W-OH生态护坡技术在沙土区河道坡面上的应用

余莹莹汪永进范敬兰吴震宇

W-OH生态护坡技术在沙土区河道坡面上的应用

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江苏省徐州市沙土区面积为2871.13km2，占全市总面积的25.5%。主要包括黄泛冲积平原和沂沭河冲积平原。黄泛冲积平原是故黄河泛滥、泥沙沉积所形成，其面积分布较广，包括丰县、沛县、睢宁、铜山区。沂沭河冲积平原是沂河、沭河冲积而成，主要分布在邳州和新沂。徐州市沙土区的特点是沙性大，覆盖层厚，沙土结构松散，粘聚力弱，抗冲能力差，土壤极易因水蚀和风蚀造成水土大面积流失，水土流失严重。W-OH高分子化学固土材料与沙土有着很好的附着力，可形成多孔结构的固结层，又具有较好的植生功能，特别适合在徐州市沙土区进行水土保持治理中推广。

一、W-OH工作原理及可持续生态河道理念

W-OH是一种生态环保型高分子亲水性聚氨酯树脂类复合固化材料，由日本JCK株式会社研究开发，呈淡黄色乃至褐色油状体，遇水后极易溶解或乳化，可以任意比例与水反应，并迅速形成保水性好、有弹性的含水凝胶体。该胶体遇水不再溶解，经毒性试验和有害物质检验表明，W-OH无毒无害、安全性高，是一种成本低廉、施工方便、环境负荷小的新型荒漠化防治材料。

W-OH稀释液在沙土区坡面防护方面的应用，主要分为两个阶段:第一阶段是W-OH化学固土，第二阶段是生物固土。首先在河道裸露的滩面、坡面播洒草种子和肥料，喷上W-OH有机复合材料，由于喷洒后的溶液产生了具有良好弹性的多孔固化层，实现了对裸露地面和坡面的快速固土的作用。该固化层无毒、保水、多孔，还能够促进滩面和坡面上植物的发芽、生长。转入生物可持续固土阶段后，W-OH固化层可以保持30年不分解，从而实现化学固土和生物固土的共同作用，来确保河道坡面和河堤的水土保持。

可持续生态河道是基于河道坡面化学固土和生物固土技术的有机结合，初期的化学固土为后期的生物固土提供了基础，后期的生物固土是实现可持续固土的必要条件，W-OH的推广使用，为改善河道生态环境，实现可持续生态河道提供了保障。

二、W-OH在河道边坡控制水土流失实例

以丰县赵庄镇太行堤河处的水土保持示范基地为例，在示范基地进行W-OH小区试验，用5%的W-OH溶液喷洒在土壤表面，与沙土形成具有良好弹性和一定孔隙率的5～8cm的固化层，达到保水固土的目的，取得了很好的效果。

1.W-OH施工

在试验小区里把事先准备好的草种播撒下去，草种是采用黑麦草、早熟禾和高羊茅草籽，采用1∶1∶1的比例混合，均匀撒在河坡和大堤上，并施加一定量的复合肥，用刮平夯实器把边坡和大堤进行刮平和夯实。此阶段称为生态种植阶段。

再用5%的W-OH溶液按5cm的喷洒厚度对试验、示范区进行喷洒，喷洒好尽量不要让人和牲畜踩踏，以免破坏W-OH的固结层。由于河坡与大堤土壤容易失水，要定期喷水，保证草的出苗率。此阶段称为化学固土阶段。

由于固结层具有通气透水、保水保温等功能，植物的发芽率和发芽速度比不喷洒W-OH的地块要快，在丰县春季，经一个月的生长，草坪基本能覆盖地皮，实现裸露土地从化学固土到生态自然修复和可持续固土的的转换。此阶段称为可持续生态固土阶段。

2.W-OH水土流失防护效果

（1）试验小区的建设

按《水土保持监测技术规程》（SL277—2002）中5.2.3的规定要求，在试验场内设置径流小区，每个径流小区连着3个集水桶，为三级集水，二级分

流。该小区宽度为5m，直边加斜边长度为20.1m，斜坡倾斜度为8°，计算出垂直投影面积为100m2，小区边界由水泥板围成，边墙露出地面20cm，埋入地下30cm。上缘向小区外呈60°倾斜，径流小区末端为水泥做成的集流槽，集流槽上缘与地面同高，槽底向下及中间倾斜，集流槽上面用镀锌铁皮覆盖，防止雨水落入，集流桶与集流槽用镀锌铁皮做成的导流管连接。

集流桶采用镀锌铁皮制成，按24h降雨200mm的坡面径流标准制作三级集流桶的尺寸，集流桶的尺寸直径50cm，高80cm，溢流口至桶底大致50cm。采用三级集流，两级分水的方式，收集小区径流。小区总的径流量为一级集流桶的径流量加上二级集流桶的径流量的11倍，再加上三级集流桶径流量的121倍，由以下公式：

式中：Q—小区径流量；

Q1—一级集流桶水量；

Q2—二级集流桶水量；

Q3—三级集流桶水量。

（2）项目的观测

采用自然降雨和人工降雨，利用径流小区，测量次降雨产生的径流，通过计算得到小区次降雨的径流量、土壤侵蚀量，推算出土壤侵蚀模数。人工降雨设备选用中科院水利部水土保持研究所仪器设备厂生产的BX—1型便携式野外降雨器。

三、试验成果分析

1.自然降雨

2012年丰县降雨量为521.2mm，通过频率分析，得到2012年为枯水年的代表年。分析的土壤侵蚀模数也代表枯水年。通过表1可以看出，在自然降雨情况下，W-OH处理的土壤侵蚀模数为84.0 t/km2·a，与标准小区的641.9 t/km2·a相比，土壤侵蚀量降低86.9%，水土保持效果十分明显。

2.人工降雨

通过BX—1型便携式野外降雨器在试验小区进行了喷嘴孔径为7mm、10mm、12mm三种雨强的人工降雨试验，试验采用3次重复，次降雨持续的时间10～30min，人工降雨试验按率定的标准（率定雨强见表2）和外部自然条件进行，如压力表的压力是否达到设定压力，7mm喷嘴工作压力0.15MPa，10mm、12mm喷嘴工作压力0.2MPa，风速是否超过2m/s，连接杆是否与水平面垂直。

从表3可以看出，W-OH与标准小区相比，各种雨强下的W-OH的侵蚀强度与标准小区相比，都有大幅降低，说明在大强度降雨冲刷下，W-OH的水土保持效果也非常好。

表1 2012年自然降雨小区土壤侵蚀模数成果表

表2 BX-1型便携式人工降雨器率定成果表

表3 2012年人工降雨小区土壤侵蚀强度成果表

四、W-OH扩展应用范围

W-OH与沙土颗粒可形成粘结性能良好的弹性固化体，具有高度的耐久性、抗压（拉）性能、抗紫外线及保水性能，抗压强度1kg/cm2以上，抗拉强度0.6kg/cm2以上，添加0.7%保水剂W-BW的固化体保水性提高50%左右。因此，W-OH特别适合在裸露的地表上防治水土流失。

1.水土保持及生态修复

在播撒植物种子和肥料的沙土上喷洒浓度2%～5%的W-OH后，迅速形成具有植物生长的固结层。该固结层具有良好的抗风性、抗紫外线性、保水、保温和保肥性，能促进植物生长。

2.新型渠道高效防渗抗冻技术

在硬质渠道表面喷洒浓度为8%～10%的W-OH溶液，可在渠道表面建立柔性防渗层。该防渗层具有不吸水、超柔型、变形协调、耐久性好，与原渠道一体化的结构特点，根本上解决了防渗渠道修复维护上的技术难题。

3.超柔型防水抗冻渠道建造技术

在新开挖的渠道表面喷洒10%以上的W-OH砂浆，可快速构建一体化的超柔型、防渗抗冻结构层，代替传统渠道防渗层的材料结构。

五、结论

W-OH与沙土有很好的固化作用，在丰县枯水年土壤侵蚀模数仅为84.0 t/km2·a，在大雨强的人工降雨试验中，能够抵挡住雨滴的冲击，侵蚀强度仅为裸土的20%，能快速降低土壤的侵蚀强度，因此，W-OH是目前沙土区生态治理修复最有效技术之一。W-OH是由日本引进生产的水保产品，经测算，用于水土保持的价格在15～20元/m2，2013年9月份W-OH的生产线在中国投产，估计价格是进口的1/2或者更低，W-OH国产化后在水土保持治理中可大面积推广，具有巨大的经济、社会和生态效益■

（作者单位：1徐州市水利科学研究所 221018 2.徐州市云龙湖水库管理处 221000 3.徐州市贾汪区水利局221011）