余瑩瑩汪永進(jìn)范敬蘭吳震宇

W-OH生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在沙土區(qū)河道坡面上的應(yīng)用

余瑩瑩1汪永進(jìn)2范敬蘭1吳震宇3

江蘇省徐州市沙土區(qū)面積為2871.13km2，占全市總面積的25.5%。主要包括黃泛沖積平原和沂沭河沖積平原。黃泛沖積平原是故黃河泛濫、泥沙沉積所形成，其面積分布較廣，包括豐縣、沛縣、睢寧、銅山區(qū)。沂沭河沖積平原是沂河、沭河沖積而成，主要分布在邳州和新沂。徐州市沙土區(qū)的特點(diǎn)是沙性大，覆蓋層厚，沙土結(jié)構(gòu)松散，粘聚力弱，抗沖能力差，土壤極易因水蝕和風(fēng)蝕造成水土大面積流失，水土流失嚴(yán)重。W-OH高分子化學(xué)固土材料與沙土有著很好的附著力，可形成多孔結(jié)構(gòu)的固結(jié)層，又具有較好的植生功能，特別適合在徐州市沙土區(qū)進(jìn)行水土保持治理中推廣。

一、W-OH工作原理及可持續(xù)生態(tài)河道理念

W-OH是一種生態(tài)環(huán)保型高分子親水性聚氨酯樹(shù)脂類(lèi)復(fù)合固化材料，由日本JCK株式會(huì)社研究開(kāi)發(fā)，呈淡黃色乃至褐色油狀體，遇水后極易溶解或乳化，可以任意比例與水反應(yīng)，并迅速形成保水性好、有彈性的含水凝膠體。該膠體遇水不再溶解，經(jīng)毒性試驗(yàn)和有害物質(zhì)檢驗(yàn)表明，W-OH無(wú)毒無(wú)害、安全性高，是一種成本低廉、施工方便、環(huán)境負(fù)荷小的新型荒漠化防治材料。

W-OH稀釋液在沙土區(qū)坡面防護(hù)方面的應(yīng)用，主要分為兩個(gè)階段:第一階段是W-OH化學(xué)固土，第二階段是生物固土。首先在河道裸露的灘面、坡面播灑草種子和肥料，噴上W-OH有機(jī)復(fù)合材料，由于噴灑后的溶液產(chǎn)生了具有良好彈性的多孔固化層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裸露地面和坡面的快速固土的作用。該固化層無(wú)毒、保水、多孔，還能夠促進(jìn)灘面和坡面上植物的發(fā)芽、生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)入生物可持續(xù)固土階段后，W-OH固化層可以保持30年不分解，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)固土和生物固土的共同作用，來(lái)確保河道坡面和河堤的水土保持。

可持續(xù)生態(tài)河道是基于河道坡面化學(xué)固土和生物固土技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，初期的化學(xué)固土為后期的生物固土提供了基礎(chǔ)，后期的生物固土是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)固土的必要條件，W-OH的推廣使用，為改善河道生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)河道提供了保障。

二、W-OH在河道邊坡控制水土流失實(shí)例

以豐縣趙莊鎮(zhèn)太行堤河處的水土保持示范基地為例，在示范基地進(jìn)行W-OH小區(qū)試驗(yàn)，用5%的W-OH溶液噴灑在土壤表面，與沙土形成具有良好彈性和一定孔隙率的5～8cm的固化層，達(dá)到保水固土的目的，取得了很好的效果。

1.W-OH施工

在試驗(yàn)小區(qū)里把事先準(zhǔn)備好的草種播撒下去，草種是采用黑麥草、早熟禾和高羊茅草籽，采用1∶1∶1的比例混合，均勻撒在河坡和大堤上，并施加一定量的復(fù)合肥，用刮平夯實(shí)器把邊坡和大堤進(jìn)行刮平和夯實(shí)。此階段稱(chēng)為生態(tài)種植階段。

再用5%的W-OH溶液按5cm的噴灑厚度對(duì)試驗(yàn)、示范區(qū)進(jìn)行噴灑，噴灑好盡量不要讓人和牲畜踩踏，以免破壞W-OH的固結(jié)層。由于河坡與大堤土壤容易失水，要定期噴水，保證草的出苗率。此階段稱(chēng)為化學(xué)固土階段。

由于固結(jié)層具有通氣透水、保水保溫等功能，植物的發(fā)芽率和發(fā)芽速度比不噴灑W-OH的地塊要快，在豐縣春季，經(jīng)一個(gè)月的生長(zhǎng)，草坪基本能覆蓋地皮，實(shí)現(xiàn)裸露土地從化學(xué)固土到生態(tài)自然修復(fù)和可持續(xù)固土的的轉(zhuǎn)換。此階段稱(chēng)為可持續(xù)生態(tài)固土階段。

2.W-OH水土流失防護(hù)效果

（1）試驗(yàn)小區(qū)的建設(shè)

按《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL277—2002）中5.2.3的規(guī)定要求，在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置徑流小區(qū)，每個(gè)徑流小區(qū)連著3個(gè)集水桶，為三級(jí)集水，二級(jí)分

流。該小區(qū)寬度為5m，直邊加斜邊長(zhǎng)度為20.1m，斜坡傾斜度為8°，計(jì)算出垂直投影面積為100m2，小區(qū)邊界由水泥板圍成，邊墻露出地面20cm，埋入地下30cm。上緣向小區(qū)外呈60°傾斜，徑流小區(qū)末端為水泥做成的集流槽，集流槽上緣與地面同高，槽底向下及中間傾斜，集流槽上面用鍍鋅鐵皮覆蓋，防止雨水落入，集流桶與集流槽用鍍鋅鐵皮做成的導(dǎo)流管連接。

集流桶采用鍍鋅鐵皮制成，按24h降雨200mm的坡面徑流標(biāo)準(zhǔn)制作三級(jí)集流桶的尺寸，集流桶的尺寸直徑50cm，高80cm，溢流口至桶底大致50cm。采用三級(jí)集流，兩級(jí)分水的方式，收集小區(qū)徑流。小區(qū)總的徑流量為一級(jí)集流桶的徑流量加上二級(jí)集流桶的徑流量的11倍，再加上三級(jí)集流桶徑流量的121倍，由以下公式：

式中：Q—小區(qū)徑流量；

Q1—一級(jí)集流桶水量；

Q2—二級(jí)集流桶水量；

Q3—三級(jí)集流桶水量。

（2）項(xiàng)目的觀測(cè)

采用自然降雨和人工降雨，利用徑流小區(qū)，測(cè)量次降雨產(chǎn)生的徑流，通過(guò)計(jì)算得到小區(qū)次降雨的徑流量、土壤侵蝕量，推算出土壤侵蝕模數(shù)。人工降雨設(shè)備選用中科院水利部水土保持研究所儀器設(shè)備廠生產(chǎn)的BX—1型便攜式野外降雨器。

三、試驗(yàn)成果分析

1.自然降雨

2012年豐縣降雨量為521.2mm，通過(guò)頻率分析，得到2012年為枯水年的代表年。分析的土壤侵蝕模數(shù)也代表枯水年。通過(guò)表1可以看出，在自然降雨情況下，W-OH處理的土壤侵蝕模數(shù)為84.0 t/km2·a，與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)的641.9 t/km2·a相比，土壤侵蝕量降低86.9%，水土保持效果十分明顯。

2.人工降雨

通過(guò)BX—1型便攜式野外降雨器在試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行了噴嘴孔徑為7mm、10mm、12mm三種雨強(qiáng)的人工降雨試驗(yàn)，試驗(yàn)采用3次重復(fù)，次降雨持續(xù)的時(shí)間10～30min，人工降雨試驗(yàn)按率定的標(biāo)準(zhǔn)（率定雨強(qiáng)見(jiàn)表2）和外部自然條件進(jìn)行，如壓力表的壓力是否達(dá)到設(shè)定壓力，7mm噴嘴工作壓力0.15MPa，10mm、12mm噴嘴工作壓力0.2MPa，風(fēng)速是否超過(guò)2m/s，連接桿是否與水平面垂直。

從表3可以看出，W-OH與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)相比，各種雨強(qiáng)下的W-OH的侵蝕強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)相比，都有大幅降低，說(shuō)明在大強(qiáng)度降雨沖刷下，W-OH的水土保持效果也非常好。

表1 2012年自然降雨小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)成果表

表2 BX-1型便攜式人工降雨器率定成果表

表3 2012年人工降雨小區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度成果表

四、W-OH擴(kuò)展應(yīng)用范圍

W-OH與沙土顆?？尚纬烧辰Y(jié)性能良好的彈性固化體，具有高度的耐久性、抗壓（拉）性能、抗紫外線及保水性能，抗壓強(qiáng)度1kg/cm2以上，抗拉強(qiáng)度0.6kg/cm2以上，添加0.7%保水劑W-BW的固化體保水性提高50%左右。因此，W-OH特別適合在裸露的地表上防治水土流失。

1.水土保持及生態(tài)修復(fù)

在播撒植物種子和肥料的沙土上噴灑濃度2%～5%的W-OH后，迅速形成具有植物生長(zhǎng)的固結(jié)層。該固結(jié)層具有良好的抗風(fēng)性、抗紫外線性、保水、保溫和保肥性，能促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

2.新型渠道高效防滲抗凍技術(shù)

在硬質(zhì)渠道表面噴灑濃度為8%～10%的W-OH溶液，可在渠道表面建立柔性防滲層。該防滲層具有不吸水、超柔型、變形協(xié)調(diào)、耐久性好，與原渠道一體化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根本上解決了防滲渠道修復(fù)維護(hù)上的技術(shù)難題。

3.超柔型防水抗凍渠道建造技術(shù)

在新開(kāi)挖的渠道表面噴灑10%以上的W-OH砂漿，可快速構(gòu)建一體化的超柔型、防滲抗凍結(jié)構(gòu)層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)渠道防滲層的材料結(jié)構(gòu)。

五、結(jié)論

W-OH與沙土有很好的固化作用，在豐縣枯水年土壤侵蝕模數(shù)僅為84.0 t/km2·a，在大雨強(qiáng)的人工降雨試驗(yàn)中，能夠抵擋住雨滴的沖擊，侵蝕強(qiáng)度僅為裸土的20%，能快速降低土壤的侵蝕強(qiáng)度，因此，W-OH是目前沙土區(qū)生態(tài)治理修復(fù)最有效技術(shù)之一。W-OH是由日本引進(jìn)生產(chǎn)的水保產(chǎn)品，經(jīng)測(cè)算，用于水土保持的價(jià)格在15～20元/m2，2013年9月份W-OH的生產(chǎn)線在中國(guó)投產(chǎn)，估計(jì)價(jià)格是進(jìn)口的1/2或者更低，W-OH國(guó)產(chǎn)化后在水土保持治理中可大面積推廣，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益■

（作者單位：1徐州市水利科學(xué)研究所 221018 2.徐州市云龍湖水庫(kù)管理處 221000 3.徐州市賈汪區(qū)水利局221011）