1、 年第 期水利技术监督理论研究:/不同植物的水土保持效果试验研究邓小群(江西省水利科学院 江西 南昌)摘要:植被作为一种效果较好的水保措施 应用广泛 文章为了研究不同植物水保措施的具体效果 设置浅沟模型种植不同种类的植被 对比水保效果 根据水力参数的变化揭示植被的保土机理 结果表明:马蔺草和紫花苜蓿的产沙均值明显低于裸坡 流量相同时马蔺草的水力摩擦系数小于紫花苜蓿 弗劳德数高于紫花苜蓿 紫花苜蓿的保土效果明显高于马蔺草 在高流量下仍能保持较好的水土保持效果 研究结果为水土保持植物选择提供参考关键词:水保措施 水力参数 减沙效果 雷诺数 水力摩擦系数中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期
2、:作者简介:邓小群(年)女 工程师:国内水土流失情况较为严重 每年都会有大量土地因水力侵蚀而被破坏 并且土壤中的有机物会对下游水体造成严重污染 影响了生态平衡 水力侵蚀发展到最后会形成沟蚀 而浅沟一般出现形式为沟蚀的中间形态 在水流作用下 浅沟既会产沙 也是泥沙运输和搬运的通道 目前国内通常以植被加其他措施相组合的形式来进行水土流失的治理 柏勇等对比了石漠化地区中各水保措施的保土效果 发现经果林保土效果次于水保林 后者在减少泥沙、径流方面更加明显 边熇等通过室内冲刷试验研究了植被种植位置和覆盖率对泥沙量减少程度的影响 发现植被覆盖度小于、种植位置在坡下时的保土效果最佳 王鑫雨等通过构建坡面模型
3、分析了农田前沟中不同类植物的保土效果 杜映妮等人通过观测降雨条件下丹江口库区坡面径流小区土壤流失量和径流变化趋势 分析了不同植被组合保土措施的效果 陈丹等人通过皮尔逊相关分析法研究了径流量、产沙量、降雨量之间的关系 给小流域水土保持措施的制定提供了借鉴基于此 为了进一步了解不同植物水保措施的具体效果 通过设置室外土槽模型并种植紫花苜蓿和马蔺草来进行试验 分析了植物对坡面径流流速、雷诺数、摩擦系数等水力学参数的影响 研究方法 设置试验通过在室外设置土槽来开展试验 土槽尺寸为(长)(宽)(深)在土槽上部设置了供水系统 其由稳流槽、水箱、水泵以及供水管组成 并且安装了阀门和电子流量计来对进水流量进行
4、控制 通过野外实地调查和查询相关资料 发现农用耕地大部分属于长缓坡地 为其坡度范围 并且降雨侵蚀强度为 /出现的频率最高 参考上述信息设置试验所需供水流量分别为、和/接取样品的间隔时间为 并设置没有任何措施的裸坡为对照组在试验组分别栽种了马蔺草与紫花苜蓿(紫花苜蓿)共设置 组试验 同时各组试验进行两次在此次试验中对弗劳德数、水力摩擦系数、雷诺系数、流速 四个擦水力参数进行分析 试验过程两种植物的种植密度和播种日期均相同 以此保证其生长期相同 试验所选植物为马蔺草和紫花苜蓿 在温室内同时播种培育(播种密度/)保证植物生长期相同 试验开始前要将浅沟模型准备好 填土前先将 层纱布铺在底部 并放进 细
5、沙当做透水层 捶打密实后再铺设 层纱布 接着放入合适重量的土壤 其中黄土层作为犁底层厚 分 层铺设 每层 黑土层作为耕作层 厚 图层铺设完成后要将土槽和四周的边界进行压实 降低边界效应所带来的影响 填土完成后 种植植物 并称重 顺着坡面从上至下间隔理论研究水利技术监督 年第 期 设置一个断面来观测水动力学参数 通过沿坡面自上而下每 取 个断面作为测定水动力学参数的观测断面 用 染色剂来对浅沟里的经流流速进行测量 且每个坡段测量两次取其均值作为此时的平均表层流速 在坡面随机挑选 个点来测量径流深 同样取其均值代表该坡段的径流深度 分析结果 产沙产流受植被的影响通过产流结果能够看出两种植物在水土保
6、持方面的能力 马蔺草和紫花苜蓿的产沙均值分别是裸坡的 倍和 倍 如图 所示 试验在 时各组的产沙率均达到稳定状态 产沙率在整体上表现为初始阶段水平较高 随着时间的增长逐渐降低 最后保持不变的趋势 整体上累积产沙率和试验时间间的关系为对数关系 在流量相同时 对照组裸坡的产沙率均大于紫花苜蓿和马蔺草 说明后者发挥了较好的减沙作用 同时从图中能够得出 对照组裸坡和各试验组产沙率的差距随着流量的提高而逐渐缩小 而径流的含沙量随着流量的提高而提高处于稳定状态的曲线也开始变陡 这说明 流量会对产沙率造成较大的影响 不同流量流量下的累积产沙量 如图 所示 计算能够得到各流量下紫花苜蓿的减沙效果达到 平均达到
7、 紫花苜蓿的减沙效果达到 平均达到 水动力学参数受植被的影响流速在流量不同时相差较大 但变化趋势基本一致 都表现为开始阶段流量较低 后慢慢提高最终保持不变的趋势 如图 所示 当流量一致时流速最大的为裸坡 与裸坡相比 紫花苜蓿和马蔺草达到稳定状态的时间较长 流速会随着流量的提高而提高 并且紫花苜蓿的流速低于马蔺草的流速如图 所示 从空间上看 各流量下裸坡坡面中上位置出现流速峰值 流速在第 坡段尾段位置有所减小 对马蔺草和紫花苜蓿进行观察发现 流量高于/时两者流速峰值出现在第 坡段 而流量小于/时两者流速峰值出现在中上部 由此能够得出 植被保土措施在大流量下几乎失效对于雷诺数 此次研究中其临界值定
8、为 大于 时属于紊流 小于 时属于层流图 产沙变化特点图 流速变化特点 年第 期水利技术监督理论研究 值在个条件下取值有所不同 为其变化范围 紫花苜蓿和马蔺草的雷诺数均值约为裸坡的 和 倍 同时整组试验的下坡面雷诺均值超过 属于紊流如图 所示 从图 中能够看出 随着时间的增长 流量相同的各组试验 值也会逐渐增大 从空间角度来看 沿坡面各组试验的 值有所不同 裸坡时雷诺数峰值出现在、坡段 接近坡面中部靠上部位 而紫花苜蓿和马蔺草时雷诺数峰值出现在中部靠下部位 且雷诺数在流量增大至 /时也不断增大 这表示径流在流量较大时侵蚀能力较强对于水力摩擦系数的时空变化特征 水流流进浅沟中就会受到沟底泥沙的阻
9、碍 和 分别为马蔺草和紫花苜蓿的摩擦系数均值 约是裸坡的 倍和 倍 与裸坡相比 阻力明显增大 相同措施下各流量下的摩擦系数的变化趋势有明显的周期性 但从整体上看表现出随着流量的提高而逐渐降低的规律 各试验组在相同流量下的摩擦系数均随着时间的增长而增长 基本表现为裸坡最低 其次是马蔺草 紫花苜蓿最高的现象 如图所示同时能够发现裸坡和马蔺草摩擦系数间的差距会随着流量的提高而减小 两者的摩擦系数曲线在流量为/时基本相同 这也对应了/流量时马蔺草的减沙产沙特点相呼应 即在流量较大时失去保土作用 裸坡时 各流量下摩擦力峰值发生在第 坡段 在第 坡段出现最小摩擦力 曲线整体上为一凹型抛物线 如图 所示 马
10、蔺草和紫花苜蓿条件下 流量提高时 摩擦力峰值出现的部位与沟头位置越来越近 慢慢从第 坡段变成第 坡段 且马蔺草的摩擦力峰值转移速度小于紫花苜蓿 由此可得 紫花苜蓿的减沙效果要优于马蔺草对于 的时空变化特征 一般情况下 在 小于 时属于缓流 大于 时属于急流 和 分别为马蔺草和紫花苜蓿的弗劳德数 约为裸坡的 倍和 倍 流量和 间为正相关关系 即 随着流量的增大而增大在整体上 随着时间的增长 各组试验的 值慢慢降低 同时流量相同时马蔺草的弗劳德数要远远高于紫花苜蓿 裸坡和马蔺草的弗劳德数差距会随着流量的增加而减小 且在流量处于/后者高于前者 这表示此时马蔺草内径流的动能和惯性力均大于裸坡 如图 所
11、示图 雷诺数变化特点图 水力摩擦系数变化特点(下转第 页)工程实践水利技术监督 年第 期果差 影响灰土的施工质量 灰土铺填验收合格后立刻进行覆盖 以防灰土暴晒后干燥松动 装配件吊装构件起吊时 要求吊装时吊点均匀受力 小于 米板用 点起吊 大于米板用 点起吊 起吊缓慢保证构件平稳吊装 将构件吊离拖车至距地面 米的位置静停 秒 构件在空中吊运时构件底下不应有人员活动 防坠隔离区为建筑物外边线向外延伸 米 护脚施工护脚材料需采用抗水流冲刷和耐水性强的材料 以满足长期浸水的要求 本工程采用混凝土块体进行固脚 尺寸为 坡面植物种植本工程采用成本较低且成活率较高的白三叶草和香草根 铺设草皮之间留有 的空隙
12、 以防止遇水膨胀而产生凸起挤压 结语随着绿色生态水利工程的建设 生态护坡应用飞速发展 装配式生态护坡技术因其施工便利 适应范围广 近年来被越来越多的应用到河道护坡工程中 堤岸水生态建设效果显著 本文以九江两河流域综合治理工程为例 主要研究装配式生态护坡技术的设计原理和主要的施工工艺流程 得到以下结论()研究开发一种装配式护坡型人工湿地系统 采用装配式预制混凝土构件搭建三级阶梯式下降的垂直流反应区 缩短施工周期 有效降低施工对周围环境的影响 显著提高工程施工效率()装配式生态护坡采用三级串联垂直流人工湿地技术 有效实现了污染物的削减()装配式生态护坡填料采用模块化、分层组装形式装填 实现快速安装
13、 并在内部填料失效后 实现填料的快速更换参考文献 季永兴 刘水芹 张勇.城市河道整治中生态型护坡结构探讨.水土保持研究():.汪洋 周明耀 赵瑞龙 等.城镇河道生态护坡技术的研究现状与展望.中国水土保持科学():.陈小华 李小平.河道生态护坡关键技术及其生态功能.生态学报():.何蘅 陈德春 魏文白.生态护坡及其在城市河道整治中的应用.水资源保护():.刘黎明 邱卫民 许文年 等.传统护坡与生态护坡比较与分析.三峡大学学报(自然科学版)():.李海东 林杰 张金池 等.生态护坡技术在河道边坡水土保持中的应用.南京林业大学学报(自然科学版)():.杜良平.生 态河道 构建体 系及 其应用 研究
14、.浙 江大学.顾斌杰.生态型灌区构建原理及关键技术研究.河海大学.王越.北京永定河生态护岸综合评价研究.北京林业大学.徐化新.预制装配式生态护坡技术研究.四川建材():.刘凌.装配式植草混凝土护岸的结构设计及性能试验研究.南昌工程学院.庄紫龙.河道装配式预制框式挡墙生态护坡施工.内蒙古水利():.温文杰.新型装配式护岸在中小河流中的应用研究.水利技术监督():.吕刚 卿雪林 阳一.堤坝装配式护坡结构及施工技术研究.四川建材 ():.(上接第 页)图 费劳德数变化特点(下转第 页)年第 期水利技术监督工程实践口黑河上游流域相应洪水过程 然后将该相应洪水过程与天河水库泄水()过程叠加 即得天河入黑
15、河口黑河下游断面洪水过程因天河水库至天河入黑河口约 故天河水库泄水与天河入黑河口黑河上游洪水叠加未计洪水传播时间 直接叠加 取其洪峰流量大的作为本次设计成果 比较以上两种情况洪水地区组成 第二种情况洪水地区组成结果较大 故取用第二种情况洪水地区组成结果计算的天河入黑河口黑河下游断面 洪水过程 结果如图 所示图 天河入黑河口黑河下游断面设计洪水过程线由图 可知 天河入黑河口黑河下游断面设计洪峰流量为 /结语为了选取合适的设计洪水参数 为黑河治理工程设计提供参考 通过调查、收集资料 黑河治理段主要受里册峪水库、天河水库等已建设水利工程影响 在设计洪水参数确定时 需要充分考虑水库运行调度的影响 经分
16、析 天河入黑河口黑河上游断面 年一遇设计洪峰流量采用 /天河入黑河口黑河下游断面设计洪峰流量为/河道治理的水文确定对河道治理具有重要意义 由于流域范围内没有水文测站 属无资料地区 洪水计算采用山西省水文计算手册中流域模型法和推理公式法 因此在实施河道治理过程中应再次进行复合 保障河道治理水文参数的合理性参考文献 邵泽斌.许家崖水库影响费县新时代水源工程设计洪水分析.河南水利与南水北调 ():.付乐宜.考虑水库影响麻磡河治理工程设计洪水确定.陕西水利():.姚士茜.考虑水利工程影响的大伙房水库洪水预报及调度研究.大连理工大学.乔磊 赵璇.基于力学 热学 水文地质耦合的堤防稳定性数值模拟.水利科技与经济 ():.常广品.基于 的某河道水位降落期堤防稳定性研究.水利技术监督():.林聪.生态景观堰在河道生态治理工程中的应用探讨.水利规划与设计():.贾鹏.大沙河老古沟桥武营桥段河道治理设计洪水水面线推求.陕西水利():.(上接第 页)结语为了分析不同植物水保措施的具体效果 设置模型试验 测定不同植物对坡面径流流速、雷诺数、摩擦系数等水力学参数 得出以下结论()马蔺草和紫花苜蓿的产沙均值分别是
