生态工程治理冲刷沟措施与优势

李全玉

(黑龙江省宝泉岭垦区水利勘测设计有限责任公司，黑龙江 萝北154211)

1 生态工程治理冲刷沟发展前景

生态工程治理冲刷沟源自欧美国家，近年来正逐步推展至世界各国。生态工程治理技术为当今世界各国工程设计上重要理念与措施，基于对环境中各种自然生态及生物栖地的尊重，所做最适当处理以达到环境和谐性，以取用当地可用资源，并不破坏当地自然生态及景观下所做之稳定整治工程，一方面考虑结构体安全性，另一方面考虑对自然生态维护，因此生态工程治理冲刷沟基本上可说是遵循自然法则，使自然与人类共存共荣。

生态工程治理冲刷沟能够在完成传统工程治理任务的基础上，可以达到接近自然，廉价并保持景观美的一种治理方案［1］。认为近自然治理措施是减轻人为活动对自然的压力，维持当地环境多样性，物种多样性及生态系统平衡，并渐恢复自然状况的可行性工程措施。

2 生态工程治理冲刷沟的基本原理

根据不同类型的冲刷沟的立地条件，在各类沟道上建造一系列不同的结构形式，采用生物材料建立与传统治理功能相似的栏坝和谷坊，借用生物植被根系对土壤缠绕及固定的特点，淤积沟道、抬高受侵蚀在基准面、分段降低比降，从而防止沟道下切、扩张。促进冲刷沟两岸及上游汇水区坡面稳定，增大地表糙率，减缓汇流速度与汇流量，减弱对表层土壤冲刷，控制和降低当地水土流失和泥石流爆发频率与成灾范围和破坏里，达到减灾固土涵养环境的功效。

2.1 生态工程治理选用具生命力材料

生态技术选择具生命力较强的材料，包括草本、木本植物的种子，披覆表土的草皮、小苗木及灌木或树之根，及有繁殖力部分植物之切枝、茎、根，附加劲格网之草皮、草本植物，扎束之活枝席、柴捆、枝毯、芦苇席等，利用植群混种复层植披，使草类短时间内能披覆表土，经3 ～4 a后草本表层衰退后，木本适时长大递补，发挥最大效果［2］。

2.2 植株物种选择准则

主要有以下5 点:

1)植株物种依选定复育生态物种特性、来源，并具备对于河床稳定及护岸具保护功效，经济且易于维护。

2)生态技术采用植株需具备特质，以能承受强大外力之茎、根，可承受一定期间的洪水淹没能力，承受淤泥或碎石覆盖能力，承受本地环境气候，根系伸展能穿透固结土层，防止冲蚀扩大能力，具备先驱物种特性，改善并增加土壤微生物生存环境。

3)主要以附近区域物种优先，并注意植株生长环境之海拔高度。

4)最好以当地原生种采得之种子繁殖，取代苗圃供应，并尽可能混杂多类种子以符合自然现象，提供较为稳定植被效果。

5)依据经验扦插株径以20 ～80 mm效果最佳，切枝期以冬眠期10月—昱年5月为佳。

2.3 技术选择及运用限制

采用生态技术治理施工之前，需将过度突出或低坎处予以修整平顺，可将暂迁现址原生植物于附近进行复育，施工时严格按设计要求施工。具体见表1、表2。

表1 技术选择

表2 运用限制

3 生态工程技术冲刷沟治理方法

3.1 冲刷沟治理现状

传统冲刷沟治理多采用谷坊，谷坊主要针对大中型冲刷沟，原理是用谷坊抬高冲刷沟沟底侵蚀点，防止沟底继续下切，拦截泥沙，消力作用明显，使冲刷沟逐步淤平到正常状态，同时稳定沟坡制止沟岸扩张。常用谷坊有，石谷坊、柳桩谷坊和土谷坊。优点立竿见影，缺点工程量大造价高昂，无法大面积推广。

生态技术在国外以推广十几年，近年来我国在城市河道规划中大面积采用，从实用上来说技术可行、安全适用、经济合理、确保质量，满足防洪、排涝、兼顾生态及景观方面的要求。

生态治理冲刷沟其形式是按自然驳岸形式和人工护岸功能体系、实现生态功能的无缝融合、“天人合一”的统一形式。生态治理的生态功能表现在具有实现水土保持、物质交换、环境空间等三方面的具体实施措施。基于对冲刷沟流向特点、边坡土质力学特征，对稳定沟道、涵养水源、改善当地水质、固土保肥具有显著经济效益。

3.2 生态冲刷沟治理措施

冲刷沟多邻近农田村落，除考虑恢复原有溪沟生态环境外，并兼顾两岸整体农业生产环境，期以营造富丽农村远景，恢复当地林草植被，改善农业生产条件。针对不同自然条件和各种外力作用的性质，采取因地制宜的生物治理措施，另规划亲山亲水之休闲环境，以带动平等地区之地方繁荣。

设计初期实地收集冲刷沟汇水面积、坡面长、落差、急流时间、洪峰流量、地质及当地生产气候等资料。选择适宜的生物治理措施控制冲刷沟流速以期达到理想流速的控制目的，合理计算冲刷沟治理断面兼顾生态功能及成本控制。

1)幼年期冲刷治理。幼年期冲刷沟是冲刷沟发育的最初状态，地表土壤层未遭到破坏，表层还有很厚的土层，植被保存尚好。对农业生产地区可以采用本地适用的方法，如改变当地农业生产习惯，主要方法有增施有机肥、深耕改土、纳雨蓄墒、改笼与水流方向垂直等。生物治理以增加地表植被覆盖为主，其作用是保护土壤，减缓地面径流，增强土壤抗冲刷能力。生物治理可采用铺设草皮、播撒枯草种子、碎草覆盖种子(播撒种子后将种植区先将切碎干草、稻壳及必要时添加黏着剂喷洒于地面上，以提高草子成活率)、整枝草茎覆盖、播灌木种子等。

2)中年期冲刷治理。中年期冲刷沟两侧经骤雨冲刷，大量泥沙和砾石被汇水冲走，日积月累，是冲刷沟剧烈发展，不断加深、加宽、加长，沟道两侧坡道不断变陡。

中年期冲刷沟治理是目前主要方向。我国多采用削坡、修建谷坊、减少落差等水利工程为主，蓄排工程相接合，以排为主的原则。水利工程一般工程量大，破坏原生土质，如治理措施不合宜，谷坊与原土体衔接不当，导致冲刷沟越发扩大［3］。而生物治理则可以利用植被根系对土壤进行缠绕和固结的作用，植物根系能显著提高土壤抗冲性能，改善土壤渗透性，增大土体剪力强度。生物治理可采用活枝垫、活切枝、木柵、编篱笆及柳枝、栽植灌木层篱笆、灌木及捆束枝条控制沟蚀、萌芽枝条基座或水中潜堰等。

a)活枝垫:材料柳树直枝较佳，每一进行米铺20～50 枝，如果坡面长，枝条长≥1.5 m，枝条搭接长要＞300 mm，如果缺少萌芽之枝条，亦可混以，旨在于均匀的材料确保萌芽一致性。

执行枝条铺在地面上覆盖率约80%，根部要埋入土中以促使根系形成，根部要靠近水侧，除此另以石头、棍棒、枝条篱笆固定，施做时要自坡面上到下施设，搭接至少30 cm，0.8 ～1 m距交错锚定，铁线、茎干、束薪或枝条篱笆，隔距0.75 m交错锚定。

施工时机，可在柳树冬眠期进行，(宜春秋两季交替时节)。治理后效果可保护坡面冲刷，短期间增加强根系发展。优点成熟后可抵抗牵引力达200 N/m2，于15个月 后 达300 N/m2，于3 a 后400 N/m2。缺点需要大量植物材料，属劳力密集类技术。建成后可持久保护河道，抵抗坡面洪水。

b)活切枝:材料一到数年合适之树种，切下直径10 ～15 mm没有分歧之枝，长度最少400 mm。施工方法有芽之枝端下方切成斜面，直接以手刺入土中，必要时亦可以木槌或电锤以保护套筒击入土中，突出地面部分最多不超过切枝之1/4，以防枯死，尽可能排成列规格间距植入，如果随机方式亦以2～5 枝/m。

种植时机，适用冬眠期，如果生长于流水区，则可延后至早生长期。治理成效发根后才既有效果。优点快速、成本低，适宜各种类型生态措施。

c)木柵:材料有具生殖力枝条、茎根、木桩、金属线。施工方法将强健干径一致顶端切齐，基部端削尖锤入地面1/3，以防锈铁线或柳条牢固捆扎，横跨蚀沟并锚定于坡面上。

种植时机，冬眠期。治理效果根系即使尚未发展完成，亦立即发挥拦阻淤积及抬升河床。优点开根容易，对于崩落区域或陡沟河床抬升、淤积沉淀皆具快速立即有效。缺点最大宽度5 m，高度2 ～4 m，限于植株枝干强壮而直，且生长环境良好条件下。成本如能就近取得材料，相对价格较便宜。治理区域要求气候良好、陡坡、陡沟、特别适于相当松动细质黄土、壤土及砂质区域。

3)老年期冲刷沟治理。老年期冲刷沟治理难度最大，成本最高，危害周边农业生产环境、交通最重的冲刷沟类型。目前治理方法也是以生态治理为主，增加地表植被覆盖率，改良土壤，防治土壤侧向侵蚀。必须按照从上游到下游，从沟头到沟口、从沟坡到沟底建成完整的防护体系。采取营造工程防护林，沟头防蚀林、沟坡护坡林、沟底防冲林、垂直陡坡绿化以及修建大型活木格栅墙等措施进行综合治理。

活木格栅墙:以木棒成单双层交错盒状层砌墙组成，安置后填砌自上游铺设石料的构造。材料直径约15 ～20 cm柳木圆木桩或柳木方木棒，预制混凝土块，钉，螺栓，钢线，碎石，活柳枝施工方法与水流方向垂直横列布设，圆棒在其垂直方向间隔布设第二层，如此重复直到预定高度，固定之木桩应稍内倾流水方向稳固竖立，施筑过程中配合以石块固定，同时将具生殖性枝条放入木桩并向下埋入后回填，枝条必须长达足够回填后发根，顶部突出土表至少25 cm。

种植时机冬眠期，如木框于生长期设置，虽很难将枝条置入，但仍须于下一年冬眠期进行治理效果将作用于河床及护岸上之剪力去除，并能承受大量河床载，处理过之木材制成之框架寿命可长达50 ～60 a，数年后木框相对变小，植物将形成动植物良好栖地。优点可使用当地材料，快速建构成本较刚性结构便宜。

4 结 语

我国由于开发过度人口密集，冲刷沟附近多为农业用地，现有耕地来之不易，生态整治又多限于城镇周边及旅游景观区域，何时生态技术能运用到我国小型溪流及河流上游，急待我们水务工作者在今后的规划设计中多做尝试。历经国内外众多长期实际成功应用案例，及民众对于水利工程强烈生态维护要求声浪，无疑对于未来水利工程将会是一项严峻的考验，其领域有别于其他的工程，主因来自于设计本质以生物自律行为为基础，以生物系为范畴，以永续生态系为目标。也正因为必须在传统工程学的理论与实务上建构融入这些全新的因子，更应该采用生态工程取代传统工程，配合生态原则的需求，身为工程师我们或许无法改变栖地大环境，但对于生态工程的应用确实责无旁贷。

［1］杨辉，陈建军. 吉林长白山区侵蚀沟生物治理的研究［J］. 吉林林业科技，2010(07):23－27.

［2］刘文耀，刘伦辉. 干热退化山地不同类型侵蚀沟生物生态工程治理实验研究［J］. 云南地理环境研究，1999(03):37－42.

［3］付景春，徐广军. 浅谈侵蚀沟的治理［J］. 黑龙江水利科技，2002，30(01):119－120.