CN102108690A - 一种泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法及其应用。该方法在沟谷泥石流流通区至泥沙淤积区之间的泥沙输移区种植若干增加沟床粗糙度的灌丛，拦截上游输移下来的泥沙；在沟谷坡脚处、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林；在泥沙淤积区种植乔灌结合的改良防护林，增强土体抗冲能力。在应用时，要根据泥石流发生频率决定是否还配合其他土木工程措施使用。与现有技术相比，本发明能够对泥石流沟谷泥沙输移区、沟谷坡脚和泥沙淤积区的泥沙进行有效的拦蓄、固结和改良，在减少泥沙来源的同时，对已拦蓄、堆积的泥沙进行固结和改良，增强泥沙淤积区泥沙土体的自我稳定性，提高沟谷自我控沙能力，同时改善沟谷景观。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥石流防治中的泥沙控制技术，特别是涉及一种泥石流沟谷的生态工程泥沙拦固方法及其应用。
背景技术
近年来，随着中国西部大开发的深入开展，长江上游梯级水电工程的开发和铁路公路大型项目建设等重大工程对山区不稳定山体造成的破坏，以及“5.12”汶川大地震后，大量非泥石流沟转变成低频或高频泥石流沟，加大了沟道向主河输入泥沙的能力，造成河流泥沙增多、水库库容缩减甚至堵江形成堰塞湖，淹没农田、铁路、公路等沿江建筑物。因此，针对泥石流沟谷输沙问题，开发有效的控制技术，对于确保重大水电工程库区的有效库容、大型工程项目建设、灾区恢复重建等都具有重大的社会、环境和经济意义。
目前国内已开发出针对泥沙运动规律、粒径特征、物质组成等的泥石流防治系列技术，如拦砂坝、排导槽、停淤场、谷坊群等土木工程措施，用于城镇、农田、公路、铁路以及小流域的泥石流治理，发挥了重要的作用。但是已有的治理措施主要针对高频泥石流沟，高频泥石流沟难以开展有效的生态工程措施，而在低频泥石流沟或高频泥石流沟经土木工程治理后转变为低频泥石流沟后，如何利用经济简易的生态工程措施拦蓄沟道内松散固体物质，避免松散固体物质输向主河，则尚未见可行措施。
绝大多数造成重大损失的泥石流灾害并不经常暴发，而是数十年甚至上百年才发生一次，这类泥石流尽管发生频率很低，但造成的危害却居各类泥石流之首。这类泥石流沟通常植被覆盖度较好，但是这些植被均是从生态结构、景观的角度出发进行生态恢复，并不能对泥石流沟谷内泥沙进行有效拦固。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种针对泥石流沟谷内各组成单元的泥沙通过生态工程进行拦固的方法，以及该泥沙拦固方法的单独和配合应用，该方法不仅能提高沟谷的自我控沙能力，而且能同时改善沟谷景观。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明提出的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，在泥石流沟谷的泥石流流通区至泥沙淤积区之间的泥沙输移区种植若干增加沟床粗糙度的低矮灌丛，增加沟床粗糙度的同时降低雨水侵蚀力、径流冲刷力，从而拦截上游输移下来的泥沙；在沟谷坡脚处、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林，拦挡沟岸松散固体物质及防止流水淘蚀沟岸，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力；在泥沙淤积区种植乔灌结合的改良防护林，增强土体抗冲能力。在改良防护林下方可以设有拦砂坝，改良防护林可提高大坝的防冲整体性能。低矮灌丛与改良防护林的界线以泥沙输移区与泥沙淤积区的界线为准，护岸防淘林以线状形式分布在沟道与沟岸的交界线处。所述生态工程泥沙拦固方法，利用低矮灌丛在固床的同时拦截主沟沟床物质及上游输移下来的粗颗粒物质，利用护岸防淘林稳定沟岸和降低沟岸向沟道的输沙能力，利用乔灌结合的改良防护林增强泥沙自身稳定性、改良土体结构、增强土体抗冲能力，从而对泥石流沟谷内各组成单元的泥沙进行有效拦固。
所述灌丛为适应贫瘠土壤的固氮灌木(具有一定的土体改良作用)，可以是马桑、或苦刺等物种，同一物种3株并植构成灌丛；3株并植的目的在于变相增大灌丛直径，从而增加沟床粗糙度。灌丛高度控制在0.8-1.2m，目的在于抑制灌丛的地上部分而促进根系的生长，利用发达的根系固定土体；如果对灌丛高度不加以控制，那么生长过度的灌丛地上部分容易在风雨中摇摆，拉松土体，对利用灌丛固床产生副作用，抑制对泥沙拦固的有效性。泥沙输移区上种植的灌丛一般布设6-9行，且行的走向与沟道垂直(即每一行灌丛均与沟道垂直)，分段拦固泥沙。根据泥沙输移区坡降大小决定灌丛行间距、丛间距与冠幅大小：当泥沙输移区坡降≤10％时，灌丛间的行间距为3.0-3.5m(即大于等于3.0m同时小于等于3.5m)，同一行灌丛间的丛间距为1.5m，灌丛的冠幅控制在0.3×0.3m-0.4×0.4m(即大于等于0.3×0.3m同时小于等于0.4×0.4m)；当泥沙输移区坡降＞10％时，灌丛间的行间距为2.5-3.0m(不包括3.0m，即大于等于2.5m同时小于3.0m)，同一行灌丛间的丛间距为1.0m，灌丛的冠幅控制在0.4×0.4m-0.5×0.5m(不包括0.4×0.4m，即大于0.4×0.4m同时小于等于0.5×0.5m)。控制灌丛冠幅的目的同控制灌丛高度的目的相同。
所述护岸防淘林为耐涝且根系发达的乔木，树种可以是竹子、或柳树、或杨树等，乔木间用柳条编织高度为0.5m的护栏或乔木间种植适应贫瘠土壤的固氮灌木，所述固氮灌木可以是马桑、或苦刺等。护岸防淘林的乔木截干后高度为1.8-2.2m，控制乔木高度的目的同样在于抑制地上部分生长而促进根系发育，一方面利用发达的根系固定土体，同时消除树大招风对泥沙拦固产生的不良影响。护岸防淘林沿沟岸线以线状形式分布。根据沟岸坡度大小决定护岸防淘林的乔木胸径与种植间距：当沟岸坡度≤25度时，护岸防淘林的乔木胸径为0.06-0.08m(即大于等于0.06m同时小于等于0.08m)，乔木间间距为3.0m；当沟岸坡度＞25度时，护岸防淘林的乔木胸径为0.08-0.1m(不包括0.08m，即大于0.08m同时小于等于0.1m)，乔木间间距为2.0m。当护岸防淘林的乔木间种植适应贫瘠土壤的固氮灌木时，所述固氮灌木间的间距为0.2m(即以0.2m的间距密植固氮灌木)；利用乔木的发达根系和乔木间密植固氮灌木稳定沟岸。
所述改良防护林为耐涝且根系发达的固氮乔木(具有一定的土体改良作用)与适应贫瘠土壤的固氮灌木(具有一定的土体改良作用)同行相间种植；所述固氮乔木可以是柳树、或合欢等，所述固氮灌木可以是马桑、或苦刺等。改良防护林的固氮乔木截干后高度为1.4-2.1m，改良防护林的固氮灌木高度为0.9-1.6m；控制高度的目的在于抑制地上部分而促进根系的生长，利用发达的根系固定土体，避免过大的地上部分在外力作用下易于摇摆而对土体产生的反作用。改良防护林可以种植若干行，行的走向与沟道垂直，相邻两行间的行间距为3.0m；改良防护林的同一行固氮乔木间的间距为2.0m，改良防护林的同一行固氮乔木与固氮灌木之间的间距为1.0m。
在改良防护林下方可以设有拦砂坝。当泥沙淤积区的淤积泥沙距拦砂坝坝顶高度≤1.0m时，改良防护林的固氮乔木截干后高度为1.4-1.6m，改良防护林的固氮灌木高度为0.9-1.1m；当泥沙淤积区的淤积泥沙距拦砂坝坝顶高度＞1.0m时，改良防护林的固氮乔木截干后高度为1.9-2.1m，改良防护林的固氮灌木高度为1.4-1.6m。
本发明所述生态工程泥沙拦固方法在应用时，需要根据泥石流发生频率决定是否还配合其他土木工程措施使用。在泥石流发生数十年一次到上百年一次的沟谷中，可直接在泥石流沟谷使用所述生态工程泥沙拦固方法，用于拦淤沟内松散细颗粒物质和改良泥沙淤积区的土体结构。在泥石流发生几年一次或一年几次的沟谷中，在沟谷上游设置骨干型拦砂坝和谷坊群控制泥石流起动，同时配合在拦砂坝与谷坊群间使用所述生态工程泥沙拦固方法，用于拦淤沟道内、沟坡上的细颗粒物质和改良泥沙淤积区的土体结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够对泥石流沟谷泥沙输移区、沟谷坡脚和泥沙淤积区的泥沙进行有效的拦蓄、固结和改良，在减少泥沙来源的同时，对已拦蓄、堆积的泥沙进行固结和改良，增强泥沙淤积区泥沙土体的自我稳定性，实现对泥石流沟谷泥沙优化拦蓄、固结和改良的目的，提高沟谷自我控沙能力，同时改善沟谷景观。针对发生几年一次或一年几次的泥石流沟谷，通过生态工程措施与土木工程措施的优化搭配，能有效拦截泥石流沟道内的松散固体物质，改良泥沙淤积区土体结构，提高拦砂坝防冲整体性能，进而提高土木工程措施的有效性和长效性。
附图说明
图1是生态工程泥沙拦固方法的示意图。
图2是沟谷坡脚处护岸防淘林的种植示意图。
图3是泥沙输移区灌丛的种植示意图。
图4是泥沙淤积区改良防护林的种植示意图。
图中标号如下：
1 沟谷 2 泥石流流通区
3 泥沙淤积区 4 泥沙输移区
5 灌丛 6 护岸防淘林
7 改良防护林 8 拦砂坝
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
如图1、图2、图3、图4所示。针对一条数十年发生一次泥石流的沟谷，直接在泥石流沟谷1使用本发明的生态工程泥沙拦固方法。该泥石流沟谷1的泥沙输移区4坡降为10％，沟谷1坡脚处的沟岸坡度为25度。
在沟谷1的泥石流流通区2至泥沙淤积区3之间的泥沙输移区4种植8行增加沟床粗糙度的灌丛5，行的走向与沟道垂直，拦截上游输移下来的泥沙。灌丛5的物种选为马桑，3株马桑并植构成灌丛5；灌丛5高度控制在0.8-1.2m；灌丛5间的行间距为3.0m，同一行灌丛5间的丛间距为1.5m，灌丛5的冠幅控制在0.3×0.3m-0.4×0.4m。
在沟谷1坡脚处，以线状形式、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林6，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力。护岸防淘林6的物种选为竹子和马桑，两株竹子间密植马桑，马桑之间的间距为0.2m；选择的竹子截干后高度控制在1.8-2.2m、胸径为0.06-0.08m，竹子间间距为3.0m。
在泥沙淤积区3种植乔灌结合的改良防护林7，增强土体抗冲能力。在改良防护林7下方设有拦砂坝8。泥沙淤积区3的淤积泥沙距拦砂坝8坝顶高度为1.0m，改良防护林7的物种选为柳树和马桑，共种植28行，行间距为3.0m；柳树与马桑同行相间种植，选择的柳树截干后高度控制在1.4-1.6m，马桑高度控制在0.9-1.1m，同一行柳树与柳树间的间距为2.0m，同一行柳树与马桑间的间距为1.0m。
实施例二
如图1、图3、图4所示。针对一条百年发生一次泥石流的沟谷，直接在泥石流沟谷1使用本发明的生态工程泥沙拦固方法。该泥石流沟谷1的泥沙输移区4坡降为15％，沟谷1坡脚处的沟岸坡度为20度。
在沟谷1的泥石流流通区2至泥沙淤积区3之间的泥沙输移区4种植7行增加沟床粗糙度的灌丛5，行的走向与沟道垂直，拦截上游输移下来的泥沙。灌丛5的物种选为苦刺，3株苦刺并植构成灌丛5；灌丛5高度控制在0.8-1.2m；灌丛5间的行间距为2.8m，同一行灌丛5间的丛间距为1.0m，灌丛5的冠幅控制在0.4×0.4m-0.5×0.5m(不包括0.4×0.4m)。
在沟谷1坡脚处，以线状形式、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林6，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力。护岸防淘林6的物种选为杨树，两株杨树间用柳条编织高度为0.5m的护栏；选择的杨树截干后高度控制为1.8-2.2m、胸径为0.06-0.08m，杨树间间距为3.0m。
在泥沙淤积区3种植乔灌结合的改良防护林7，增强土体抗冲能力。在改良防护林7下方设有拦砂坝8。泥沙淤积区3的淤积泥沙距拦砂坝8坝顶高度为0.5m，改良防护林7的物种选为合欢和苦刺，共种植33行，行间距为3.0m；合欢与苦刺同行相间种植，选择的合欢截干后高度控制在1.4-1.6m，苦刺高度控制在0.9-1.1m，同一行合欢与合欢间的间距为2.0m，同一行合欢与苦刺间的间距为1.0m。
实施例三
如图1、图3、图4所示。针对一条数十年发生一次泥石流的沟谷，直接在泥石流沟谷1使用本发明的生态工程泥沙拦固方法。该泥石流沟谷1的泥沙输移区4坡降为5％，沟谷1坡脚处的沟岸坡度为30度。
在沟谷1的泥石流流通区2至泥沙淤积区3之间的泥沙输移区4种植9行增加沟床粗糙度的灌丛5，行的走向与沟道垂直，拦截上游输移下来的泥沙。灌丛5的物种选为马桑和苦刺，3株马桑并植构成灌丛5，3株苦刺并植也构成灌丛5；灌丛5高度控制在0.8-1.2m；灌丛5间的行间距为3.5m，同一行灌丛5间的丛间距为1.5m，灌丛5的冠幅控制在0.3×0.3m-0.4×0.4m。
在沟谷1坡脚处，以线状形式、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林6，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力。护岸防淘林6的物种选为柳树，两株柳树间用柳条编织高度为0.5m的护栏；选择的柳树截干后高度控制在1.8-2.2m、胸径为0.08-0.1m(不包括0.08m)，柳树间间距为2.0m。
在泥沙淤积区3种植乔灌结合的改良防护林7，增强土体抗冲能力。在改良防护林7下方设有拦砂坝8。泥沙淤积区3的淤积泥沙距拦砂坝8坝顶高度为1.2m，改良防护林7的固氮乔木物种选为柳树和合欢，固氮灌木物种选为马桑和苦刺，共种植25行，行间距为3.0m；固氮乔木与固氮灌木同行相间种植，选择的固氮乔木截干后高度控制在1.9-2.1m，固氮灌木高度控制在1.4-1.6m，同一行固氮乔木与固氮乔木间的间距为2.0m，同一行固氮乔木与固氮灌木间的间距为1.0m。
实施例四
如图2、图3所示。针对一条数十年发生一次泥石流的沟谷，直接在泥石流沟谷1使用本发明的生态工程泥沙拦固方法。该泥石流沟谷1的泥沙输移区4坡降为2％，沟谷1坡脚处的沟岸坡度为15度。
在沟谷1的泥石流流通区2至泥沙淤积区3之间的泥沙输移区4种植9行增加沟床粗糙度的灌丛5，行的走向与沟道垂直，拦截上游输移下来的泥沙。灌丛5的物种选为马桑，3株马桑并植构成灌丛5；灌丛5高度控制在0.8-1.2m；灌丛5间的行间距为3.5m，同一行灌丛5间的丛间距为1.5m，灌丛5的冠幅控制在0.3×0.3m-0.4×0.4m。
在沟谷1坡脚处，以线状形式、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林6，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力。护岸防淘林6的乔木物种选为竹子、柳树和杨树，固氮灌木物种选择为马桑和苦刺，乔木间密植固氮灌木，固氮灌木之间的间距为0.2m；选择的乔木截干后高度控制在1.8-2.2m、胸径为0.06-0.08m，乔木间间距为3.0m。
在泥沙淤积区3种植乔灌结合的改良防护林7，增强土体抗冲能力。改良防护林7的物种选为柳树和马桑，共种植40行，行间距为3.0m；柳树与马桑同行相间种植，选择的柳树截干后高度控制在1.4-2.1m，马桑高度控制在0.9-1.6m，同一行柳树与柳树间的间距为2.0m，同一行柳树与马桑间的间距为1.0m。
实施例五
如图1、图2、图3、图4所示。针对一条几年发生一次泥石流的沟谷，在沟谷上游设置骨干型拦砂坝和谷坊群控制泥石流起动，同时配合在拦砂坝与谷坊群间使用本发明的生态工程泥沙拦固方法。该泥石流沟谷1的泥沙输移区4坡降为20％，沟谷1坡脚处的沟岸坡度为35度。
在沟谷1的泥石流流通区2至泥沙淤积区3之间的泥沙输移区4种植6行增加沟床粗糙度的灌丛5，行的走向与沟道垂直，拦截上游输移下来的泥沙。灌丛5的物种选为马桑，3株马桑并植构成灌丛5；灌丛5高度控制在0.8-1.2m；灌丛5间的行间距为2.5m，同一行灌丛5间的丛间距为1.0m，灌丛5的冠幅控制在0.4×0.4m-0.5×0.5m(不包括0.4×0.4m)。
在沟谷1坡脚处，以线状形式、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林6，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力。护岸防淘林6的物种选为柳树和苦刺，两株柳树间密植苦刺，苦刺之间的间距为0.2m；选择的柳树截干后高度控制在1.8-2.2m、胸径为0.08-0.1m(不包括0.08m)，柳树间间距为2.0m。
在泥沙淤积区3种植乔灌结合的改良防护林7，增强土体抗冲能力。在改良防护林7下方设有拦砂坝8。泥沙淤积区3的淤积泥沙距拦砂坝8坝顶高度为1.0m，改良防护林7的物种选为杨树和马桑，共种植37行，行间距为3.0m；杨树与马桑同行相间种植，选择的杨树截干后高度控制在1.4-1.6m，马桑高度控制在0.9-1.1m，同一行杨树与杨树间的间距为2.0m，同一行柳杨树与马桑间的间距为1.0m。
Claims (10)
1.一种泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：在沟谷(1)泥石流流通区(2)至泥沙淤积区(3)之间的泥沙输移区(4)种植若干增加沟床粗糙度的灌丛(5)，拦截上游输移下来的泥沙；在沟谷(1)坡脚处、沿沟岸线种植防止流水淘蚀沟岸泥沙的护岸防淘林(6)，稳定沟岸并降低沟岸向沟道的输沙能力；在泥沙淤积区(3)种植乔灌结合的改良防护林(7)，增强土体抗冲能力。
2.根据权利要求1所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：灌丛(5)为适应贫瘠土壤的固氮灌木，同一物种3株并植构成灌丛(5)；护岸防淘林(6)为耐涝且根系发达的乔木，乔木间编织护栏或种植适应贫瘠土壤的固氮灌木；改良防护林(7)为耐涝且根系发达的固氮乔木与适应贫瘠土壤的固氮灌木同行相间种植。
3.根据权利要求2所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：灌丛(5)高度为0.8-1.2m；护岸防淘林(6)的乔木截干后高度为1.8-2.2m；改良防护林(7)的固氮乔木截干后高度为1.4-2.1m，改良防护林(7)的固氮灌木高度为0.9-1.6m。
4.根据权利要求2所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：所述固氮灌木为马桑，或苦刺；所述乔木为竹子，或柳树，或杨树；所述护栏用柳条编织；所述固氮乔木为柳树，或合欢。
5.根据权利要求1至4任一所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：灌丛(5)共设有6-9行，行的走向与沟道垂直；当泥沙输移区(4)坡降≤10％时，灌丛(5)间的行间距大于等于3.0m同时小于等于3.5m，同一行灌丛(5)间的丛间距为1.5m，灌丛(5)的冠幅大于等于0.3×0.3m同时小于等于0.4×0.4m；当泥沙输移区(4)坡降＞10％时，灌丛(5)间的行间距大于等于2.5m同时小于3.0m，同一行灌丛(5)间的丛间距为1.0m，灌丛(5)的冠幅大于0.4×0.4m同时小于等于0.5×0.5m。
6.根据权利要求2至4任一所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：当沟岸坡度≤25度时，护岸防淘林(6)的乔木胸径大于等于0.06m同时小于等于0.08m，乔木间间距为3.0m；当沟岸坡度＞25度时，护岸防淘林(6)的乔木胸径大于0.08m同时小于等于0.1m，乔木间间距为2.0m；护岸防淘林(6)的乔木间编织护栏时，所述护栏高度为0.5m；护岸防淘林(6)的乔木间种植适应贫瘠土壤的固氮灌木时，所述固氮灌木间的间距为0.2m。
7.根据权利要求2至4任一所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：改良防护林(7)的行间距为3.0m；改良防护林(7)的同一行固氮乔木间的间距为2.0m，改良防护林(7)的同一行固氮乔木与固氮灌木的间距为1.0m。
8.根据权利要求2所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：在改良防护林(7)下方设有拦砂坝(8)。
9.根据权利要求8所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法，其特征在于：当泥沙淤积区(3)的淤积泥沙距拦砂坝(8)坝顶高度≤1.0m时，改良防护林(7)的固氮乔木截干后高度为1.4-1.6m，改良防护林(7)的固氮灌木高度为0.9-1.1m；当泥沙淤积区(3)的淤积泥沙距拦砂坝(8)坝顶高度＞1.0m时，改良防护林(7)的固氮乔木截干后高度为1.9-2.1m，改良防护林(7)的固氮灌木高度为1.4-1.6m。
10.如权利要求1所述的泥石流沟谷生态工程泥沙拦固方法的应用，其特征在于：在泥石流发生数十年一次到上百年一次的沟谷中，直接在泥石流沟谷使用所述生态工程泥沙拦固方法；在泥石流发生几年一次或一年几次的沟谷中，在沟谷上游设置骨干型拦砂坝和谷坊群控制泥石流起动，同时配合在拦砂坝与谷坊群间使用所述生态工程泥沙拦固方法。
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