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三峽庫區消落帶披上“綠衣裳”
來源:中國交通報記者欒玉博 日期:2019-05-16

特拉錨墊生態護岸技術在重慶御臨河部分河段應用。付旭輝 供圖

  5月,長江三峽庫區開始騰空庫容,水位將從175米降至145米。隨著水位逐漸降低,被淹沒的土地又露出水面,形成一條黃灰色的長廊。

  這些區域叫消落帶,是由于水體季節性漲落或周期性蓄水,而使水陸銜接地帶的土地被周期性淹沒和出露而形成的干濕交替地帶。消落帶生物種類和數量大幅減少,生態系統穩定性下降,生態環境非常脆弱。

  近日,重慶交通大學國家內河航道整治工程技術研究中心研究人員來到三峽庫區,在消落帶部分區域鋪裝特拉錨墊,以?;ぐ鍍鹵磽?、輔助植被生長,讓三峽庫區消落帶披上“綠衣裳”。

  消落帶治理 是世界級難題

  隨著我國山區河流水電梯級的不斷建成、運行,河道渠化極大地改善了通航條件。然而,受地形、洪水、氣象以及水庫調度的綜合影響,消落帶普遍存在水力侵蝕、坍塌等問題,進而惡化通航條件。

  在三峽地區,消落帶的問題更加突出:沿著重慶市萬州區往下,云陽縣等多地沿江區域都有消落帶的痕跡。由于成庫面積大、水位落差大、季節性氣候反差大,三峽庫區的消落帶治理一直被認為是世界級難題。

  消落帶的最大問題是生態系統脆弱。在消落帶,耐旱植物會在蓄水期被淹死,耐淹植物會在枯水期干死。沒有植物,岸坡經過江水反復浸泡,表層土壤逐漸流失到江里,順流而下,帶來三峽大壩河底泥沙堆積的問題,影響大壩的壽命。

  總之,大型水庫建設所形成的水庫型消落帶,對蓄水區域生態環境影響巨大。專家學者針對水土保持、培育適合生存的植物等,開展了10多年的研究,也取得了一定的進展。其中,重慶交通大學憑借航道整治技術優勢,從生態護岸技術角度出發,研究水土保持技術。

  “?;ね寥啦槐凰遄呤歉瞿煙?,如果土壤被水帶走,光禿禿的巖石上不會生長植物?!敝厙旖煌ù笱Ы淌諏涸餃銜?,按照建設生態航道的目標,應研發生態航道岸線整治技術,保持水土、促進生態恢復。

  從2012年起,重慶交通大學聯合長江重慶航運工程勘察設計院等單位,共同啟動“通航河段特拉錨墊生態護岸技術研究與應用”項目。該項目在“十二五”國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、中國博士后基金、重慶市基礎與前沿研究計劃等的支持下,依托長江中、上游航道岸坡生態治理系列工程,圍繞通航河段岸坡水力侵蝕機理與治理關鍵技術難題開展攻關。此外,重慶交通大學還聯合中交三航局等單位,成立中交三航山水生態修復研究院,深入研究特拉錨墊生態護岸技術并進一步推廣。

  水槽試驗泥沙來自長江邊

  在重慶交通大學港航樓下,記者看到一個30米長、2米寬、1.2米高的試驗水槽,水槽里鋪滿了泥沙,部分泥沙上面還鋪著綠色“草墊”。

  “這里的泥沙都是從長江邊拉回來的?!敝厙旖煌ù笱Ц苯淌詬緞窕運?,項目組通過在三峽庫區數十個采樣點現場考察和土壤取樣,在長江消落帶地區選擇了最具代表性的泥沙,拉回來鋪設在水槽里。

  “這叫‘特拉錨墊’,這個‘草墊’是草皮增強墊,用特拉錨把它固定在河岸陡坡(45°—60°)上,是生態護岸技術的核心?!本萘涸澆檣?,草皮增強墊比傳統纖維增大了40%的接觸面積,特拉錨自錨結構將草皮增強墊固定在岸坡上,?;ぐ鍍鹵礱嬙寥?,同時可以提高植物種子發芽率,輔助植被生長。

  驗證特拉錨墊技術的可靠性,就要在水槽對其進行測試。然而,山區通航河段氣象復雜,而且往往涉及水庫群的調度、發電、供水、航運等任務,水情條件復雜。

  于是,項目組研究山區通航河段水情耦合預報技術,建立了基于中央氣象臺和美國全球預報模式的中期數值氣象預報信息的收集和處理模型系統,形成了基于多目標競爭協調的山區河道水文預報模型。

  隨后,項目組研究通航河段岸坡水力侵蝕模型與模擬技術,對復雜水力條件下的岸坡水力侵蝕機理進行研究,建立了岸坡水力侵蝕的數學模型,并提出了模型的數值求解方法。

  接下來,項目組在大型水槽開始測試。據付旭輝回憶,研究團隊最長連續3天、近70個小時不停放水沖刷,反復試驗不同防護結構在多種典型水流條件下的結果。團隊成員連續輪流觀測,每隔2小時記錄一次數據。同時,研究團隊也尋找更適合生長在消落帶的植被,配合優化性能。

  經過大量實驗和數據分析,項目組提出了通航河段岸坡特拉錨墊生態護岸施工方案設計方法,可減少92%以上土壤侵蝕,植被存活率提高50%。

  有效治理水土流失美化環境

  站在重慶交通大學試驗水槽前,記者看到,未覆蓋特拉錨墊的部分水土侵蝕嚴重,而被覆蓋的部分幾乎看不出有水土流失,而且還能看到有植物在生長。

  梁越解釋說,消落帶部分區域鋪設特拉錨墊后,在長江水流大量沖刷下,能保持水土不被嚴重侵蝕,泥沙不被帶進長江里。水位下降之后,植被就能生長。這樣,消落帶水土流失問題可以得到有效治理,長江兩岸變得更加美麗。

  據了解,該項目提出的通航河段水情耦合預報技術、航道岸坡土體水力侵蝕機理與數值模擬技術、航道岸坡的特拉錨墊防護技術等,可實現通航河段土質岸坡的水力侵蝕防護以及生態治理,有效?;ず降臘鍍攣榷ㄐ?,修復岸坡生態環境,節約岸坡生態治理成本。

  項目研究成果在實踐中得到檢驗,在節約航道維護成本、保證護岸工程安全的同時,提高了岸坡治理生態效果。長江上游九龍坡至朝天門河段航道建設工程,應用了河流水情預報技術、生態護坡設計技術等,保障了工程順利進行的同時,護岸工程材料成本節約20%以上。重慶龍溪河環境綜合整治與生態?;な痙斷钅拷ㄉ?,研究成果為河段防洪標準由“2至5年一遇”提高至“5至10年一遇”提供技術保障。

  與此同時,特拉錨墊的有機物處理功能也得到了驗證。在鋪設特拉錨墊的區域,水中的羅丹明B、苯酚等難降解有機污染物明顯降低,河流水質得到了提升。

  近期,付旭輝帶領團隊在三峽庫區消落帶部分岸坡鋪設特拉錨墊、撒上草種,進一步檢驗項目研究成果?!壩貌渙碩嗑?,特拉錨墊上就會長出植物,生態系統得到有效改善?!備緞窕員硎?,他將帶領團隊跟蹤監測,進一步完善特拉錨墊生態護岸技術。

  “特拉錨墊生態護岸技術,不僅有助于提高邊坡穩定性,還可以提高植被的抗沖蝕能力,應用范圍很廣?!繃涸獎硎?,特拉錨墊生態護岸技術不僅可用于山區通航河段岸坡治理,還可用于高等級公路、鐵路、城市景觀、河道整治等建設項目的水土保持,提升岸坡生態治理效果。

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