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三峡库区消落带披上“绿衣裳”
来源:中国交通报记者栾玉博 日期:2019-05-16

特拉锚垫生态护岸技术在重庆御临河部分河段应用。付旭辉 供图

  5月,长江三峡库区开始腾空库容,水位将从175米降至145米。随着水位逐渐降低,被淹没的土地又露出水面,形成一条黄灰色的长廊。

  这些区域叫消落带,是由于水体季节性涨落或周期性蓄水,而使水陆衔接地带的土地被周期性淹没和出露而形成的干湿交替地带。消落带生物种类和数量大幅减少,生态系统稳定性下降,生态环境非常脆弱。

  近日,重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心研究人员来到三峡库区,在消落带部分区域铺装特拉锚垫,以保护岸坡表土、辅助植被生长,让三峡库区消落带披上“绿衣裳”。

  消落带治理 是世界级难题

  随着我国山区河流水电梯级的不断建成、运行,河道渠化极大地改善了通航条件。然而,受地形、洪水、气象以及水库调度的综合影响,消落带普遍存在水力侵蚀、坍塌等问题,进而恶化通航条件。

  在三峡地区,消落带的问题更加突出:沿着重庆市万州区往下,云阳县等多地沿江区域都有消落带的痕迹。由于成库面积大、水位落差大、季节性气候反差大,三峡库区的消落带治理一直被认为是世界级难题。

  消落带的最大问题是生态系统脆弱。在消落带,耐旱植物会在蓄水期被淹死,耐淹植物会在枯水期干死。没有植物,岸坡经过江水反复浸泡,表层土壤逐渐流失到江里,顺流而下,带来三峡大坝河底泥沙堆积的问题,影响大坝的寿命。

  总之,大型水库建设所形成的水库型消落带,对蓄水区域生态环境影响巨大。专家学者针对水土保持、培育适合生存的植物等,开展了10多年的研究,也取得了一定的进展。其中,重庆交通大学凭借航道整治技术优势,从生态护岸技术角度出发,研究水土保持技术。

  “保护土壤不被水冲走是个难题,如果土壤被水带走,光秃秃的岩石上不会生长植物。”重庆交通大学教授梁越认为,按照建设生态航道的目标,应研发生态航道岸线整治技术,保持水土、促进生态恢复。

  从2012年起,重庆交通大学联合长江重庆航运工程勘察设计院等单位,共同启动“通航河段特拉锚垫生态护岸技术研究与应用”项目。该项目在“十二五”国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中国博士后基金、重庆市基础与前沿研究计划等的支持下,依托长江中、上游航道岸坡生态治理系列工程,围绕通航河段岸坡水力侵蚀机理与治理关键技术难题开展攻关。此外,重庆交通大学还联合中交三航局等单位,成立中交三航山水生态修复研究院,深入研究特拉锚垫生态护岸技术并进一步推广。

  水槽试验泥沙来自长江边

  在重庆交通大学港航楼下,记者看到一个30米长、2米宽、1.2米高的试验水槽,水槽里铺满了泥沙,部分泥沙上面还铺着绿色“草垫”。

  “这里的泥沙都是从长江边拉回来的。”重庆交通大学副教授付旭辉说,项目组通过在三峡库区数十个采样点现场考察和土壤取样,在长江消落带地区选择了最具代表性的泥沙,拉回来铺设在水槽里。

  “这叫‘特拉锚垫’,这个‘草垫’是草皮增强垫,用特拉锚把它固定在河岸陡坡(45°—60°)上,是生态护岸技术的核心。”据梁越介绍,草皮增强垫比传统纤维增大了40%的接触面积,特拉锚自锚结构将草皮增强垫固定在岸坡上,保护岸坡表面土壤,同时可以提高植物种子发芽率,辅助植被生长。

  验证特拉锚垫技术的可靠性,就要在水槽对其进行测试。然而,山区通航河段气象复杂,而且往往涉及水库群的调度、发电、供水、航运等任务,水情条件复杂。

  于是,项目组研究山区通航河段水情耦合预报技术,建立了基于中央气象台和美国全球预报模式的中期数值气象预报信息的收集和处理模型系统,形成了基于多目标竞争协调的山区河道水文预报模型。

  随后,项目组研究通航河段岸坡水力侵蚀模型与模拟技术,对复杂水力条件下的岸坡水力侵蚀机理进行研究,建立了岸坡水力侵蚀的数学模型,并提出了模型的数值求解方法。

  接下来,项目组在大型水槽开始测试。据付旭辉回忆,研究团队最长连续3天、近70个小时不停放水冲刷,反复试验不同防护结构在多种典型水流条件下的结果。团队成员连续轮流观测,每隔2小时记录一次数据。同时,研究团队也寻找更适合生长在消落带的植被,配合优化性能。

  经过大量实验和数据分析,项目组提出了通航河段岸坡特拉锚垫生态护岸施工方案设计方法,可减少92%以上土壤侵蚀,植被存活率提高50%。

  有效治理水土流失美化环境

  站在重庆交通大学试验水槽前,记者看到,未覆盖特拉锚垫的部分水土侵蚀严重,而被覆盖的部分几乎看不出有水土流失,而且还能看到有植物在生长。

  梁越解释说,消落带部分区域铺设特拉锚垫后,在长江水流大量冲刷下,能保持水土不被严重侵蚀,泥沙不被带进长江里。水位下降之后,植被就能生长。这样,消落带水土流失问题可以得到有效治理,长江两岸变得更加美丽。

  据了解,该项目提出的通航河段水情耦合预报技术、航道岸坡土体水力侵蚀机理与数值模拟技术、航道岸坡的特拉锚垫防护技术等,可实现通航河段土质岸坡的水力侵蚀防护以及生态治理,有效保护航道岸坡稳定性,修复岸坡生态环境,节约岸坡生态治理成本。

  项目研究成果在实践中得到检验,在节约航道维护成本、保证护岸工程安全的同时,提高了岸坡治理生态效果。长江上游九龙坡至朝天门河段航道建设工程,应用了河流水情预报技术、生态护坡设计技术等,保障了工程顺利进行的同时,护岸工程材料成本节约20%以上。重庆龙溪河环境综合整治与生态保护示范项目建设,研究成果为河段防洪标准由“2至5年一遇”提高至“5至10年一遇”提供技术保障。

  与此同时,特拉锚垫的有机物处理功能也得到了验证。在铺设特拉锚垫的区域,水中的罗丹明B、苯酚等难降解有机污染物明显降低,河流水质得到了提升。

  近期,付旭辉带领团队在三峡库区消落带部分岸坡铺设特拉锚垫、撒上草种,进一步检验项目研究成果。“用不了多久,特拉锚垫上就会长出植物,生态系统得到有效改善。”付旭辉表示,他将带领团队跟踪监测,进一步完善特拉锚垫生态护岸技术。

  “特拉锚垫生态护岸技术,不仅有助于提高边坡稳定性,还可以提高植被的抗冲蚀能力,应用范围很广。”梁越表示,特拉锚垫生态护岸技术不仅可用于山区通航河段岸坡治理,还可用于高等级公路、铁路、城市景观、河道整治等建设项目的水土保持,提升岸坡生态治理效果。

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