三峡水库土质消落带多年生草本植物消浪减蚀作用机理

The artificial riparian zone of Three-gorge Reservoir is facing severe erosion problems due to attack of high-frequency waves during water levels fluctuate from 145 m to 175 m above sea level. The development and succession of vegetation are the main countermeasures, especially to enhance bank stability and mitigate soil erosion. Thus, the role of tipical herbage in wave attenuation and erosion control was measured via the flume experiment and position oberservation. Meanwhile, soil physical properties, soil mechanics and soil anti-scourability of the soil samples are measured. The result of this research is expected to identify the relative contribution for erosion reducing among the above-ground and root system.Combined with the knowledge of vegetation dynamics, ecological site properties, and species resistance to erosion, the observations made in this research would be useful for species selection in the context of ongoing and future revegetation activities in the riparian zone of Three-Gorge Reservoir and similar riparian areas in the Yangtze River Basin.

三峡水库土质消落带占总面积的67%，土壤侵蚀不仅对消落带地貌形态变化及库岸稳定性具有重要影响，且导致土壤流失，影响消落带滞沙纳污功能的发挥。前期观测资料显示三峡土质消落带土壤侵蚀营力复杂、强度大，特别是波浪侵蚀过程剧烈。植被恢复是治理消落带的关键措施之一，根系固土护坡的研究较多，而消落带植物地上部分消浪固土作用鲜有研究。本研究基于波浪冲刷岸坡过程解析，通过室内波浪模拟水槽实验和野外定位观测，探讨消落带适宜种植的3种多年生草本植物的消浪作用机制，明确草本植物消浪作用的主要影响因子，评价草本植物根系对岸坡土体抗侵蚀性能的影响，重点揭示草本植物地上部分的消浪减蚀效果，阐明草本植物地上部分与地下部分对固土效应的贡献，为消落带植被恢复适宜植物筛选、配置及其减蚀效益评价提供科学依据。

三峡水库土质消落带占总面积的67%左右，土壤侵蚀不仅对消落带地貌形态变化及库岸稳定性具有重要影响，且导致土壤流失，影响消落带滞沙纳污功能的发挥。前期观测资料显示消落带土壤侵蚀营力复杂、强度大，特别是波浪侵蚀过程剧烈。植被恢复是治理消落带的关键措施之一，根系固土护坡的研究较多，而消落带植物地上部分消浪固土作用鲜有研究。本项目以三峡水库消落带典型多年生草本植物为研究对象，利用原型观测、径流冲刷实验、波浪模拟水槽实验和室内样品分析等方法，观测分析了植物护岸作用下的波浪特性、底部流速变化，研究了多年生草本植物地上部分的消浪、阻流效果，开展了典型草本植物根系特征、根系抗拉拔力学特性以及根-土复合体力学特性的测定，评价了根系对岸坡土体抗侵蚀性能的影响，初步揭示了不同草本植物地上部分和地下部分的固土贡献，模拟试验分析了不同植物-波浪组合条件下消落带土壤侵蚀响应，探索了草本植物消浪减蚀作用及其影响因素。研究结果表明：植物对土壤抗剪强度和土壤粘聚力等指标的增强效应与草本植物类型和根系分布密切相关，且四种草本根系对土壤粘聚力的增强作用都随着土层深度的增加而迅速减弱；多年生草本植物可改善消落带土壤抗侵蚀性能，草本根系对土壤抗冲性能的增强效应主要发生在0-10cm土层，是10-20cm土层的2.34-15.05倍和1.44-9.32倍，抗冲指数与根重密度、根长密度和根表面积密度呈极显著正相关；植物具有良好的消浪、阻流功能，消浪系数、流速衰减系数与植被盖度、植株形态、植株密度、植株出水高度、波浪周期和波高等参数有关，典型草本植物消浪系数在0.26-0.72之间；典型草本植物减蚀效应均在89%以上，狗牙根的综合减蚀效应最好；牛鞭草根系的固土贡献率高达91%以上，而地上部分仅为7.4%～8.6%，狗牙根根系固土贡献率显著低于牛鞭草，而其地上部分贡献率（23.8%-28.8%）要显著高于牛鞭草。项目研究成果可为消落带植被恢复适宜植物筛选、配置及其减蚀效益评价提供科学依据。