香根草系統(tǒng)在中小河流治理中的應(yīng)用

王倩

（寧鄉(xiāng)縣水利水電勘察設(shè)計(jì)院 長(zhǎng)沙市 410600）

2009年是我國(guó)氣候異常的一年。一些地區(qū)降雨之多、臺(tái)風(fēng)之強(qiáng)、旱情之重歷史罕見(jiàn)。入汛以來(lái)，受多次大范圍、高強(qiáng)度降雨過(guò)程影響，全國(guó)有210多條河流相繼發(fā)生超警戒水位以上洪水。中國(guó)南方普降暴雨，中南各省先后遭受洪澇侵襲。截至7月7日，全國(guó)累計(jì)有28個(gè)省（區(qū)、市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)發(fā)生不同程度的洪澇災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失約267.6億元，3555000hm2的農(nóng)作物受災(zāi)，17.5萬(wàn)間房屋倒塌。受災(zāi)人口已達(dá)4880萬(wàn)人。實(shí)際上，目前中小河流遭遇的水情基本上是5～20年一遇的規(guī)模，強(qiáng)度并不算大。之所以造成明顯損失，主要是因?yàn)橹行『恿髦卫淼臏?。水利部部長(zhǎng)陳雷認(rèn)為，中小河流治理嚴(yán)重滯后是防汛抗洪工作的薄弱環(huán)節(jié)，全國(guó)有2/3的中小河流達(dá)不到規(guī)定防洪標(biāo)準(zhǔn)，一般年份，中小河流洪澇災(zāi)害損失占全國(guó)的70%～80%，死亡人數(shù)占2/3。

針對(duì)這一狀況，2008年中央1號(hào)文件曾明確指出，“各地要加快編制重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理規(guī)劃，增加建設(shè)投入，中央對(duì)中西部地區(qū)給予適當(dāng)補(bǔ)助，引導(dǎo)地方搞好河道疏?！?。目前在堤防工程中剛性護(hù)坡鋪面主要有現(xiàn)澆混凝土、瀝青混凝土、漿（干）砌塊石、亂石堆、泥灰土等做成的防侵蝕護(hù)面。它們都存在一些致命的缺陷：總體成本高；不易種草、綠化；耐久性差，對(duì)渠道小規(guī)模變形的適應(yīng)性差，遇到不好的土質(zhì)、沉陷、膨脹土、堤防塌陷、結(jié)冰隆起或水的揚(yáng)壓力時(shí)容易發(fā)生局部破壞或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性；剛性襯砌面一旦發(fā)生局部破壞，久而久之就容易發(fā)生大面積的破壞，從而導(dǎo)致下面的土壤侵蝕；剛性襯砌的修補(bǔ)比較貴并且施工不方便。

香根草（Vetiveriazizanioides）屬于禾本科香根草屬。系多年生草本植物。由于它根系發(fā)達(dá)，且向地下縱深發(fā)展，以及它所具有的其他諸多特性，自20世紀(jì)80年代以來(lái)就受到世界各國(guó)的青睞，成為眾所周知的水土保持和斜坡固定植物。香根草技術(shù)（vetivertechnology，簡(jiǎn)稱VGT）系指應(yīng)用香根草進(jìn)行侵蝕防治和斜坡穩(wěn)固技術(shù)。于2000年在泰國(guó)召開(kāi)的第二屆國(guó)際香根草會(huì)議上，又將香根草技術(shù)改名為香根草系統(tǒng)（vetiversystem），特指實(shí)用的、價(jià)格低廉的、維護(hù)簡(jiǎn)單的水土保持、土地穩(wěn)固和修復(fù)的生物工程技術(shù)。在世界銀行和國(guó)際香根草網(wǎng)絡(luò)的推崇下，香根草系統(tǒng)在我國(guó)邊坡防護(hù)上迅速推廣開(kāi)來(lái)，取得了很好的護(hù)坡與植被恢復(fù)的效果?，F(xiàn)以長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)靳江河治理（含浦段）工程為例，將香根草系統(tǒng)應(yīng)用于中小河流治理中堤防護(hù)坡取得效果及存在的問(wèn)題總結(jié)如下，以期能為以后在中小河流治理過(guò)程中采用香根草系統(tǒng)護(hù)坡提供可借鑒的資料。

1 工程概況

靳江河發(fā)源于湘鄉(xiāng)市金石鎮(zhèn)萬(wàn)群村鐵家灣，干流河長(zhǎng)85km，平均坡降0.55‰；全流域面積781km2，流域人口37.8萬(wàn)人。長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)靳江河段治理（含浦段）工程位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)含浦鎮(zhèn)。整治項(xiàng)目主要包括堤防加固工程、河岸整治工程、涵閘改造工程等，治理河道河段總長(zhǎng)6.4km。靳江河岸為天然岸坡，存在沖刷形成的塌岸問(wèn)題。再者由于河流汛期流速大，水流側(cè)蝕、底蝕作用較強(qiáng)，導(dǎo)致岸坡極易產(chǎn)生崩塌后退。為防止河水淘蝕堤岸，保障大堤安全，根據(jù)工程實(shí)際情況，決定對(duì)河道左岸九江垸K2+ 800～K3+200、花塘垸K1+200～K1+500和河道右岸幸福垸K0+200～K0+500進(jìn)行岸坡整治。該段河堤堤頂高程一般（39.3～41.4）m，堤頂寬一般（2.0～5.0）m，外坡比一般1∶0.5～1∶1，內(nèi)坡比一般1∶0.3～1∶1，堤身高一般（2.5～7.3）m。堤身是經(jīng)不同時(shí)期多次加高培厚填筑而成，堤身土大多為就近取土，以少量粘土、粉質(zhì)粘土、壤土、夾大量砂壤土、砂、卵石、碎塊石等，大多結(jié)構(gòu)松散，局部結(jié)構(gòu)較密實(shí)。其內(nèi)、外側(cè)為弱透水的粘土、粉質(zhì)粘土、壤土。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速增長(zhǎng)和人們生活水平的提高，社會(huì)各界對(duì)生態(tài)與環(huán)境保護(hù)的意識(shí)日趨增強(qiáng)，人們對(duì)生存環(huán)境提出了更高的要求。工程建設(shè)已不再局限于對(duì)主體工程功能與安全的考慮，工程環(huán)境質(zhì)量也逐步被人們所重視，故本次護(hù)坡形式采用能將工程措施與生態(tài)措施結(jié)合在一起的香根草系統(tǒng)護(hù)坡。

2 香根草系統(tǒng)特性及應(yīng)用原理

（1）香根草根系固土力學(xué)特性。

使用刻度彈簧拉力計(jì)測(cè)定試樣根系拉斷時(shí)的最大抗力，用游標(biāo)尺測(cè)定根系被拉斷時(shí)根系斷面直徑，測(cè)定香根草的抗拉強(qiáng)度，P=4F/πD2（F-最大抗拉力，D-拉斷處根系直徑），每試樣重復(fù)10～28次。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)附表。

另有報(bào)道，香根草根系抗拉強(qiáng)度（40～120）MPa（平均75MPa），約相當(dāng)于一般鋼材極限抗拉強(qiáng)度的1/6。明顯高于許多喬、灌硬樹(shù)木根系的力學(xué)抗張強(qiáng)度 （＞榿樹(shù)4～74 MPa、＞黃杉 19～61MPa、＞楊樹(shù) 5～38MPa、＞柳樹(shù) 9～36 MPa、＞大麥 15～31MPa、＞銀槭 15～30MPa、＞西鐵杉 27 MPa、＞非禾本科草類2～20MPa、＞越桔16MPa）。因而，香根草根系的穿扎力特強(qiáng)，其“天賦”的強(qiáng)度和活力，使之能穿透硬磐（在堅(jiān)硬的紅粘土網(wǎng)紋層可見(jiàn)多根系組成成束向下穿扎）和在礫石之間、巖層之間薄弱處穿透，甚至可在瀝青混凝土層中滲穿。同時(shí)，香根草根系數(shù)量多成網(wǎng)狀而深扎，與土壤接觸面積大，其固土能力強(qiáng)。通過(guò)抗張力、摩擦力和粘附作用等對(duì)土壤發(fā)揮像鋼筋似的增強(qiáng)作用。

附表 香根草根系抗拉強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

（2）香根草系統(tǒng)應(yīng)用原理。

香根草系統(tǒng)的應(yīng)用原理是在地表以下，香根草發(fā)達(dá)的根系，可在較短時(shí)間內(nèi)使地下（2～3）m的土層內(nèi)形成一排排抗滑的 “生物樁”，大大地加強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度,滿足固土保水、防止淺層滑坡的要求。在香根草籬之間可配置灌、草或藤本類植物，其根系可在地下（30～50）cm范圍內(nèi)與香根草的根系交錯(cuò)連接，形成高密度的地下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加固土體。在地表以上，香根草濃密、堅(jiān)硬的莖、葉及其配置的灌、草或藤本類植物，它們的蒸騰作用可減少土壤中的水分，緩沖雨水的沖擊，緩減地表徑流的沖刷力，防止表土的流失。從而達(dá)到水土保持、抗滑護(hù)坡的目的。

香根草發(fā)達(dá)的根系和堅(jiān)硬的莖、葉，可使香根草站穩(wěn)在（0.6～0.8）m深、3.5m/s流速的洪水中，消殺水流的沖刷力，使堤、岸坡免受洪水及風(fēng)浪的淘刷，保護(hù)其安全。

3 香根草系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)原則

（1）香根草在順坡斜面的等高行距（50～150）cm，叢距為（15～25）cm，株數(shù)為4～6株/叢，采用單排種植；

（2）在坡比較大（1∶1以下）時(shí)可考慮雙排高密度種植；

（3）在水流速度較大或河床固灘護(hù)堤中，可在香根草籬的行與行之間相距3m再用香根草籬斜線相聯(lián)，形成“菱型”網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；

（4）香根草草籬中間的裸露部位則配置巴哈省稗、海濱雀稗、百幕大草或當(dāng)?shù)匚锓N等多種葡匐性和攀爬性較強(qiáng)的植物，以待專業(yè)養(yǎng)護(hù)結(jié)束后讓其盡快覆蓋表土。

4 工程實(shí)施后防護(hù)效益與存在的問(wèn)題

4.1 防護(hù)效益

長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)靳江河段治理（含浦段）工程實(shí)施半年后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，香根草每叢分藜數(shù)由2～3株已發(fā)展成30多株，最少的已達(dá)到6～9株，根深達(dá)到80cm以上，最短也有52cm，已形成致密的綠籬帶，已發(fā)揮固岸護(hù)坡效果，減少了土壤剝蝕。同時(shí)，香根草發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀根系固持了堤岸，使其不受大風(fēng)大浪的侵襲而崩塌，并節(jié)省了大量的維護(hù)經(jīng)費(fèi)。香根草系統(tǒng)作為一種新型的生物護(hù)坡措施表現(xiàn)出更佳的護(hù)坡效果、生態(tài)效益。

據(jù)湖南省寧鄉(xiāng)縣已實(shí)施工程數(shù)據(jù)調(diào)查研究表明，在3個(gè)不同地點(diǎn)對(duì)相同面積的河堤采用不同的防護(hù)措施，即香根草系統(tǒng)護(hù)坡、干砌條石護(hù)坡和漿砌片石護(hù)坡（其中干砌條石護(hù)坡和漿砌片石護(hù)坡厚度以30cm計(jì)算）。采用香根草系統(tǒng)護(hù)坡比其他護(hù)坡節(jié)省22元/m2以上。

4.2 存在的問(wèn)題

（1）如施工的時(shí)間安排在冬季，則施工的成本上升，比春、夏季施工的成本高出近3倍，而效果也將延遲近半年時(shí)間才能體現(xiàn)。

（2）施工地域不同，設(shè)計(jì)者在選擇當(dāng)?shù)匚锓N配置方面有一定困難，使得設(shè)計(jì)的物種不是十分完美，從而影響美觀。

（3）香根草雖然能夠抗滑、護(hù)坡、保護(hù)堤壩，但由于其生長(zhǎng)發(fā)育太高、太密，勢(shì)必影響一些河道的泄洪功能。

總之，香根草系統(tǒng)應(yīng)用于中小河流治理中河堤護(hù)坡具有高效、持久、廉價(jià)、多功能的特點(diǎn)，其生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都相當(dāng)明顯，在湖南省乃至全國(guó)都有廣闊的應(yīng)用前景。

1 GB50286-98.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

2 夏漢平.香根草系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)[M].廣州：廣東科技出版社，2008.

3 徐禮煜，等.香根草系統(tǒng)及其在中國(guó)的研究與應(yīng)用[M].深圳：亞太國(guó)際出版有限公司，2003.

4 熬惠修，等.香根草生物工程在公路護(hù)坡的試驗(yàn)初報(bào)[J].廣州環(huán)境科學(xué)，1997.12（2）：19-22.