1 成果簡(jiǎn)介

我國山區(qū)河流眾多，許多河流的河床侵蝕下切，并以溯源沖刷方式傳播到上游溝谷，引起溝坡增大，岸坡失穩(wěn)和整個(gè)流域的土壤侵蝕，在汛期暴雨作用下，常常引發(fā)崩塌、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害。階梯深潭系統(tǒng)是山區(qū)河流中常見的一種河流地貌形態(tài)，由一段陡坡和一段緩坡相間組成，在縱剖面上呈階梯狀。天然階梯深潭系統(tǒng)是在水流沖刷過程中自然形成的，是一種增加河床阻力、消減水流能量、抑制河床侵蝕下切的健康河床結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在自然界具有較大的穩(wěn)定性。然而，自然發(fā)育階梯-深潭系統(tǒng)往往需要經(jīng)過較長的時(shí)間，在具備一定條件的山區(qū)河流，模仿天然階梯深潭系統(tǒng)建造人工階梯深潭系統(tǒng)，也可以取得控制河流下切、避免或減少地質(zhì)災(zāi)害的效果。自 2006 年開始，清華大學(xué)先后在云南、四川、甘肅等省，開展了人工階梯深潭系統(tǒng)在山區(qū)河流治理方面的野外試驗(yàn)研究。研究成果顯示，人工階梯深潭系統(tǒng)不僅能夠有效地控制河流（溝谷）下切、改善河流生態(tài)環(huán)境，對(duì)于泥石流災(zāi)害也具有明顯的防治作用。目前，對(duì)于階梯深潭系統(tǒng)發(fā)育程度（河床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）的研究正在進(jìn)一步量化；同時(shí)研制了一批專用的測(cè)量工具，如用于測(cè)量河床結(jié)構(gòu)的“ 河床結(jié)構(gòu)測(cè)量排” 、用于階梯深潭系統(tǒng)流速場(chǎng)測(cè)量的“ 湍流脈動(dòng)流速儀” 等；階梯深潭系統(tǒng)的消能減災(zāi)機(jī)理研究正在不斷深入。通過對(duì)階梯深潭系統(tǒng)生物棲息地多樣性的定量研究，采用大型無脊椎底棲動(dòng)物對(duì)山區(qū)河流的生態(tài)多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為山區(qū)河流生態(tài)評(píng)價(jià)量化指標(biāo)體系的建立奠定了基礎(chǔ)。 

 治理前                                              治理后生態(tài)條件改善，河床穩(wěn)定 圖 1 吊嘎河人工階梯深潭治理前后 

 修建前溝道內(nèi)碎石散亂                            修建后沙石沉積水沙分離，控制了泥石流發(fā)生 圖 2 建造人工階梯-深潭系統(tǒng)前后的文家溝 

 汛期前                                                  汛期后階梯深潭系統(tǒng)泥沙淤埋 圖 3 攔山溝人工階梯-深潭系統(tǒng)治理汛期前后

2 應(yīng)用說明

實(shí)例 1：云南東川市吊嘎河（小江流域支流）人工階梯深潭方法試驗(yàn)。近年來吊嘎河的河床下切迅速，同時(shí)帶來了一系列的地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境問題。 2006 年，課題組在吊嘎河設(shè)立了試驗(yàn)站，開展了人工階梯深潭方法試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)段水面面積有所增大，河床底質(zhì)、水深和流速多樣性也得到提升，河床侵蝕下切得到有效控制，維持了較為穩(wěn)定的河床環(huán)境。人工階梯和深潭段的河床底質(zhì)、流速和水深環(huán)境交替出現(xiàn)，在空間層次上塑造了富于變化和多樣性的水生動(dòng)物棲息環(huán)境。對(duì)大型底棲無脊椎動(dòng)物的采樣及評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，人工階梯深潭布置后，隨著水生棲息地多樣性增加，單位面積底棲動(dòng)物密度、物種豐度及生物群落多樣性指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，水生生態(tài)得到改善。吊嘎河的試驗(yàn)成果，還為 2009年以來采用人工階梯深潭方法治理泥石流奠定了基礎(chǔ)。 實(shí)例 2：四川省綿竹市清平鄉(xiāng)文家溝滑坡堆積體泥石流治理方法試驗(yàn)。文家溝滑坡是汶川地震造成的第二大滑坡，滑坡堆積體總量達(dá) 8160 萬方，文家溝內(nèi)堆積體厚度達(dá) 20-180 米。2008 年暴雨在滑坡體上形成深達(dá) 50 米的 V 型沖溝，并引發(fā)了多次泥石流災(zāi)害。暴雨使溝床不斷下切，兩岸坡度變陡而坍塌，碎屑物進(jìn)入水流就形成泥石流。 2009 年，課題組在文家溝滑坡體上的沖溝內(nèi)建造了 33 級(jí)人工階梯深潭對(duì)泥石流進(jìn)行治理，取得了良好的效果。所建造的人工階梯深潭試驗(yàn)工程雖然十分簡(jiǎn)易、單薄，但是工程造成的巨大阻力消減了水流能量，使沙石沉積、水沙分離，成功地控制了溝床下切，對(duì)于控制泥石流發(fā)揮了重要作用，避免了泥石流災(zāi)害的發(fā)生。 實(shí)例 3：甘肅省禮縣攔山溝泥石流治理。長江上游白龍江、西漢水等流域是典型的干旱河谷，其特點(diǎn)是高原上深切寬闊河谷，河谷比周圍高原明顯干旱。區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度低，由于長期干旱和風(fēng)化，流域內(nèi)積累了大量的土石碎屑，遭遇突發(fā)暴雨時(shí)可能發(fā)生滑坡和特大泥石流，對(duì)城鎮(zhèn)和村莊造成極大威脅。甘肅武都地區(qū)禮縣的攔山溝是西漢水的支流，由于溝谷深切，侵蝕極為強(qiáng)烈，泥石流常常發(fā)生，據(jù)調(diào)查溝口泥石流堆積泥沙約 170 萬噸。 2009 年 6月課題組在攔山溝開展了泥石流治理試驗(yàn)，建造了 17 級(jí)人工階梯深潭試驗(yàn)工程。試驗(yàn)結(jié)果表明，溝道在人工階梯深潭系統(tǒng)的保護(hù)下不再下切，維持了溝岸的穩(wěn)定，且階梯深潭系統(tǒng)消散水流能量，使得泥石流不能起動(dòng)，當(dāng)年 6、 7、 8 月降雨 196.8 mm，其中最大日降雨量達(dá)31.9 mm， 攔山溝僅有不足 100 噸泥沙物質(zhì)進(jìn)入西漢水，達(dá)到了控制泥石流的目標(biāo)。

3 效益分析

階梯深潭系統(tǒng)發(fā)育較好的山溪常常伴隨著良好的河流生態(tài)環(huán)境和優(yōu)美的溪流景觀，因此仿照天然的人工階梯深潭系統(tǒng)常用于河流的生態(tài)修復(fù)與景觀塑造，用于山溪森林公園建設(shè)可帶來額外的休閑旅游經(jīng)濟(jì)收益。

4 合作方式

技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)，商談。

5 所屬行業(yè)領(lǐng)域

能源環(huán)境。