CN105940912A - 一种加固河流、湖泊波浪冲蚀陡坎的生态工程技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过种植香根草来加固因风浪或船行波冲蚀形成的河流、湖泊（包括水库）岸边陡坎的生态水利工程技术。在波浪冲蚀陡坎的顶部，距离陡坎边缘60～150cm（取决于土质和波浪要素），按照20cm×15cm（行距×丛距），每穴种植4～6根草苗，沿岸构建宽度60cm的香根草种植带，利用香根草发达强劲的根系凝聚原本松散的土体，形成强劲的根土复合体岸壁，抵御波浪和陆地降雨径流对岸土的侵蚀。采取本发明提供的护岸方案，可使河流、湖泊岸土侵蚀率减少90%～95%，每延米造价仅需54元，比传统护岸工程措施造价减少90%～94%，并且避免了传统工程措施对水岸生态功能的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及生态水利工程技术领域，具体地说是一种通过种植香根草来加固因风浪或船行波冲蚀形成的河流、湖泊、水库岸边陡坎的生态工程技术。
背景技术
湖（河）岸遭受波浪冲蚀崩塌的一般状况：粘聚力较差的淤泥质土、粉质土、沙壤土抵抗波浪、水流冲蚀的能力较弱，这类土质岸坡在波浪冲蚀作用下形成陡坎并崩塌，如湖北省监利县东港湖岸（土质分布为粉质黏土、粉质壤土、淤泥质土）年平均崩塌后退0.6～1.5m（大小与各岸段土质和主风向有关）。湖北省鄂州市长港河河岸土质以淤泥质粉质黏土为主，在7人座旅游快艇（平均时速18km/h）船行波的冲蚀作用下，河岸每年崩塌后退0.9～1.3m。
湖泊、河流防浪护岸传统措施：为了保护水岸陡坎免受波浪侵蚀而崩塌，现有的工程技术是在陡坎前沿岸线建浆砌石挡墙或混凝土挡墙，这种硬质护岸措施，失去了天然水岸的生态功能，不利于水质净化，不利于植物生长和两栖动物的生存与繁衍，并且造价昂贵。以东港湖崩岸治理为例，湖岸浪蚀陡坎平均高度约2.5m，若建浆砌石岸墙及格宾（镀锌钢筋石笼）基础，每延米造价高达835元，当地财政根本无法承担，只有那些房屋直接遭受崩岸威胁的房主自己出资对局部湖岸进行加固。
近年有些地方采用格宾石笼做护岸挡墙（包括墙体和基础），其生态功能稍强于浆砌石岸墙和混凝土岸墙，施工也相对方便，价格相当，但是格宾网的防腐寿命没有得到确切验证。
当前国内外已经开始探索采取种植植物护岸取代硬质护岸工程，以维护水岸的生态功能。名称为“一种用于河堤水库防冲护岸的新型植物配置及生态工程技术”的发明专利申请（申请号03146885.3）是在河流、湖泊、水库水位变动区的边坡上，按照行距50～150cm、丛距5～25cm种植香根草，平行于等高线在岸坡上形成香根草绿篱，利用坡面草篱和地下密集根网的共同作用，消减坡面降雨径流和水流对岸坡的侵蚀。名称为“一种水库消落带陡坡地区受损生态系统修复方法”的发明专利（申请号201010102730.4）是在水库最高运行水位和最低运行水位之间的库岸边坡地带（即水库消落带）按照行距40～60cm、穴距（丛距）20～25cm种植香根草，利用香根草超强的耐淹性能修复消落带生态，利用香根草篱消减岸坡消落带径流和土壤侵蚀。
上述2个专利或专利申请都是在水岸坡面种植香根草防止河流和降雨径流对对岸坡的冲蚀破坏，其种植方案不能抵御波浪的侵蚀，而且种植区位于水位波动区，种苗移植初期，扎根立地未稳，香根草苗有可能被水流和波浪损毁。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种加固河流、湖泊波浪冲蚀陡坎的生态水利工程技术，在湖泊、河流岸边波浪侵蚀陡坎的顶部沿岸线种植香根草条带，利用香根草发达强劲的根系凝聚原本松散的土体，使得沿岸陡坎变成凝聚性较强的根土复合体岸墙，从而避免湖（河）岸遭受波浪和地表径流侵蚀。
本发明一种加固河流、湖泊波浪冲蚀陡坎的生态工程技术，包括如下步骤：
1、现场勘测和资料收集，具体包括如下子步骤：
（1）测定各段浪坎高度和长度；
（2）通过地质勘察和土工试验确定各岸段土质类型；
（3）收集当地近五年以上风速资料，即不同年份各级风速出现的时间天数及季节性主风向；
（4）了解湖泊、河流水位及水域宽度季节性变化情况；
（5）对于有船舶、游艇航行的河流、湖泊、水库，掌握每天驶过船、艇的吨位、数量和各自平均行驶时速；
（6）调查了解各岸段受波浪冲蚀每年崩塌后退的长度；
2、计算香根草种植带至浪坎顶部边缘距离S，具体包括如下子步骤：
（1）根据近五年以上平均各级风速及其对应的水深和水面宽度计算风波的波浪要素，根据船艇吨位、时速及水深和水面宽度计算船行波的波浪要素；
（2）根据各级风波波浪要素及其年内出现的累计时间、各级船行波的波浪要素及其年内出现的累计时间、土质类型，计算各裸土岸段平均每年受波浪侵蚀后退的长度并与实地调查结果对比，香根草种植带至浪坎顶部边缘距离S取裸土湖（河）岸年平均侵蚀后退的长度，以使香根草成熟之前有一定安全地带免受波浪冲蚀破坏；
（3）当常水位以上浪坎高度不超过2.2m时，种植香根草护岸；当常水位以上浪坎高度超过2.2m时，在浪坎顶部构建香根草种植带的同时，在浪坎下部抛石护脚，香根草根系和抛石体共同抵御波浪冲蚀；
3、选定草苗：选择生长年龄1.5年以上的香根草作为移植的种苗；
4、草苗制备和移植，具体包括如下子步骤：
（1）选择适宜的移植草苗时期，以减少养护和提高成活率；
（2）在选定的种苗苗圃，剪除上部草茎，保留下部草茎长度15～20cm，挖出草蔸并保留根系长度10cm以上，装进编织袋，运送到移植现场拆分草蔸，将草苗根系剪至5～8cm；
（3）按照行距20cm开挖深度10～20cm的V形沟（气温温和、雨水密集，挖浅沟；气候干燥、少雨，挖深沟）；沿沟每隔15cm种植1丛草苗，每丛栽草苗4～6根；
（4）草苗竖直放置于种植沟中央，回填土并压实，然后浇水至回填土完全湿润饱和；
5、维护：包括清除杂草、浇水和收割。
所述步骤4中，种苗苗圃宜选择粘聚性差的土壤，以便移植时拆分草苗；对于特别贫瘠的土壤，在种植沟底部垫上5～10cm厚的肥土层。
所述步骤5，具体包括：（1）香根草移植1个月内，清除香根草种植范围内快速生长的杂草，如遭遇持续高温干旱天气，应视根区土壤水分情况决定是否浇水；（2）在每年冬眠期收割地表草径，保留草茬高度10～20cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明不是在水岸边坡而是在侵蚀陡坎的顶部种植香根草条带，代替传统的挡墙工程来抵抗波浪和降雨径流对湖（河）岸的侵蚀、防止崩岸；种植过程更简单(不受水位影响)，草苗成活率更高(不会被水流、波浪冲毁)，香根草种植量更小（宽度不超过60cm），防护效果更好（不仅抵御河流、降雨径流侵蚀，而且抵御波浪侵蚀）。采取本发明提供的护岸方案，可使河流、湖泊岸土侵蚀率减少90%～95%，每延米造价仅需54元，比传统护岸工程措施造价减少90%～94%，并且避免了传统工程措施对水岸生态功能的破坏。
附图说明
图1为护岸香根草种植带平面图；
图2a为常水位以上浪坎高度不超过2.2m时护岸香根草种植带横剖面图；
图2b为常水位以上浪坎高度超过2.2m时护岸香根草种植带横剖面图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案做进一步具体说明：
（1）香根草特别适合河流、湖泊护岸。香根草是一种禾本科多年簇生的草本植物，地面以上草茎高度2.2～2.6m，适合生长在热带、亚热带地区。香根草被称为“拥有最长根系的草本植物”且根系密集，1年龄以上香根草的根长2.2～3m，每簇香根草生长着420～620根近乎竖直向下的须根，根径0.3～1.5 mm。香根草根系抗拉强度达到40～120MPa，平均抗拉强度85MPa，是其他植物根系抗拉强度的3～6倍。香根草是一种旱、湿两栖植物，具备超强的抗旱、耐淹、耐渍能力，在强酸、强碱、重金属和贫瘠的土壤中都能生长。香根草主要靠分蘖繁殖（草苗移植1年后，草茎根数分蘖繁殖到10倍以上），不会失控蔓延，不会对当地其他植物构成威胁；香根草没有根茎或匐伏茎，故不会与旁边的农作物争抢水肥；香根草也极少感染或传播病虫害，多数能生活几十年甚至数百年。香根草的上述特性使得它成为固土护岸的最佳候选植物，特别适合于因遭受波浪侵蚀而形成崩塌陡坎的湖（河）岸的加固和防护。
（2）香根草种苗。选择生长年龄1.5年以上的香根草，剪除上部草茎，保留下部草茎长度15～20cm，保留根系长度5～10cm，作为移植的种苗。
（3）香根草护岸的种植方案。香根草防浪固岸实施方案如下：在浪蚀陡坎的顶部，沿岸构建宽度60cm的香根草种植带，按照中心行距20cm开挖深度10～20cm的V形沟（气温温和、雨水密集，挖浅沟；气候干燥、少雨，挖深沟），沿沟每隔15cm种植1丛草苗，每丛栽草苗4～6根。香根草种植带至陡坎边缘距离S取裸土湖（河）岸每年崩塌后退的长度。对于特别贫瘠的土壤，在条件许可时，可在种植穴底垫上5～10cm厚的肥土层。草苗竖直放置种植沟中央，回填土并压实，然后浇水至回填土完全湿润饱和，此后是否再浇水，取决于天气情况。草苗移植后1个月内，草苗处于扎根立地和生理恢复期，生长速度不如某些杂草，因此，在此期间要注意清除香根草种植范围内快速生长的杂草。
关于香根草种植带至陡坎边缘距离S即裸土湖（河）岸每年崩塌后退长度有两种确定方法：一是实地调查；二是理论计算，可按以下步骤进行：如果是计算风浪侵蚀，可分地形类型采用我国水利部《堤防工程设计规范》（GB50286-2013. 堤防工程设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2013）中相应的公式计算波浪要素；如果是计算船行波侵蚀，采用Robert M. Sorensen（Robert M. Sorensen. Prediction of Vessel-Generated Waveswith Reference to Vessels Common to the Upper Mississippi River System [R].St. Louis: U.S. Army Engineer District, 1997）公式计算波速、波长、波周期，采用荷兰Delft水工实验室公式计算波高。采用Trimbak M. Parchure（Trimbak M. Parchure,William H. McAnally Jr., and Allen M. Teeter. DESKTOP METHOD FOR ESTIMATING VESSEL -I NDUCED SEDIMENT SUSPENSION [J]. Journal of Hydraulic Engineering,2001, 127: 577-587.）公式计算波浪施加给岸土的有效切应力，并据此采用Akode M.Osman and Colin R. Thorne（Akode M. Osman and Colin R. Thorne. RIVERBANKSTABILITY ANALYSIS. I: THEORY [J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1988,114: 134-150.）公式计算波浪对岸土的侵蚀率，将一年内各级风出现的时间乘以各级风对应的侵蚀率，累加起来得到在一年内裸土湖（河）岸侵蚀后退的长度。
（4）香根草移植季节的选择。香根草是热带、亚热带植物。在长江中下游地区，从11月下旬开始至第二年3月中旬为香根草冬眠期，这一阶段不能移植香根草；11月上旬移植香根草，草苗也可以立根和长出新叶，但是如果随后较早出现严寒气候，新根扎土深度不够，就会被冻死；5～10月移植香根草，虽然可以存活，但是移植后一个月内如果遇上高温少雨，人工浇水如果不及时，新苗可能会干死。因此，对于长江中下游气候地区，最适宜的香根草移植季节是3月下旬至4月下旬，华南气候地区香根草的适宜移植期更早。
（5）香根草的维护管理及综合利用。香根草移植1个月以后具有很强的生命力，一般无需管理。为了香根草更好地更新、繁殖和生长，最好在每年冬眠期收割一次地表草径，冬眠初期收割的草径具有很好的柔性，是编织花篮等工艺品的极好材料。香根草还是牧草，牛等牲畜特别爱吃青嫩的香根草，一般频度的牲畜踩踏不会影响香根草的生长和护岸效果。
（6）香根草护岸效果。香根草护岸效果取决于根系密度、土质类型和波浪要素。多方试验结果表明，香根草成熟条件下，可以减少93%以上水流侵蚀造成的岸坡土流失量。按照15cm20cm间距种植方案，采用Seijffert J W和 Verheij H J（Seijffert J W,Verheij H J. Grass covers and reinforcement measures-Chapter 14 of "Dikes andRevetments" (K.W. Pilarczyk, ed) ISBN90-5410-455-4）公式计算得到监利县东港湖粉质黏土、粉质壤土、淤泥质土湖岸段在当地各级多年平均风速形成的波浪冲蚀作用下，每年的理论崩塌后退长度分别是0.05m、0.07m、0.08m，与无香根草护岸的裸土湖岸年崩塌后退长度0.55m、0.89m、1.52m形成鲜明对比，护岸效果十分显著；每延米香根草护岸造价54元，不及浆砌石挡墙护岸工程造价的1/15。东港湖2014年开展香根草护岸试验以来，试验段护岸暂未发现崩塌。
（7）香根草护岸适用条件。香根草为热带、亚热带植物，在我国香根草护岸只能适用于华南地区、西南地区、长江流域中下游地区。香根草根系长度一般为2.2～3m，所以单纯种植香根草只适合常水位以上高度小于2.2m浪坎的加固防护；当常水位以上浪坎高度超过2.2m时，除在浪坎顶部构建香根草种植带，还需在浪坎下部抛石护脚，抛石高度须高出香根草根系底部，形成重叠搭接，如图2b所示。
Claims (3)
1.一种加固河流、湖泊波浪冲蚀陡坎的生态工程技术，其特征在于包括如下步骤：
(1)现场勘测和资料收集，具体包括如下子步骤：
(1.1)测定各段浪坎高度和长度；
(1.2)通过地质勘察和土工试验确定各岸段土质类型；
(1.3)收集当地近五年以上风速资料，即不同年份各级风速出现的时间天数及季节性主风向；
(1.4)了解湖泊、河流水位及水域宽度季节性变化情况；
(1.5)对于有船舶、游艇航行的河流、湖泊、水库，掌握每天驶过船、艇的吨位、数量和各自平均行驶时速；
(1.6)调查了解各岸段受波浪冲蚀每年崩塌后退的长度；
(2)计算香根草种植带至浪坎顶部边缘距离S，具体包括如下子步骤：
(2.1)根据近五年以上平均各级风速及其对应的水深和水面宽度计算风波的波浪要素，根据船艇吨位、时速及水深和水面宽度计算船行波的波浪要素；
(2.2)根据各级风波波浪要素及其年内出现的累计时间、各级船行波的波浪要素及其年内出现的累计时间、土质类型，计算各裸土岸段平均每年受波浪侵蚀后退的长度并与实地调查结果对比，香根草种植带至浪坎顶部边缘距离S取裸土湖(河)岸年平均侵蚀后退的长度，以使香根草成熟之前有一定安全地带免受波浪冲蚀破坏；
(2.3)当常水位以上浪坎高度不超过2.2m时，种植香根草护岸；当常水位以上浪坎高度超过2.2m时，在浪坎顶部构建香根草种植带的同时，在浪坎下部抛石护脚，香根草根系和抛石体共同抵御波浪冲蚀；
(3)选定草苗：选择生长年龄1.5年以上的香根草作为移植的种苗；
(4)草苗制备和移植，具体包括如下子步骤：
(4.1)选择适宜的移植草苗时期，以减少养护和提高成活率；
(4.2)在选定的种苗苗圃，剪除上部草茎，保留下部草茎长度15～20cm，挖出草蔸并保留根系长度10cm以上，装进编织袋，运送到移植现场拆分草蔸，将草苗根系剪至5～8cm；
(4.3)按照行距20cm开挖深度10～20cm的V形沟；沿沟每隔15cm种植1丛草苗，每丛栽草苗4～6根；
(4.4)草苗竖直放置于种植沟中央，回填土并压实，然后浇水至回填土完全湿润饱和；
(5)维护：包括清除杂草、浇水和收割。
2.如权利要求1所述的技术，其特征在于：所述步骤(4)中，种苗苗圃选择粘聚性差的土壤，以便移植时拆分草苗；对于特别贫瘠的土壤，在种植沟底部垫上5～10cm厚的肥土层。
3.如权利要求1所述的技术，其特征在于所述步骤(5)，具体包括：(5.1)香根草移植1个月内，清除香根草种植范围内快速生长的杂草，如遭遇持续高温干旱天气，应视根区土壤水分情况决定是否浇水；(5.2)在每年冬眠期收割地表草径，保留草茬高度10～20cm。
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