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        W-OH生態(tài)護坡技術(shù)在沙土區(qū)河道坡面上的應(yīng)用

        2014-02-27 06:44:54余瑩瑩汪永進范敬蘭吳震宇
        治淮 2014年8期
        關(guān)鍵詞:固土人工降雨集流

        余瑩瑩汪永進范敬蘭吳震宇

        W-OH生態(tài)護坡技術(shù)在沙土區(qū)河道坡面上的應(yīng)用

        余瑩瑩1汪永進2范敬蘭1吳震宇3

        江蘇省徐州市沙土區(qū)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(qū)。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(qū)的特點是沙性大,覆蓋層厚,沙土結(jié)構(gòu)松散,粘聚力弱,抗沖能力差,土壤極易因水蝕和風(fēng)蝕造成水土大面積流失,水土流失嚴重。W-OH高分子化學(xué)固土材料與沙土有著很好的附著力,可形成多孔結(jié)構(gòu)的固結(jié)層,又具有較好的植生功能,特別適合在徐州市沙土區(qū)進行水土保持治理中推廣。

        一、W-OH工作原理及可持續(xù)生態(tài)河道理念

        W-OH是一種生態(tài)環(huán)保型高分子親水性聚氨酯樹脂類復(fù)合固化材料,由日本JCK株式會社研究開發(fā),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(yīng),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(jīng)毒性試驗和有害物質(zhì)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(huán)境負荷小的新型荒漠化防治材料。

        W-OH稀釋液在沙土區(qū)坡面防護方面的應(yīng)用,主要分為兩個階段:第一階段是W-OH化學(xué)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(fù)合材料,由于噴灑后的溶液產(chǎn)生了具有良好彈性的多孔固化層,實現(xiàn)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(fā)芽、生長。轉(zhuǎn)入生物可持續(xù)固土階段后,W-OH固化層可以保持30年不分解,從而實現(xiàn)化學(xué)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(xù)生態(tài)河道是基于河道坡面化學(xué)固土和生物固土技術(shù)的有機結(jié)合,初期的化學(xué)固土為后期的生物固土提供了基礎(chǔ),后期的生物固土是實現(xiàn)可持續(xù)固土的必要條件,W-OH的推廣使用,為改善河道生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)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(zhèn)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(qū)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(qū)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(fù)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(tài)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(qū)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(jié)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(xué)固土階段。

        由于固結(jié)層具有通氣透水、保水保溫等功能,植物的發(fā)芽率和發(fā)芽速度比不噴灑W-OH的地塊要快,在豐縣春季,經(jīng)一個月的生長,草坪基本能覆蓋地皮,實現(xiàn)裸露土地從化學(xué)固土到生態(tài)自然修復(fù)和可持續(xù)固土的的轉(zhuǎn)換。此階段稱為可持續(xù)生態(tài)固土階段。

        2.W-OH水土流失防護效果

        (1)試驗小區(qū)的建設(shè)

        按《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL277—2002)中5.2.3的規(guī)定要求,在試驗場內(nèi)設(shè)置徑流小區(qū),每個徑流小區(qū)連著3個集水桶,為三級集水,二級分

        流。該小區(qū)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(qū)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(qū)外呈60°傾斜,徑流小區(qū)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(dǎo)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(qū)徑流。小區(qū)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(qū)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(qū),測量次降雨產(chǎn)生的徑流,通過計算得到小區(qū)次降雨的徑流量、土壤侵蝕量,推算出土壤侵蝕模數(shù)。人工降雨設(shè)備選用中科院水利部水土保持研究所儀器設(shè)備廠生產(chǎn)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(shù)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(shù)為84.0 t/km2·a,與標準小區(qū)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(qū)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(fù),次降雨持續(xù)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(shè)定壓力,7mm噴嘴工作壓力0.15MPa,10mm、12mm噴嘴工作壓力0.2MPa,風(fēng)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(qū)相比,各種雨強下的W-OH的侵蝕強度與標準小區(qū)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(qū)土壤侵蝕模數(shù)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(qū)土壤侵蝕強度成果表

        四、W-OH擴展應(yīng)用范圍

        W-OH與沙土顆??尚纬烧辰Y(jié)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(tài)修復(fù)

        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(jié)層。該固結(jié)層具有良好的抗風(fēng)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(shù)

        在硬質(zhì)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(xié)調(diào)、耐久性好,與原渠道一體化的結(jié)構(gòu)特點,根本上解決了防滲渠道修復(fù)維護上的技術(shù)難題。

        3.超柔型防水抗凍渠道建造技術(shù)

        在新開挖的渠道表面噴灑10%以上的W-OH砂漿,可快速構(gòu)建一體化的超柔型、防滲抗凍結(jié)構(gòu)層,代替?zhèn)鹘y(tǒng)渠道防滲層的材料結(jié)構(gòu)。

        五、結(jié)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(shù)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(qū)生態(tài)治理修復(fù)最有效技術(shù)之一。W-OH是由日本引進生產(chǎn)的水保產(chǎn)品,經(jīng)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(chǎn)線在中國投產(chǎn),估計價格是進口的1/2或者更低,W-OH國產(chǎn)化后在水土保持治理中可大面積推廣,具有巨大的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益■

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

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