边坡植被防护理_论概述

1、.植被护坡资料摘要1 植被边坡防护的意义防护工程是公路建设的重要组成部分，是防治路基病害 、保证路基稳定 、改善环境景观及保护生态平衡的重要措施。高速公路路堑边坡防护方法通常分植物防护和工程防护两大类。工程防护主要利用污工砌体或混凝土形成一定的结构对路堑边坡进行处治，由于其取材方便 ，设计施工技术较成熟，处理深层失稳坡安全性高 ，故成为公路部门一长久以来一直采用的防护方法，但该法造价较高，易破坏公路沿线自然景观及生态平衡。缺乏植物覆盖的边坡一方面不利于水上保持 ，大量的雨水直接流失，还加大了对道路周边地区的冲刷，给农田水利带来不利影响 ;另一方面也不利于改善高速公路的行车效果，大量裸露的岩石和

2、混凝土视效果非常差，也不利于吸收阳光和汽车尾气，与高速公路快捷舒适的特点不相协调 ，在一定程度上也给高速公路的行车带来不安全因素。国际上一般把植物防护定义为:“用活的植物 ，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀。其途径与手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制。因此，植物防护被誉为有 “生命 ”防护。工程防护是植被防护的基础，两类防护形式是相互支持相互渗透的，只有将两者有机结合，才能起到永久防护美观耐用的目的，而且能大幅降低工程造价。一般来说 ，边坡生态防护就是将二者结合，在边坡基本稳定的基础上，主要是专业 .专注.靠植物根茎与土壤间的附着力以及根茎间的

3、互相缠绕来达到加固坡面、提高坡表抗冲刷的能力 。 边坡生态防护不仅可以加固边坡，保土涵养水源 ，减少水土二流失，而且还可以净化空气，保护生态 ，美化环境 ，保证行车安全 ，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益，在越来越重视环境保护和人类自身生存质量的今天，生态防护己成了公路边坡防护的一种趋势，代表着边坡防护的发展方向。日前，国内大多直接从国外引进现有的防护技术，生态材料也直接进口，造成了一方面防护成本过高，无法在国内广泛推广 ;另一方面由于地形 、气候、施工等多种因素的影响，防护效果并不明显 。 因此，如何结合我国的实际情况，综合考虑防护效果和环境美化，进行高速公路边坡生态防护技术系统性研究

4、，提高我国边坡防护工程的设计水平，降低工程造价 ，减少或防止道路病害，保持生态环境的相对平衡 ，确保道路的安全与稳定，对高速公路的边坡综合防护加固技专业 .专注.术进行全面系统的研究 ，有着重要的生态效益 、社会效益与经济效益 ;通过此类对边坡生态防护的研究对其它诸如铁路、水电等边坡的防护也有重要的借鉴意义。2 研究现状植物防护是生态防护技术中最重要的部分。利用植物防护是一种古老的方法，它的实践可以追溯到遥远的人类古代文明。但是，把植物防护作为一种工程技术方法进行深入系统地研究，则是近十几年的事 。例如 ，国际上直到 1994 年刁 在英国的牛津召开了第一次专门以植物防护为主题的国际学术会议。

5、植物防护 至 今 没 有 形 成 一 个 贴 切 的 术 语 ， 英 文 中 有 称Biotechnique,SoilbioengineeringVegetation 或 Revegetation等。和国外相比 ，国内这方而的研究工作总体来说起步较晚，鲜见此方面的专门研究文章，只是近儿年刁 对植物固坡研究逐渐重视起来 。植物防护边坡作为一项工程技术，人们从防护理论及技术应用两个方面进行了大量的研究 。2.1 国外研究现状专业 .专注.植物防护边坡的实践在欧美国家历史久远，在中世纪 ，法国、瑞士的运河岸就采用栽植柳树的方法来防护。在饱尝了 “黑风暴 ”等生态灾难后果之后，美国首先开始认识到了生态

6、平衡和环境治理的重要性。1943 年 Moohsh R. H 进行了利用草皮恢复路边植被的实验。进行了公路两侧草皮种植的试验，通过不同播种时间 、不同草种及草种组合的小区试验来探讨建立草皮的方法。五十年代后，随着公路的大量兴建，公路建设对环境的影响越来越受到社会的关注，为此美国制订法律要求新建公路必须进行绿化。机械化施工的喷播技术应运而生，1953 年 Finn 公司首先开发出了喷播机。从六十年代开始 ，美、德、法等发达国家开始大规模修建高速公路。喷播技术等绿化新技术在稳定边坡、防止土壤侵蚀和恢复植被等方面得到了少“泛应用。日本提出了功能栽植的概念，对于公路绿化起到了重要作用。七、八十年代 ，

7、山于公路植被的大量建植，如何管理和养护这对植物根系的主根与侧根加固作用的力学机理进行分析，并建立了模型可计算边坡的安全系数。Robert R.Ziemer OLoughlin &Ziemer , KazutokiA B E&RobertR.Ziemer 等也都认为 ，有根系的土壤比没有根系的土壤达到破坏前，能承受较大的剪切位移。PiersVillaggio(iblN.S.Nilaweera&P .Nutalayal11,DonaldH. Gray &RobbinB.Sotirl11191 、仓田益二郎和安保昭1211 等人对植物根系固坡力学机理和施工方法进行了大量的理论研究，取得了丰富成果 。

8、 此外，国际上发达国家已有专门的设计机构和专业研究人员进行了较深入全面的研究，并制定了较完备的设计、施工规范 。植物护坡工程技术的应用，欧美国家主要是围绕着防止坡地免受雨水侵蚀的目的而进行的 ，目前常用的护坡方法有活枝捆垛(live fascine) 、活枝扦插 (live专业 .专注.cutting) 、树枝压条 (brush layer) 、枝条篱墙 (wattle fence) 等，主要应用于公路边坡的植被防护及河堤护岸。 另外液压喷播技术(hydroseeding或 hydraulicmulching) 自 20 世纪 50 年代发明后至今也获得广泛应用。20 世纪 80 年代又发明了

9、三维网植草护坡方法。从总体上看 ，目前日本在植物护坡工程技术研究方面处于领先地位 。在日本 ，植物护坡被称为坡面绿化。二战结束后 ，日本大规模的公路建设为其现代坡面绿化提供了大量的机会，发展至今己有半个多世纪的历史 ，期间己经历了无数的变化。最初以川端勇作为代表，开发了采用外来草种的植生盘用于道路坡面，标志着以牧草类为代表的外来草种开始用于坡面绿化。 随后是京都大学农学部造园学研究室研究快速绿化工法，开发了喷射种子法并应用于高速公路取得良好效果。在其后数年开发出的纤维土绿化工法(Fiber-soilGreeningMethod) 标志着岩体绿化工程的开始，这也是日本最早开发 的厚 层 基材 喷

10、 射 工法 。 1983年 开 发 出高 次团 粒SF 绿化 工法 (SoilFlockGreeningmethod) ，工法的基本特征为:壤土系 ，并添加团粒剂 ，促进了基材团粒结构的形成;粘结材料为特殊的沥青乳剂，基材抗侵蚀性更强 ，且PH 值呈中性 。此技术开发至今 ，在日本己施工2 万余处，施工总面积超过200万平方米 。1987 年 6 月，日本从法国引进连续纤维加筋土工法.随后把它与已有的坡面绿化工程方法结合在一起，开发出连续纤维绿化工法(TG 绿化工法 )。工法的基本特征为 : 由于砂粒和连续纤维相互混合，基材的抗侵蚀性更强，能适应坡体的微小变形 ; 由于确保了大根系的伸长空间，

11、可引进木本类植物 ，用于坡面的树林化 ;施工体系由绿化基材供给系统、团粒剂供给系统和连续纤维供给系统组成 。TG工法于 1988 年开始实用化 ，至 1992 年 4 年间就己施工 300 万 m ，。专业 .专注.之后，此工法又获得加拿大 、日本等国发明专利 ，并推广到中国香港 、台湾。纤维土绿化工法 、高次团粒 SF 绿化工法和连续纤维绿化工法是近20 年来日本最常用的厚层基材喷射工法。在这三类工法中 ，由于主要用材 、粘结剂及纤维的种类不同 ，又形成种类繁多的厚层基材喷射工法。总体上讲 ，按主要用材分类 ，厚层基材喷射工法可分为砂质土系列、粘土系列 、粘土与有机质混合系列和全有机质系列

12、;按粘结剂分类 ，可分为普通硅酸盐系列、特殊沥青乳剂系列及高分子树脂系列 ;按纤维分类 ，可分为有机纤维系列、无机短纤维系列及连续纤维系列 。从实际工程应用看 ，己可应用于坡度小于1: 0.5 的软岩 、中硬岩、硬岩边坡及强酸性土质边坡的坡面绿化，另外，也用于混凝土面及片石挡堵面的实例 .由于厚层荃材喷射工法需要消耗大t 的天然有机质材料 (如泥炭及其它天然腐殖质等 )，而这些资源都是有限的 ，因此，在 20 世纪 90 年 代日本又着手研究下水道污泥 ，废纸浆 、废木材 、木屑、畜粪等废弃物回收形成富含有机质的喷射基材 ，并取得一定研究成果。除厚层基材喷射工法外，、其它常用的坡面绿化工法还有

13、框格植被绿化工法(包括预制框格 、现浇框格 )、绿化网等 .另外，为防止水流对河岸的冲刷并考虑环境的保护，日本于 1995 年又开始进行植被型多孔福凝土的研究 ，并取得一定成效 ，目前只是由于成本过高 (2-3 万日元 m)而没有得到广泛的应用. 虽然日本的边坡绿化水平很高，但也存在着不少问题.当前边坡绿化存在的三个问题:(1)不设定具体的绿化目标，而采用惯用的植物种近十年来 ，所谓 “商质 f 的绿色 ”被认为是 “树木 ”，并被无限制地应用 。如果仅仅是施工引入的植被正常生长，即使是树木也不应该被判定为“高质 t 的绿专业 .专注.色 ”，而只有是根据设计思想确定的绿化目标且在机能上具有同

14、等作用，才能被称为 “高质里的绿色 ”。(2)不重视环境保护 ，疏忽坡面必要的机能及具体的植被构成设计坚持快速地引入树木，在绿化目标设定上缺乏研究，而随意先用那些易于取得的树种 ，作为绿化工程的设计是不合适的.因为绿化工程追求最优的机能是保护坡体表层 ，植被大小受到坡面利用条件等的限制，因此引入树木时必须预测树木根系的分布状态和伸长状况，从所能期待的根系固土效果以及对坡面稳定性的影响来确定引入树木的可行性。(3)规划设计 、绿化目标与其发挥的机能不一致近年来 ，作为绿化工程出现了多种多样的施工方法，新开发出来的施工方法，有的在资料上关于机能和效果记述不明，过分评价了方法本身;有的方法和使用材料

15、的特性使用者认识不清，即规划时的目的和设计时的绿化目标与最终在施工地点完成的工程所发挥的机能不一致。总体来说 ，国外的研究有以下特点.西欧和美国受公路边坡较小、坡度也不大，其土质 、气候等环境差异较小的制约，研究主体环境变异小，坡面植被建植难度不大 ; 湿式喷播技术仅用于建植草本植被，且植被养护工作t 大，养护成本高 ;在日本客土喷播技术成本高，盆要较长时间才能达到90%的植被盖度。2.2 国内研究现状专业 .专注.我国有记载的植被防护应用出现在1591 年的明代 ，通过栽植柳树来加固与保护河岸 。在 17 世纪植被防护开始应用于保护黄河河岸。由于以往公路等级较低，国内在植被防护技术应用方面的

16、研究起步较晚，直到 20 世纪 90 年代，随着高等级公路建设的发展和对于环境问题认识的提高，才开始开展系统的防护研究 。20 世纪 90 年代以前一般多采用撤草种、穴播或沟播 、铺草皮、片有骨架植草、空心六梭砖植草等护坡方法。1989 年，广东省水利水电科学研究所从香港引进 1 台喷播机开始在华南地区进行液压喷播试验.1990-1991 年，中国黄土高原治山技术培训中心与日本合作在黄土高原首次进行了坡面喷播绿化技术(即液压喷播 )试验研究 .此后，经过十年左右的发展完善，液压喷播技术已广泛应用于我国不同地区的公路、铁路及堤坝等工程中的边坡防护。 1993 年我国引进土木材料植草护坡技术，随后

17、土木工程界与塑料制品生产厂家合作，开发研制出了各式各样的土工材料产品，如三维植被网 、土工格栅 、土工网 、土工格室等，结合植草技术在铁路 、公路、水利等工程的边坡中陆续获得应用。1996 年云南省昆明一曲靖高速公路全线路堑、路堤、中央分隔带和立交区等进行了全面防护和绿化 ，并首次采用瑞士湿法喷播技术进行大规模的植被种植，为我国公路绿化技术的提高做出了有益的尝试(陈济丁，1998). 1996 年 10 月交通部在昆明举办的 “全国交通环保培训班”，为公路绿化尤其是喷播技术的宣传和推广起到了积极的推动作用。近儿年我国公路防护技术有了长足的进步，喷播技术等新技术已经在公路绿化中得到了广泛应用。对

18、于劣质土坡及岩石边坡的植被防护，目前国内的研究还很少，陈振盛专业 .专注.(1995) 及黄尊景 (1995) 对台湾泥岩边坡采用播种、植苗及植生带等方法来防护，刘桂元 (1998) 对软岩边坡栽植葛藤、松树等进行防护 .李旭光 (1995) 、张俊云 (2000) 、杜娟 (2000) 和江玉林 (2000) 分别介绍了日本的客土喷播护坡技术.章梦涛 (2000) 、张俊云 (2001) 、舒翔 (2001)、周颖 (2001) 等在借鉴日本同类技术的基础上 ，进行了以土壤为主要材料 、硅酸盐水泥为粘结材料的喷混植生试验，并在内昆 、株六等铁路及惠河高速公路进行了现场试验，取得一些研究成果

19、。另外，许文年 (2002) 开发的植被混凝土边坡绿化技术，与喷混植生技术也较为相似 。 1999 年及 2002 年，针对劣质土坡及岩石边坡的植物护坡做了大量调查，发现目前采用的方法护坡效果并不理想.总体上看 ，国内对劣质土坡及岩石边坡的植被防护研究仍处于初期探索阶段.针对硬质岩边坡的植被防护 ，西南交通大学等单位成功开发了厚层基材喷射植物护坡技术，并且在国内获得了较为广泛的应用 。理论研究方面 ，中国科学院南京土壤研究所王库、中国科学院成都生物研究所吴 望 、中国利学院地理研究所吴淑安、中困科学院水利部西部水土保持研究所李勇 、吴钦孝、朱显漠 等人通过模拟降雨试验对根系对土壤侵蚀的防护效应

20、进行了研究 。解明 在综合国内外现有研究成果从础 _L.，对植物根系固坡的力学机制进行了深入的理论研究;云南省地理研究所周跃从根据土壤学 、生态学和植物生理学的有关原理，在国内引入了坡面生态工程(Slope Eco-Engineering ，简称 SEE)的概念 。这些研究成果在高速公路的生态防护的设计、施工与管理起了有益的指导作用。专业 .专注.生态防护技术的应用在国外发达国家己有很长的历史，如美国于 1936 年在南加利福尼亚州的Angeles Crest 公路边坡治理中就应用生态防护技术。高速公路边坡工程在我国目前没有成功的经验和定型的模式，更无技术规范可循，也没有专门的设计单位和施工队

21、伍，多依赖于园林部门和高等农林院校，但往往由于高速公路的特殊性 ，在诸多方面造成了浪费和不合理现象。一方面表现在施工过程中采用传统的边坡防护治理措施，大量使用工程防护 ，生态防护只是其中的点缀作用，忽视了植物防护的生态功能;另一方而表现在以往片面强调了植物的景观功能 ，而对边坡的稳定性考虑不足，往往有防护过后失稳的情况发生。 此外，国内的研究人员过多集中在水土保持学的研究，忽略了坡而植物根系的工程力学行为及与植物防护与工程防护相结合防护的研究，因而防护理论远远落后于防护技术应用的发展。总体来说 ，目前关于国内植物防护方面的研究不足在于:缺乏大范围的公路路域生态恢复研究。 公路路域植被恢复的理论

22、研究较少。 公路路用植物资源研究较少 在公路边坡植物防护系统工程技术方面研究不够，特别是坡面硬度大而陡的地段 ，其边坡植物防护难题尚未解决. 取、弃土场生态恢复技术研究不够 国内公路路用植物育种工作还未开展 公路生态恢复工程成本效益专业 .专注.分析研究缺乏 。3 生态防护理论3.1 生态工程设计生态工程的含义是 ，应用生态学 ，经济学的有关理论和系统论方法，以生态环境保护和社会经济协同发展为目的（可持续发展 ），对人工生态系统 ，人类社会生态环境和资源进行保护，改造，治理，调控，建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程 。生态设计的目标是 ，保持系统的持续性，维护生态的整合性，保持系统自维持性，

23、自调节力 ，自组织力 。其基本原理包括： 1.系统论原理 ，马世骏教授曾提出的“整体，协同 ，循环，再生 ”理论 ； 2，生态环境效益与社会经济效益协同原理； 3 ，投入产出原理；4，产出与市场协调原理；5，生物的多样性原理 ，一个生态系统的生物群落越复杂 ，它的生物生产力就越多 ，稳定性就越强 ；6，生物种群的分布原理 ，注重防护效益 ， 7，生物之间共生 ，互生，抗生原理 ； 8，机能节律与时间节律的配合原理 ；9，生态位与扩展的生态位理论，不同的生态因子都具有明显的变化梯度 ，不同的梯度可以为各种生物所占据，利用和适应的部分称为生物的生态位，又可分为生境生态位，功能生态位 ，超体积生态位

24、 ； 10，生态系统的能量循环，物质循环 ，信息传递与食物链 。生态工程涉及的基本内容：生物种群的选择 ，生物群落的设计 ，人工环境设专业 .专注.计，节律匹配设计 ，人工食物链设计 ，加工链设计 。生物群落的结构设计：植物与之物之间的结构设计要考虑地上部分的组合和地下部分的组合 ，分泌物与植落物的组合，种群的互利互补作用，节律匹配设计。（ 河南公路厅 公路绿化工程 ）3.2 公路交通的生态环境公路生态环境保护对象：对自然生态的保护 。主要内容包括森林 ，湿地，自然保护区 ，地表及地下水流和土地等重要生态系统及自然资源的保护，水土保持及生物多样性的保护等。公路交通的生态学效应 ：1，阻隔效应2

25、，接近效应3，城镇化效应4，小气候效应5，公路交通环境污染效应3.3 植物护坡生态学理论一 演替理论典型的陆生植物群落的演替模式，通常可以划分为地衣群落阶段，苔藓群落阶段 ，草本群落阶段和木本群落阶段。演替的过程中的进展与逆行。演替机理 ，单元顶级学说多元顶级群落理论 ， 顶级配置学说二 限制因子原理 。如在岩石边坡上恢复植被，由于没有土壤 ，植物不能生长，因此必须从土壤这一限制因子出发，在岩石边坡上喷附土壤，以提供植物生长所需的土壤环境 ，才能恢复岩石边坡的植被。专业 .专注.三 与空间有关的生态原理1 种群密度制约原理P=KS3/2K 为常数，描述种间的异质性 ，S 为单株植物可利用空间

26、。2 生态位原理在特定的生态区域内 ，自然资源是相对恒定的 ，如何通过生物种群匹配 ，利用其生物对环境的影响，使有限资源合理利用，增加转化固定效率，减少资源浪费 ，是提高人工生态系统效益的关键。3 缀块 - 廊道 - 基底理论景观生态学的理论能够广泛的应用于恢复生态工程中 ，对生态系统的恢复在大，中尺度上 ，必须考虑土地利用的整体规划，考虑生境的破碎化，恢复与保持景观的多样性和完整性，在保护区的规划设计时 ，应用岛屿生物地理学理论，在物种保护时考虑他们所生存的生态系统和景观的多样性和完整性。四 生物多样性原理Mac Arthur （1955 ）把自然群落的稳定性归结为取决于两方面的因素，一是物

27、种的多少 ，二是物种间的相互作用大小，而物种的多少对稳定性的作用是最基本的 。一个物种较多的群落就可能保持稳定。Elton （ 1958 ）根据对物种入侵的研究提供了类似的理论。他认为一个相对简单的植物或动物物群落易于受到毁灭性的干扰 ，因而抵御外来种入侵的能力较弱。五自生原理1.自我设计和自我组织原理2.自我维持原理专业 .专注.3.自我调节原理 （同种生物种群间密度的自我调节；异种生物种群之间数量调节；生物与环境之间的相互适应调节）3.4 植被护坡理论3.4.1 公路边坡植物防护的作用机理分析降雨对坡面的侵蚀有三个过程:首先是雨滴击溅侵蚀，进而形成片状水流侵蚀，最后在水流集中处出现细沟侵蚀

28、，其中以细沟侵蚀破坏作用最强，细沟逐步加大形成较大的冲沟，引起坡面滑坍等破坏。植物对坡面的防护 ，主要表现在拦截雨水 、减缓迁流和保护土壤，具体包括 : 缓和雨水的冲击 ，植物的茎叶及枯枝路叶层能拦截雨滴，起到消能作用 ，降低了雨滴对坡面的冲击; 增大入渗量 ，相应地减少了坡面径流量，随着覆盖度增加 ，入渗量也随之增大，而坡面径流量和径流速度相应随之减少。这是由于植物的枯枝落叶在地面形成松散覆盖层 ，植物的根系在土壤中形成了大小不一、纵横交错的孔道 ，植物的残体为土壤制造了的腐殖质，增加了土壤的团粒结构，大大增强了土壤透水能力，相应地减少了坡面径流，同时也大大减缓了坡面径流的流速，降低了雨水的

29、侵蚀作用强度 ;支撑作用 ，植物根系交织形成了，巨大的根系网络 ，在土壤表层形成网状结构 ，将其周围土壤缚紧 ，使得坡面20cm 左右深度范围内形成了一个加筋整体 。因而在坡面上建植植被对坡面表面具有较好的护坡作用。(作用机理如图 2-1)专业 .专注.图 2-1 植被护坡机理框图其中，植物的水文生态功能 :植物的水文生态功能有垂直截留和蓄水等作用。植物的垂直截留作用，它含有树冠层、灌木草本层 、枯枝落叶的截面，据刘向东研究树冠层的截留作用因树种、树分密度和郁闭度不同而有较大差异，截留率约9.7%-25% 之间，有时还要高 ;枯枝落叶片对天气降水的截留率约为 5.64%一 13%0枯叶落叶层和

30、腐殖质层的保水作用:据邹厚远 、贾恒义等的研究 ，枯叶落叶层的最大持水量为1.7-3.5 倍，而腐殖质层的最大持水分为61.2-7.34% ，较一般土壤多 10-23.4% 。 虽然植物防护优点明显 ，但是公路边坡植物防护仍然存在局限性。植被的覆盖增了地表粗糙度和土层的渗透性，导致土层渗透能力的增加，提高了土体的孔隙水压力。边坡植物离不开赖以生存专业 .专注.的土体环境 ，因此边坡植物需要适当条件才一能生存。虽然坡面植物具有同杆或桩相类似的功能 ，但不应该简单地把坡面植物的力学增强效果同锚杆或桩的加固效果类比 。 植物是活的生命体 ，它与自身生活的环境(即根系分布范围内的岩土体 )互相影响 、

31、互相作用 ，形成一个开放的系统，它具有自我发展 、自我适应的特性 。分析坡面植物对边坡浅层土体的稳定，应把有利因素及不利因素综合起来考虑 。 同时，边坡植物防护对边坡的防侵蚀有很大的作用。因此，本章主要考虑边坡植物防护的浅层加固和边坡边冲刷问题。3.4.2 植物防护的力学分析一坡面径流侵蚀的能量分析坡面水流在由坡顶向坡下流动过程中，由于势能向动能转化，径流流速愈来愈大 ;同时，由于水流在流动过程中要克服冲刷、携带输移上壤颗粒以及流体内部紊动 、混掺消耗内能等而作功，其具有的能量将会在流动过程中损失掉一部分。 现利用能量守恒定律来分析水流自坡面顶端到坡面上任一断面间的能量损耗 。设单宽径流在坡面

32、顶端所具有的势能为E势=pqglsin 0 ，动能为 E动 =1/2P qv2 ，在理想情况下 ，水流到达坡面任意断面时的总能量应为”qgLsin 0 +1/2P q1/:; 但山于能量耗损 ，坡面一上任意断面处水流的实际总能量与理想情况下有很大差别 ，可根据实测的任意断面处水流的实际总能量来计算水流流动过程中的能量耗损 即:式中 L坡面的长度 ;专业 .专注.X 坡面上任意一点距坡顶的距离;Vx 流速 ;q流量假设坡而上壤基本达到水饱和状态，因此入渗的水量可以忽略不计。则坡面任意断面处径流所损失的能量为 E 耗二 E 势 +E 动一 Ex。其中 ，AE 主要由两部分组成 :即水流耗于土壤冲刷

33、及输移土壤颗粒的能量和水流内部混掺紊动的内能消耗 。实际上水流内能消耗与水流的流态等有关，对应一定的坡度和地表糙率状况 、坡面水深等变化不大，而水流冲刷地表耗能则与地表糙率、流速、水深及地表物质组成 、地表抗蚀性等关系密切。在不同的坡度下坡面径流侵蚀产沙率和坡面径流能耗之间均存在着良好的对数关系 。该关系可以用下式表达 :式中 k 与土壤种类有关的侵蚀性系数;径流在坡面上的能耗 ;坡面土壤侵蚀发生的临界能耗;Dr 一坡面土壤侵蚀率二坡面冲刷水动力学分析1.水流中土颗粒受力分析 (泥沙运动力学理论 )土颗粒在坡面上除了本身的重力和粒间粘结力外，在水流作用下 ，还专业 .专注.会受到浮力 、拖曳力

34、 FD、上举力 FL、渗透压力 Fs，在运动过程中 ，还会受到粒间离散力 、摩擦阻力等力的作用。在这些力的共同作用下，坡面表层土颗粒表现为稳定和失稳起动 、运动、沉积及其不同状态 。(1)土颗粒的浮容重w式中丫 s 一一颗粒容重 ;Y水的容重 ;D-. 土壤的粒径(2)拖曳力和上举力水流和土颗粒表面接触时将产生摩擦力F1。当水流雷诺数稍大时 ，颗粒顶部流线将发生分离，并在背水面产生涡漩，从而在颗粒前后产生压力差，形成形状阻力几 。F1 和 F2 的合力为拖曳力FD。 坡面流流动过程中 ，固体物颗粒顶部的流速显著大于底部颗粒间渗透水流的流速，根据伯努力原理 ，将产生压力差和与空气动力上升力类似的

35、上举力FL。设土物颗粒为直径为D 的球状体，则:专业 .专注.(3)渗透压力当土体入渗率较大时，水流入渗会产生与入渗方向一致的渗透压力(4)粒间离散力当大量颗粒产生推移运动时，这些推移质颗粒有的刚起动，速度还很小，有的则已从水流中获得较大的动能，以较快的速度向前运动。它们在运动过程中便不可避免地相互碰撞，由此发生能量交换，从而产生一定的力 。 所产生的沿水流方向的力为剪切离散力，与水流方向垂直的力为粒间离散力。粒间离散力可由动量原理来推求。(5)粒间粘结力粒间粘接力为固相颗粒之间的力，表现为颗粒间具有亲和力，是土壤颗粒的吸附作用 、薄膜水不传递静水压力、颗粒的电化学作用和水的化学作用等专业 .

36、专注.综合作用的结果 。三坡面土颗粒的起动条件(1)在平面土的起动条件当坡面上为无粘性均匀土时，从 _L 颗粒受力平衡出发 ，平面上颗粒开始滑动的临界条件为 :式中 f- 一一土颗粒之间的摩擦系数设土的粒径为 D, 其中，流速分布选用 :(2)在坡而 L 的起动条件在斜面上 ，必须考虑上颗粒沿斜面方向的分力。设坡面倾角为0，水流与坡面水平轴成a 角度 。重力在平行和垂直斜IN 的分力分别为 w sin 0、wCos 0。拖曳力 FD 与水流方向一致 ，上举力 FL, 与斜面垂直 ，则沿斜而的合力专业 .专注.F 为 :斜面上土的起动条件可表示为F/(w十 Fs) cos 0-F L)=，结合平

37、面上的起动条件 :为了简化计货a=90 。即水流沿斜而向下流动，相当于坡面和冲刷沟槽底侧的冲蚀 ，此时，四植物与边坡相互作用力学分析1 在一草本植物根系加筋的作用下，土体的抗剪强度可写为专业 .专注.植物的水文效应对于草本覆盖层可以认为h=0则雨滴到达地表时的动能为E2=0 可以认为植物完全消除了雨滴的溅蚀。（3）植被抑制地表径流功能土地冲蚀的强弱取决于径流流速的大小，径流所具有的能量，在草本植物多时，能够有效地分散 ，减弱径流改变径流形状，竟留在草丛间迂回流动，则径流历时专业 .专注.由于竟留在草丛间迂回流动，从而加大了流程和减慢了流速，因此式变为五坡面力学计算利用能量法计算植物量表面径流水

38、力学参数流量 q ，水深 h，流速 v 水土流势能 路面汇流在路肩边缘的流速 ，在坡面任意距离 处水土流质量为 m ，水土流势能 ， 摩擦耗能 水土流动能 ，路面汇流坡脚流速 ，汇流历时 t1 为专业 .专注.根据 u 与植物的关系 ，从而确定植物量 。同时从植被的抑制地表径流功能来说由于径流在草从间迁回流动，从而加大了流程和减慢了流速，因此 u 为保守值，完全能保证边坡的抗冲刷能力六验算在植物防护作用下的边坡抗冲刷能力(泥沙运动力学原理 )根据动力学原理 ，以边坡上的颗粒为研究对象。在最不利条件下 ，分析颗粒的专业 .专注.稳定性 :，从而保证边坡的稳定性。在植物防护的从础上，假定水流沿坡而

39、流动(即坡向冲蚀 )，入渗方向垂直边坡，颗粒间没有粘聚力 专业 .专注.植物护坡的主要工艺要求4.1 植物湖泊总体设计模式4.2 植物群落类型设计4.2.1 主要类型森林型 ：以乔木 ，亚乔木为主要成分 ，适应于周围为森林 ，山地，丘陵，城镇为主 。草灌型 ：灌木3 4m 以下，大陡坡 ，易侵蚀面及周围为农田，山地等适用草本性：适应于极陡边坡 ，岩石边坡 专业 .专注.观赏性4.2.2 设计要求植物生物学 ，生态学特性适应于自然环境；植物群落所具有的功能近似于自然；景观上近似于自然 。4.2.3 设计方法地区环境观察 ，一般森林生态适于中地形植物群落，草原生态适应于草灌，草本型 ；景区，城区适应于观赏型。此外要注意边坡的形状，规模 ，坡度，地层，层理节理状态 ，风化程度 ，涌水等性状 。一般高陡岩石边坡应以建立草本型或草灌型植物群落为宜。植被护坡首要问题是建立造坡面，植物生长的稳定环境。稳定坡面植物群落最终依靠自然本身的恢复力来实现。植物种一外来的草本型先锋植物为主，灌木种为辅 ，建立坡面植物群落应以播种为主，栽植为辅 。物种选择原则 ：适应气候 ，土壤条件 （PH,水分等），抗逆性强 ，地上部粗矮，根系发达 ，生长迅速 ，能短期覆盖 ，越年生或多年生 ，适应粗放型生长 ，种子易得 。（ 周德培等 植物护坡工