向巍巍

云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司，云南開遠 661600

隨著我國西南地區(qū)水電建設(shè)事業(yè)的大力開展，庫區(qū)生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重。水庫建成后，將在冬季高蓄水位和夏季低水位的庫區(qū)兩岸形成與天然河流漲落季節(jié)相反的庫區(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，對庫區(qū)滑坡穩(wěn)定及景觀效果影響巨大。需重點指出的是，因水位在長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，造成在此兩個水位附近的消落帶岸坡受侵蝕程度遠遠強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為兩個重要高程段邊坡。

目前，對庫區(qū)消落帶兩個重要高程段邊坡的治理多采用傳統(tǒng)護岸方法。通過對已完建消落帶生態(tài)治理試點進行連續(xù)觀測，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有治理技術(shù)在上述兩個重要高程段邊坡存在不足。以三峽185觀景平臺上游消落帶生態(tài)治理觀測區(qū)為例，探究上述兩高程段邊坡受侵蝕機理，并對庫區(qū)消落帶兩重要高程段邊坡護岸模式進行探討。

1 觀測區(qū)概況

三峽庫區(qū)消落帶的形成與三峽水利樞紐工程“蓄清排渾”的運行調(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區(qū)形成大面積的水位消落帶，面積達384.9km2，是中國最大的消落帶[2]。

三峽消落帶生態(tài)治理試點和觀測區(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、水蓼等進行撒播或栽種，待上述物種生長到一定程度，即具備耐淹能力。通過定期觀測，總體上認為該消落帶生態(tài)恢復與重建試驗達到預期目標，但局部仍有欠缺。在夏季防洪水位145m和冬季蓄水位175m兩個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高程段岸坡為觀測對象，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，觀測數(shù)據(jù)如表1?？梢?，處于175m高程岸坡的框格內(nèi)覆土損失程度遠大于170m和160m高程岸坡，且損失程度隨時間增長愈趨嚴重。

表1 框格內(nèi)土體距框格梁表面最大距離平均值H/（cm）

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

2 涌浪成因與機理

2.1 涌浪成因

研究表明，對庫區(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，而與風速、風向關(guān)系不大，有時風力反而對涌浪的形成產(chǎn)生反作用[1]。長江航道是著名的“黃金水道”，據(jù)悉，三峽工程全面投產(chǎn)后，過壩船只運量超過1億噸/年。此外，還有一種形式的涌浪是由庫岸滑坡或崩塌斜向運動時所產(chǎn)生[2]。三峽工程開始試驗性蓄水后，庫區(qū)地質(zhì)災害頻發(fā)，一定程度上增加了涌浪發(fā)生幾率。

2.2 涌浪侵蝕機理

涌浪對消落帶岸坡沖刷機理分析如圖1：當涌浪靠近消落帶岸坡時，首先將發(fā)生過程Ⅰ，隨后涌浪對邊坡產(chǎn)生正面沖擊，分散成沿坡面向上和向下的兩股水流，即過程Ⅱ和過程Ⅳ，且兩過程同時發(fā)生。過程Ⅱ和過程Ⅳ在向上攀爬和向下滑落的過程中與坡表直接接觸，產(chǎn)生沖刷侵蝕。過程Ⅳ隨后將融入庫區(qū)水體，而過程Ⅱ動能與勢能則反復轉(zhuǎn)化，先爬升后回落，進而產(chǎn)生過程Ⅲ，其徑流路徑相比過程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都會對消落帶岸坡產(chǎn)生不同程度的破壞，按破壞力大小排序為：過程1＞過程Ⅱ、Ⅲ＞過程Ⅳ。

圖1 涌浪對消落帶岸坡的侵蝕過程

3 傳統(tǒng)硬性加固措施與生態(tài)護岸需有機結(jié)合

單純依靠某種措施以解決消落帶兩個重要高程邊坡遭涌浪侵蝕問題，顯然是行不通的。剛性護坡僅具有較強防沖刷功能，而生態(tài)護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)措施有機結(jié)合，開發(fā)出專門應用于庫區(qū)消落帶兩個重要高程段邊坡的護岸技術(shù)。技術(shù)應用時，一方面隨著植被的生長，可填補硬性加固措施出現(xiàn)的細小裂縫；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的基質(zhì)提供保護。

4 兩個重要高程段邊坡護岸模式探討

為解決庫區(qū)消落帶在上述兩高程段邊坡出現(xiàn)的問題，綜合考慮生態(tài)、景觀、工程效應，實現(xiàn)生態(tài)措施與工程措施有機結(jié)合，本文擬針對消落帶邊坡坡度差異，初步提出庫區(qū)消落帶兩重要高程段邊坡生態(tài)護坡模式。

4.1 坡度i≤1：3

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

有研究表明，三峽庫區(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]。因此碎石覆蓋護坡技術(shù)完全可用于庫區(qū)消落帶的生態(tài)治理，且卵石是比較理想的護岸材料。

4.2 1：3＜坡度i≤1：1.5

消落帶邊坡稍陡時，可采取柔性生態(tài)袋措施。首先將土壤、砂料、有機添加劑、混合植綠種子按一定配合比混合，隨后裝進柔性生態(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)坡面或已實施噴混的水泥坡面上應用，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3個功能層來實現(xiàn)，即基材層、加筋層和防沖刷層。在3層的共同作用下，可達到營造良好植被生長環(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?；膶佑芍采梁陀袡C質(zhì)按比例構(gòu)成，主要為植物生長提供營養(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、根系盤繞提高強度保護巖體減少侵蝕、力學加固提高復合體抗剪抗拉強度、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，不僅能生長植被，而且具備較強的防沖刷能力，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，適用于較陡的岸坡。

4.4 需注意的問題

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還需重點注意幾點問題：1）物種篩選。消落帶生態(tài)恢復物種按生態(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區(qū)消落帶生態(tài)治理的瓶頸，其中沉水植物將長期在水面以下生長，不僅光照少，而且需承受水壓力，導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植被生長脅迫的影響，還需運用生態(tài)位原理[5]，針對不同高程設(shè)置不同植被類型。如在常水位以下應設(shè)置沉水植物，在常水位附近則應設(shè)置挺水植物和浮水植物；3）客土選取。應盡量考慮孔隙率大、滲透性好的砂壤土，避免選用粘性土；4）后期監(jiān)測與管理。加強已完建治理工程跟蹤監(jiān)測與管理，包含植物種群變化、演替規(guī)律、對周邊環(huán)境影響、人工調(diào)控等[6]，以促進庫區(qū)消落帶治理理論的系統(tǒng)發(fā)展。

5 結(jié)論

我國水電資源豐富，庫區(qū)消落帶面積巨大，相關(guān)治理技術(shù)具有廣闊應用前景，但目前的研究仍處于起步階段，因此對實際治理工程中出現(xiàn)的問題也鮮有人研究。此外，目前的防治工程，都是單純的以抑制土壤流失為目的，難以開展實用的關(guān)于涌浪與坡面作用機理和規(guī)律的基礎(chǔ)研究，僅反映現(xiàn)實社會的需求，此種開發(fā)狀況不能避免實施中的失誤。本文以三峽庫區(qū)已完建消落帶治理工程為例，探究了兩個重要高程消落帶邊坡所出現(xiàn)的問題，將目光由前期調(diào)查、評價、調(diào)控等方面轉(zhuǎn)向具體的生態(tài)恢復與重建措施，并針對消落帶邊坡坡度差異，提出了一種庫區(qū)消落帶兩個重要高程段邊坡護坡模式，對庫區(qū)消落帶生態(tài)治理工作深入開展具有一定參考價值。但本文尚未考慮消落帶坡面不規(guī)則因素的影響，也未對不同類型坡面（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)過廣大科技工作者的不懈努力，定能開發(fā)出更多更先進的治理措施。

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