李 明

(長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 武漢 430040)

0 引 言

近年來，開發(fā)和應(yīng)用兼具生態(tài)保護(hù)、資源可持續(xù)利用以及符合工程安全需求的洲灘和岸坡防護(hù)生態(tài)工程技術(shù)，已經(jīng)成為河流整治工程的創(chuàng)新內(nèi)容。當(dāng)前我國河道生態(tài)修復(fù)措施主要集中于生態(tài)護(hù)坡和護(hù)岸，即以濱河帶的重建為主。河漫灘植被在河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性中占有重要地位。植被的存在能夠減小近底水流流速，促進(jìn)泥沙落淤，有助于河漫灘的穩(wěn)定，同時(shí)落淤的泥沙也將有助于河漫灘的進(jìn)一步發(fā)育。因此，一旦植被豐度達(dá)到一定規(guī)模，將能夠有效增強(qiáng)河道內(nèi)灘體的穩(wěn)定性。長江干線航道近年來實(shí)施了一系列航道整治工程，生態(tài)護(hù)岸技術(shù)相對成熟，尤其是鋼絲網(wǎng)格生態(tài)護(hù)岸應(yīng)用較為普遍，而對于江心沙質(zhì)灘地的守護(hù)工程，基本上都采用軟體排加拋石壓載的工程結(jié)構(gòu)，以確保工程的穩(wěn)定。這類心灘守護(hù)工程對目前的灘地進(jìn)行硬化，對生物的生境造成很大影響。

與濱河帶的生態(tài)護(hù)坡和護(hù)岸工程相比，在河道中游移性較強(qiáng)的洲灘上的生態(tài)護(hù)灘工程有著不同的特點(diǎn)。心洲灘地面積大、地形復(fù)雜、形態(tài)各異，為非封閉狀態(tài)，且水流、水位年內(nèi)年際變幅大，灘體砂土結(jié)構(gòu)疏松等，對于生態(tài)固灘的實(shí)施帶來很大難度。目前對于河流中穩(wěn)定性較差的洲灘，開展生態(tài)守護(hù)工程措施的研究較少。為了確保灘體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性并兼顧工程的生態(tài)效應(yīng)，本文提出了一種植入型生態(tài)固灘方法，在長江倒口窯心灘的洲灘守護(hù)中進(jìn)行了原位試驗(yàn)，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了跟蹤分析。

1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

倒口窯心灘位于長江中游藕池口水道，藕池口水道地處湖北省石首市境內(nèi)，由一個(gè)順直段和一個(gè)彎道段組成，是長江中游重點(diǎn)礙航水道之一。順直段河道較寬,河道內(nèi)分布有藕池口心灘和倒口窯心灘兩個(gè)較大型的灘體。藕池口水道河勢見圖1。藕池口心灘形成于20世紀(jì)90年代，目前灘面植被茂盛，灘體穩(wěn)定性較好。倒口窯心灘形成于2006年前后，灘面無植被覆蓋。近年來倒口窯心灘左緣持續(xù)沖刷后退，對文藝村附近航槽穩(wěn)定性有不利影響。

圖1 藕池口水道河勢示意圖Fig.1 Ouchikou channel river regime schematic diagram

倒口窯心灘守護(hù)工程主要是為了確保倒口窯心灘的完整性，防止灘槽格局的不利變化。該項(xiàng)工程為一梳齒形護(hù)灘帶，含一縱二橫共3道護(hù)灘帶?？v向護(hù)灘帶上段為半橢圓形，下段為刀形，其中上段長度為400 m、底寬660 m，下段長度為1 810 m、寬度為300 m，其主要功能是防止因水流頂沖與側(cè)蝕造成倒口窯心灘頭部及左側(cè)出現(xiàn)沖刷后退；橫向護(hù)灘帶軸長分別為500、640 m，寬度均為180 m，其主要功能為對縱向護(hù)灘帶的后方灘體進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，避免灘面發(fā)生剝離式?jīng)_刷。倒口窯心灘守護(hù)工程見圖2?，F(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)位于倒口窯心灘梳齒形護(hù)灘帶第2道橫向護(hù)灘帶兩側(cè)的根部拐角處，總面積約2 500 m2，根據(jù)倒口窯心灘航道整治模型試驗(yàn)的結(jié)果，試驗(yàn)條件下區(qū)域內(nèi)的流速范圍約為0.73～1.56 m/s?，F(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)示意圖見圖2。

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)位置示意圖Fig.2 Field test area location diagram

2 植入型生態(tài)固灘方法

2.1 倒口窯心灘生態(tài)守護(hù)的特點(diǎn)

三峽工程蓄水以后，來沙大幅減少，洲灘易沖不易淤，且由于大量沖瀉質(zhì)淤積于庫區(qū)，壩下游沖瀉質(zhì)大幅減少，蓄水以來落淤形成的灘體的組成物基本都是中細(xì)沙。植物徙居于洲灘的重要前提是洲灘能提供必要的養(yǎng)分，中細(xì)沙組成的洲灘保水保肥能力差，植物徙居并增殖的難度大。倒口窯心灘，盡管目前高程較高，清水下泄的情況下進(jìn)一步淤高的難度較大。這是因?yàn)樵诩词购樗诼?，由于表層水流含沙量極低，粗砂落淤的可能性很小，較細(xì)泥沙落淤的可能性則幾乎不存在，該灘體即使維持當(dāng)前形態(tài)，也極難生長出成規(guī)模的植被。因此進(jìn)行生態(tài)固灘的主要思路是在分析工程區(qū)水文情勢的基礎(chǔ)上，合理選擇用于固灘的先鋒植被，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的培育方案，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇必要可行的輔助措施，確保先鋒植被的繁育增殖，在試驗(yàn)工程區(qū)實(shí)現(xiàn)初步的保水保肥，為試驗(yàn)區(qū)以后植被的逐步演替以及豐度的逐步提升創(chuàng)造條件。

對倒口窯心灘水文情勢進(jìn)行分析，主要分析心灘淹沒情況。以石首站水位近似代表倒口窯心灘附近水位，采用2003年三峽蓄水以來的水位資料計(jì)算分析工程區(qū)淹沒情況，包括最大淹沒深度和淹沒深度年內(nèi)年際變化見圖3和圖4，工程區(qū)特征流量下的淹沒深度見表1。分析可知，倒口窯心灘淹沒時(shí)段主要集中在汛期的5-9月，12月至第二年4月無淹沒歷時(shí)出現(xiàn)，心灘年平均淹沒歷時(shí)為61 d/a，一年內(nèi)最大淹沒歷時(shí)曾達(dá)到過93 d。心灘的淹沒深度和淹沒歷時(shí)與來水量關(guān)系緊密，歷年出現(xiàn)最大淹沒深度4.2 m，平均淹沒深度為0.2～1.6 m，淹沒深度及淹沒歷時(shí)均在7月份達(dá)到最大值。

圖3 歷年最大淹沒深度變化圖Fig.3 Variation diagram of the largest submerged depth over the years

圖4 淹沒歷時(shí)年際變化圖Fig.4 Interannual variations diagram of flood duration

表1 特征流量下的淹沒深度統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of submerged depth under characteristic flows

從植被的生長期來看，倒口窯心灘上具備基本的出露條件?？紤]到倒口窯心灘為季節(jié)性漫灘，雨季淹沒旱季出露，植被物種的選擇方面存在較大的難度；同時(shí)，該漫灘土壤質(zhì)地疏松，營養(yǎng)匱乏，表層土壤容易被水流沖刷帶走，植物根系難以固定。為此，需解決兩方面問題：①固灘植被的選種和培育方案，確保選育植被具有較好的耐淹性，能夠在倒口窯心灘灘面存活；②土壤基質(zhì)的固定技術(shù)，通過適當(dāng)措施，確保在植被生長初期所需的土壤基質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)所選措施能夠滿足植物生長空間及環(huán)?？山到獾确矫娴男枰?/p>

2.2 植被選育

植物群落的配置就是通過人為設(shè)計(jì)，將擬恢復(fù)重建的植物群落，根據(jù)環(huán)境條件和群落生長特性按一定比例在空間分布、時(shí)間分布方面進(jìn)行安排，高效運(yùn)行，達(dá)到恢復(fù)目標(biāo)，即形成穩(wěn)定可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)。一般而言，先鋒物種的選擇是在對濕生植物生物學(xué)特性、耐淹性以及光補(bǔ)償點(diǎn)的研究基礎(chǔ)上，篩選出幾種具有一定耐淹性、能適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的物種作為恢復(fù)的先鋒物種，同時(shí)為濕生植物群落的恢復(fù)提供建群物種。物種的選擇主要有以下幾個(gè)原則：①適應(yīng)性原則。所選物種應(yīng)對該流域氣候水文條件有好的適應(yīng)能力。②本土性原則。優(yōu)先考慮采用當(dāng)?shù)氐脑形锓N，盡量避免引入外來物種，以減少可能存在的不可控因素。③強(qiáng)凈化性原則。優(yōu)先考慮對N、P營養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)去除能力的植物。④可操作性原則。所選物種的繁殖、競爭能力較強(qiáng)，栽培管理容易。

從以上原則出發(fā)，遴選適宜倒口窯心灘的植物物種，物種既能在干燥土壤中長期生存和繁育，具有正常生命代謝活性，又能耐受長時(shí)間的淹沒和水澇，具備很好的耐受能力，同時(shí)還需要滿足上述的其他要求。初步確定物種的具體選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：①夏天能耐受30～60 d的淹沒仍然保持生命活性；②注重生物多樣性與生態(tài)安全，以本地土著物種為主；③注重人工植被的立體空間層次，確定不同物種的搭配；④注重植被的自然性狀和生態(tài)功能，依據(jù)季節(jié)更迭選擇不同的植被，確保每個(gè)季節(jié)均有一定的植被覆蓋度，同時(shí)，選擇根系發(fā)達(dá)，固土保土能力強(qiáng)的物種；⑤物種有一定的抗水流沖擊能力，并可以截留一定的泥沙，有利于洲灘進(jìn)一步發(fā)育。

試驗(yàn)區(qū)附近的草地生態(tài)系統(tǒng)在河堤和灘地廣泛分布，適生植被以水生維管束植物和河灘的灌叢灌草叢為主。前期生態(tài)調(diào)查共收集到多年生植物14種，主要有狗牙根、牛鞭草、天名精、小薊等。越年生植物3種，分別是一年蓬、異葉黃鵪菜、卷耳。一年生植物10種，主要有雪見草、薺菜、雞眼草等。根據(jù)前述原則和標(biāo)準(zhǔn)，在工程河段適生植被調(diào)研結(jié)果，從大量的植物物種中篩選狗牙根、蘆葦、三葉草作為適生植被物種用于倒口窯心灘的植被恢復(fù)。選擇上述三種植物的具體原因如下：狗牙根、三葉草、蘆葦三個(gè)物種具有空間上的層次，狗牙根匍匐在土壤表層，具有發(fā)達(dá)的根系，位于最下層，三葉草介于狗牙根和蘆葦之間，蘆葦株高可達(dá)2 m以上，空間層次分明；另外，就土壤表層的狗牙根和三葉草，也分別分布在不同空間上，狗牙根有良好的耐淹能力，一般位于水分充裕地勢較低的區(qū)域，三葉草有一定的耐旱能力，位于水分較少地勢較高的區(qū)域。同時(shí)，狗牙根和蘆葦具有發(fā)達(dá)的根系，對洲灘土壤有良好的固定作用，尤其是處于地勢較低區(qū)域的狗牙根，耐水淹，具備良好的抗水流沖擊能力和泥沙截留效應(yīng)；三葉草有一定的土壤改良作用，可以改善土壤肥力。蘆葦以其固土整沼、開發(fā)荒地、保持生態(tài)平衡等多方面的優(yōu)勢，成為具有綜合經(jīng)濟(jì)用途的資源植物，發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)作用。此外，三者存在一定的季節(jié)更迭，三者混交種植，有助于洲灘植被的穩(wěn)固和促進(jìn)未來植被蓋度的提高。

2.3 土質(zhì)改良

倒口窯心灘表層主要淤積物為砂質(zhì)粗顆粒，粒徑大，營養(yǎng)貧瘠，黏連性和穩(wěn)定性差，易于在外力作用下移動，不利于植被定植生長與成活。針對倒口窯心灘土壤基質(zhì)的現(xiàn)狀和存在的問題，需要對該處土壤基質(zhì)進(jìn)行改良?；|(zhì)改良的技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)上主要需要考慮土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分與保墑能力。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)包括粒徑級配、團(tuán)聚體體積質(zhì)量或團(tuán)聚體密度等，植被生長良好的土壤基質(zhì)需要滿足的具體指標(biāo)要求為黏粒(粒徑<0.002 mm)占全部團(tuán)聚體顆粒的比重不低于25%，粉粒(0.05 mm>粒徑>0.002 mm)所占比重不低于65%；團(tuán)聚體的體積質(zhì)量1.2～1.8 g/m3或者團(tuán)聚體密度>2.0 g/m3?；谏鲜鲆?，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本的考慮，土壤改良擬就地取材，從附近的農(nóng)田、林地等選擇黏土作為回填的土壤基質(zhì)，通過測定土壤的粒徑級配，按照上述要求計(jì)算不同土壤的搭配混合比例，將土壤基質(zhì)人工或者機(jī)械攪拌均勻后敷設(shè)到項(xiàng)目區(qū)中。

土壤養(yǎng)分方面的主要指標(biāo)有有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀；植被生長良好的土壤需要滿足有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)20 g/kg、碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)>85 g/kg、全氮>0.8 g/kg、速效氮>60 mg/kg、速效磷>30 mg/kg、速效鉀>100 mg/kg；對按適宜比例混合的土壤基質(zhì)測定肥力指標(biāo)，按照植被生長的養(yǎng)分需要通過定期施農(nóng)家有機(jī)肥以確保植物的養(yǎng)分需要，同時(shí)可緩慢改變土壤質(zhì)地。保墑能力方面的要求為土壤質(zhì)量含水量不低于15 g/kg，按照上述設(shè)計(jì)要求敷設(shè)的土壤基質(zhì)，如果土壤含水量不夠，需要定期澆水，以彌補(bǔ)不足，保障植物生長的充足水分供應(yīng)。

基于以上要求制定倒口窯心灘土壤基質(zhì)改良的具體設(shè)計(jì)方案如下：①采集黏土，運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目區(qū)；測定級配后計(jì)算不同土壤的適宜搭配比例，按照該比例混合均勻后敷設(shè)到項(xiàng)目區(qū)。②黏土按比例植入項(xiàng)目區(qū)，植入土盡量夯實(shí)；③植入土層厚度為50 cm；④植入土表層使用農(nóng)家有機(jī)肥進(jìn)行養(yǎng)分改良，確保農(nóng)家肥均勻均勻分布在植入土層表面；施肥標(biāo)準(zhǔn)以有利于植被適度生長為宜。⑤接種和培育土壤藻類，將藻種接種到土壤基質(zhì)表面，每天灑水保持表層土壤濕潤，確保土壤藻類的活性和作用發(fā)揮。黏土就地取材，農(nóng)家肥需要從當(dāng)?shù)夭少?，土壤藻類需要?lián)系專業(yè)部門采購并接種，確?；钚耘c效果。

2.4 臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)

茂盛的植被不僅能有效的保護(hù)土壤基質(zhì)，同時(shí)還能從水體中截留泥沙，促進(jìn)灘體的淤高。但在灘面植被具備足夠的豐度之前，必須采取臨時(shí)性的工程措施對遷入的客土進(jìn)行必要的保護(hù)。對此，本研究提出了采用可降解草繩網(wǎng)構(gòu)成的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)，如圖5所示，在植被生長發(fā)育期間起到臨時(shí)固土防沖刷作用。

圖5 臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.5 Temporary anti-scour structure picture

圖6 管道試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.6 Pipeline test system diagram

開展了水槽試驗(yàn)，研究防沖結(jié)構(gòu)不同布置方式的固土抗沖作用。出于防沖刷和植被繁育的需要，工程區(qū)回填土擬采用黏性土。黏性土的起動不同于散粒體泥沙和一般淤泥的起動，由于其黏性較強(qiáng)，需克服團(tuán)粒間較強(qiáng)的黏結(jié)力才能起動，因此一般情況下都具有較強(qiáng)的起動臨界條件?？紤]到用來進(jìn)行沖刷模型試驗(yàn)的普通開敞式無壓水槽的流速條件不能滿足黏性土試驗(yàn)的要求，另外沖刷試驗(yàn)土體顆粒的黏聚性也很難通過模型模擬，因此在管道內(nèi)開展臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)作用下的土體沖刷試驗(yàn)，用以觀測分析臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的防沖效果。在試驗(yàn)管道內(nèi)模擬現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)的近底流速條件，可視為1∶1的模型比尺，流速和土體以及臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)均與現(xiàn)場實(shí)際情況相同。試驗(yàn)在矩形有機(jī)玻璃管道中開展，矩形管道示意圖見圖6。整個(gè)試驗(yàn)裝置為封閉管道循環(huán)系統(tǒng)，包括進(jìn)水管道、水泵、閥門、電磁流量計(jì)、試驗(yàn)管段、頂土裝置、出水管道、水庫等幾部分。其中試驗(yàn)管段為封閉矩形管道，采用有機(jī)玻璃加工而成，內(nèi)部斷面尺寸為50 cm×20 cm，長度為3 m。試驗(yàn)土樣放在距進(jìn)出口等距離處，以保證水流條件的穩(wěn)定；水泵功率為4.8 kW，最大流量可達(dá)150 m3/h，矩形管道有效段最大流速可達(dá)2.08 m/s。為了使試驗(yàn)過程中土樣表面的水流條件基本一致，考慮在矩形有機(jī)玻璃管道底部安裝土樣升降裝置(頂土裝置)，下方升降機(jī)裝置采用電動機(jī)及減速裝置控制其升降速度。在試驗(yàn)過程中，當(dāng)土樣在水流的沖刷逐漸降低時(shí)，適時(shí)調(diào)整土樣高度使其表面與矩形管道底部齊平。

試驗(yàn)是在封閉壓力管道中進(jìn)行的，與明渠中的無壓條件有所不同。依據(jù)相關(guān)研究成果，在有壓管道中進(jìn)行沖刷試驗(yàn)，其壓力變化對土樣沖刷的影響基本可以忽略，試驗(yàn)結(jié)果基本可代表土樣在一般開敞水槽中的結(jié)果。主要測量內(nèi)容包括：①流量采用電子流量計(jì)測量。②沖刷形態(tài)采用高清相機(jī)拍攝結(jié)合測尺測量沖刷深度。

工程區(qū)回填土的來源主要來自附近農(nóng)田和荒地黏土，在回填土源區(qū)內(nèi)采集了兩種代表性土樣開展試驗(yàn)。對以上兩種土樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，主要包括土樣粒徑、比重、孔隙率等。土樣顆粒級配見圖7和圖8，土體特征值見表2。

圖7 土樣A顆粒級配曲線Fig.7 Grain size grading curve of sample A

圖8 土樣B顆粒級配曲線Fig.8 Grain size grading curve of sample B

用草繩結(jié)網(wǎng)的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)，從設(shè)計(jì)方案上的變化主要考慮草繩的直徑d和繩間距L。設(shè)計(jì)了4組臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)形式，對應(yīng)尺寸分別為：d1=0.5 cm，L1=10 cm，d2=1 cm，L2=10 cm，d3=0.5 cm，L3=5 cm，d4=1 cm，L4=5 cm。在平灘流量級～洪水流量級范圍內(nèi)，工程部位的最大流速為0.7～1.6 m/s。參考該成果，沖刷試驗(yàn)采用了6組流速條件，分別為0.56、0.69、0.97、1.25、1.53、1.81 m/s，在兩種土樣下分別開展正交試驗(yàn)。觀察泥沙起動情況，并記錄兩種土樣在10 min內(nèi)的沖刷深度，結(jié)果見表3。

表2 土樣特征值對比表Tab.2 Soil sample eigenvalues comparison sheet

注：黏粒指的是粒徑0.005 mm以下的顆粒。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果可知，草繩防沖框架結(jié)構(gòu)在減弱沖刷方面有著明顯的作用，且對于土樣1的作用更加明顯。土樣2中粉粒含量較多，土體間孔隙較大，吸水能力更強(qiáng)，隨流速的變化所受到的擾動更大。不同結(jié)構(gòu)的防沖結(jié)構(gòu)防沖能力不同，同等條件下，結(jié)構(gòu)的空隙越大，防沖作用越小。土體中黏性顆粒的含量對起動流速的影響較大。細(xì)顆粒含量比較多的土樣1，中值粒徑比較小，黏性顆粒含量較多，顆粒間黏結(jié)力比較大，需更強(qiáng)的水流強(qiáng)度才能起動，故使其開始明顯沖刷的流速更大，且其沖刷的深度在同等條件下較土樣2小。

表3 回填土沖刷深度 cm

試驗(yàn)采用的回填土為新填土，沒有經(jīng)過淤積固結(jié)過程，相對沖刷深度較大?？紤]工程區(qū)的實(shí)際情況，土體回填以后會有一定時(shí)間的固結(jié)過程，密實(shí)度會有所增加，因此土樣1的成果更接近工程實(shí)際情況。對于土樣1來說，理論上講草繩鋪設(shè)得越密，防沖效果越好。試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，四種臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)均有一定的防沖效果，起動流速有所增加。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，臨時(shí)結(jié)構(gòu)能有效提高防護(hù)區(qū)的起動流速，從而提高回填土的防沖能力，為植被發(fā)育期提供順利過渡條件。因此臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)考慮到首先滿足工程區(qū)的臨時(shí)防沖需求，在此基礎(chǔ)上考慮植株的生長空間需求、種植的可操作性以及臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。

3 原位試驗(yàn)及效果分析

綜合考慮種植的可操作性及經(jīng)濟(jì)型，確定選用結(jié)構(gòu)II(d=1 cm,L=10 cm)作為現(xiàn)場試驗(yàn)的臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)體型。生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)采用漿砌塊石形成圍墻，并充填土方，通過播撒植物種子的形式進(jìn)行綠化，在播撒種子之后，在表面每隔間距為10 cm鋪設(shè)一根1.0 cm直徑草繩，草繩采用帶勾頭的Φ10鋼筋固定,鋼筋總長為2 m，間距為3 m；在邊緣設(shè)置透水框架，寬10 m，如圖9所示。生態(tài)固灘工程于2014年7月開工，2015年初實(shí)施了生態(tài)護(hù)灘區(qū)域的回填土工作，至2015年3月，生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)及主體工程基本實(shí)施完成。

圖9 生態(tài)護(hù)灘現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖(單位：cm)Fig.9 Site structure diagram of ecological channel bar protection tests

圖10 生態(tài)固灘試驗(yàn)實(shí)施2月后的現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.10 Scene photos taken after the ecological shoal consolidation method implemented two months

圖11 生態(tài)固灘試驗(yàn)實(shí)施1年后的現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.11 Scene photos taken after the ecological shoal consolidation method implemented one year

對試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了2年的跟蹤觀測，分析生態(tài)固灘工程試驗(yàn)實(shí)施后的效果，見圖10、11。植入基質(zhì)在運(yùn)行1年后檢測發(fā)現(xiàn)粉粒和黏粒占基質(zhì)的90%以上，團(tuán)聚體密度達(dá)到2.1 g/m3，基質(zhì)的密實(shí)度和穩(wěn)定性滿足固灘項(xiàng)目的要求。種植的狗牙根、三葉草和蘆葦在春夏季顯示了強(qiáng)勁的長勢，生長指標(biāo)正常。春季，三葉草生長茂盛，實(shí)現(xiàn)了對項(xiàng)目區(qū)的全覆蓋，目測估算植被蓋度達(dá)到90%以上；狗牙根新芽發(fā)育，植株密度達(dá)到30 株/m2以上；蘆葦高度在1.0～1.5 m之間，平均植株間距1.2 m。單位面積上的植物生物量達(dá)到15.7 g/m2以上。夏季，三葉草逐漸枯萎，為土壤提供了養(yǎng)分，狗牙根長勢旺盛，植株密度達(dá)到60 株/m2以上，植被蓋度達(dá)到80%；蘆葦平均高度2.0 m，平均植株間距0.8 m，密度顯著增加。同時(shí)，試驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)很多其他的植物，物種多樣性指數(shù)增加。單位面積上的植物生物量達(dá)到40.3 g/m2。秋季，狗牙根長勢旺盛，植株密度達(dá)到70 株/m2以上，目測估算植被蓋度達(dá)到92%以上；蘆葦高度在2.4 m以上，平均植株間距0.7 m。單位面積上的植物生物量達(dá)到46.7 g/m2。除此以外，試驗(yàn)區(qū)還發(fā)現(xiàn)了鳥類棲息的痕跡。

4 結(jié) 語

本文提出了一種針對河流心灘守護(hù)的植入型生態(tài)固灘方法，以倒口窯心灘生態(tài)守護(hù)工程為例，從植被選育、基質(zhì)改良、臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析研究。得到的主要認(rèn)識如下。

(1)心灘的生態(tài)守護(hù)應(yīng)充分分析工程區(qū)的來水來沙特性，制定相應(yīng)的工程實(shí)施方案。

(2)通過引入客土，遷入生命力強(qiáng)的先鋒植被，只要在先鋒植被繁育至足夠豐度之前進(jìn)行臨時(shí)性的輔助固土，即可達(dá)到利用植被進(jìn)行生態(tài)固灘的效果。

(3)對于汛期淹沒過水的心灘，在植被具備足夠的豐度之前，水流對適合水生植物扎根的遷入客土(軟泥)的沖刷作用不容忽視，將影響植物生長發(fā)育，必須采取臨時(shí)性的工程措施對遷入的客土進(jìn)行必要的保護(hù)。

(4)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的生態(tài)固灘方法取得了良好的生態(tài)固灘效果，可以推廣到類似工程中。