圍景觀協(xié)調(diào)相稱，達(dá)到很好的景觀效果。

3 結(jié)語

本文針對(duì)江西省上饒市信江護(hù)坡生態(tài)工程中復(fù)合生物磚護(hù)岸結(jié)構(gòu)在河流治理中的應(yīng)用性展開研究。經(jīng)過試驗(yàn)采用壓管流的方式設(shè)定與實(shí)際河道流速一致的水流速度測(cè)定復(fù)合生物磚抗沖刷能力，并在施工現(xiàn)場(chǎng)查看其景觀效果。最終得到如下結(jié)果：

(1)生物磚結(jié)構(gòu)抗沖刷能力能夠用于河流治理中。

(2)復(fù)合生物磚內(nèi)配制的營(yíng)養(yǎng)土可保障植被出芽率及生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)，植被茂盛，根系發(fā)達(dá)，具有很好的景觀效果。綜上所述，復(fù)合生物磚護(hù)岸結(jié)構(gòu)在河流治理中值得推廣應(yīng)用。本文為復(fù)合生物磚在江西省中小河流治理中的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

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