庫區消落帶兩個重要高程段邊坡護岸模式

向巍巍

云南大唐國際紅河發電有限責任公司，云南開遠 661600

隨著我國西南地區水電建設事業的大力開展，庫區生態環境問題日趨嚴重。水庫建成后，將在冬季高蓄水位和夏季低水位的庫區兩岸形成與天然河流漲落季節相反的庫區消落帶。消落帶岸坡因受陸地與浸水環境頻繁交替影響，對庫區滑坡穩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，對庫區消落帶兩個重要高程段邊坡的治理多采用傳統護岸方法。通過對已完建消落帶生態治理試點進行連續觀測，發現現有治理技術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治理觀測區為例，探究上述兩高程段邊坡受侵蝕機理，并對庫區消落帶兩重要高程段邊坡護岸模式進行探討。

1 觀測區概況

三峽庫區消落帶的形成與三峽水利樞紐工程“蓄清排渾”的運行調度方案關系密切。三峽工程完工后，6月～9月的汛期內水位在145m，10月～12月蓄水期內水位回升到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35天～40天。30m的水位落差將使三峽庫區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]。

三峽消落帶生態治理試點和觀測區在大壩左岸上游1km處，基本資料如下：治理區呈矩形，高程跨度140m～180m，完成治理面積4 000m2。所采取措施如下：在消落帶區域設置菱形框格梁，往框格梁內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，出現了明顯的框格梁與人工建植生態系統遭侵蝕破壞情況。

以175m高程段岸坡為觀測對象，將侵蝕破壞情況用框格內土體距框格梁表面最大距離平均值H表示，觀測數據如表1。可見，處于175m高程岸坡的框格內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 框格內土體距框格梁表面最大距離平均值H/（cm）

通過現場調查分析，發現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，庫區水位長期處于相對穩定狀態，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，對庫區涌浪形成及其規模產生影響的最主要因素是行船噸位、速度和頻率，而與風速、風向關系不大，有時風力反而對涌浪的形成產生反作用[1]。長江航道是著名的“黃金水道”，據悉，三峽工程全面投產后，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生[2]。三峽工程開始試驗性蓄水后，庫區地質災害頻發，一定程度上增加了涌浪發生幾率。

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，首先將發生過程Ⅰ，隨后涌浪對邊坡產生正面沖擊，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，產生沖刷侵蝕。過程Ⅳ隨后將融入庫區水體，而過程Ⅱ動能與勢能則反復轉化，先爬升后回落，進而產生過程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 傳統硬性加固措施與生態護岸需有機結合

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，而生態護坡不僅具備一定抗沖刷能力，還具備生態友好性、親水性、景觀性。隨著生態效應在工程建設中的重要性不斷提高，可考慮將剛性措施與生態措施有機結合，開發出專門應用于庫區消落帶兩個重要高程段邊坡的護岸技術。技術應用時，一方面隨著植被的生長，可填補硬性加固措施出現的細小裂縫；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

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

4.1 坡度i≤1：3

可優先選用碎石覆蓋護坡技術。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境構成負面影響，特別對山區河流而言， 卵石取材便利，采用卵石護岸既經濟實用，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定的。

有研究表明，三峽庫區以坡度小于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完全可用于庫區消落帶的生態治理，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，隨后裝進柔性生態袋內并壘筑在消落帶坡面上，再使用具有三角內鎖結構的三維聯接扣，令所有生態袋形成牢固整體結構。柔性生態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，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境、保持邊坡穩定性、防止坡面受雨水沖刷造成水土流失的功效。基材層由植生土和有機質按比例構成，主要為植物生長提供營養、水分；加筋層為加筋網與錨固構件的組合，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，是土壤固化技術的核心。土壤經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。消落帶生態恢復物種按生態位可分為：挺水植物、沉水植物、浮水植物。目前，物種選取仍是制約庫區消落帶生態治理的瓶頸，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系統的穩定至關重要，不僅需考慮坡度差異對植被生長脅迫的影響，還需運用生態位原理[5]，針對不同高程設置不同植被類型。如在常水位以下應設置沉水植物，在常水位附近則應設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）后期監測與管理。加強已完建治理工程跟蹤監測與管理，包含植物種群變化、演替規律、對周邊環境影響、人工調控等[6]，以促進庫區消落帶治理理論的系統發展。

5 結論

我國水電資源豐富，庫區消落帶面積巨大，相關治理技術具有廣闊應用前景，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，難以開展實用的關于涌浪與坡面作用機理和規律的基礎研究，僅反映現實社會的需求，此種開發狀況不能避免實施中的失誤。本文以三峽庫區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的問題，將目光由前期調查、評價、調控等方面轉向具體的生態恢復與重建措施，并針對消落帶邊坡坡度差異，提出了一種庫區消落帶兩個重要高程段邊坡護坡模式，對庫區消落帶生態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則因素的影響，也未對不同類型坡面（土質、巖質或噴混）治理措施的差異做深入探討，相信經過廣大科技工作者的不懈努力，定能開發出更多更先進的治理措施。

[1]梅一民，葉鋒.臺州海堤工程防范涌浪影響的研究探討[J].工程建設與管理，2009(14)：46-47.

[2]任興偉，唐益群，代云霞，等.滑坡初始涌浪高度計算方法的改進及其應用[J].水力學報，2009，40(9)：1116-1119.

[3]姚仕明，盧金友，岳紅艷.小顆粒石料護岸工程技術研究[J].泥沙研究，2007(3)：4-8.

[4]袁興中，熊森，李波，等.三峽水庫消落帶濕地生態友好型利用探討[J]. 重慶師范大學學報：自然科學版，2011，28(4)：23-25.

[5]牛克昌，劉懌寧，沈澤昊.群落構建的中性理論和生態位理論[J].生物多樣性，2009，17(6)：579-593.

[6]戴方喜，許文年，劉德富，等.對構建三峽庫區消落帶梯度生態修復模式的思考[J].中國水土保持，2006(1)：34-36.