碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

doi:10.11686/cyxb2024134

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (1): 55-65.DOI: 10.11686/cyxb2024134

碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

肖海¹^,²^,³(), 陈珠宝¹, 夏振尧¹^,²^,³, 朱庆文¹, 刘德玉¹, 向瑞¹, 张伦¹^,²^,³()

^1.三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌 443002
^2.三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002
^3.三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北宜昌 443002

收稿日期:2024-04-22 修回日期:2024-06-05 出版日期:2025-01-20 发布日期:2024-11-04
通讯作者: 张伦
作者简介:E-mail： lunz@ctgu.edu.cn
肖海（1988-），男，湖南安仁人，副教授，博士。E-mail： oceanshawctgu@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(U21A2031);土木工程防灾减灾湖北省引智创新示范基地(2021EJD026)

Wave dissipation and erosion reduction under the combined effect of gravel and Cynodon dactylon cover

Hai XIAO¹^,²^,³(), Zhu-bao CHEN¹, Zhen-yao XIA¹^,²^,³, Qing-wen ZHU¹, De-yu LIU¹, Rui XIANG¹, Lun ZHANG¹^,²^,³()

^1.Key Laboratory of Geological Hazards on the Three Gorges Reservoir Area，Ministry of Education，Yichang 443002，China
^2.College of Civil Engineering & Architecture，China Three Gorges University，Yichang 443002，China
^3.Engineering Research Center of Eco-environment in Three Gorges Reservoir Region，Ministry of Education，Yichang 443002，China

Received:2024-04-22 Revised:2024-06-05 Online:2025-01-20 Published:2024-11-04
Contact: Lun ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型，植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀，但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件，以裸坡为对照，利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压力和波浪侵蚀率，揭示碎石单一因素、植被单一因素和碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响。研究结果表明：碎石覆盖单一因素可有效消能26.49%~86.52%、减蚀8.70%~73.91%，波压力、侵蚀率随碎石粒径减小、覆盖厚度增加而减小。植被覆盖单一因素可有效消能4.10%~46.36%、减蚀19.56%~77.17%，波压力、侵蚀率随覆盖度增加而减小。碎石-植被协同措施消能减蚀效果优于单一措施，碎石-植被协同作用可有效消能28.95%~94.74%、减蚀28.20%~80.43%，协同措施下波压力、侵蚀率随碎石粒径的增大而增加却随碎石覆盖厚度、狗牙根覆盖度的增大而减小，在碎石粒径5~10 mm、碎石覆盖厚度60 mm、狗牙根覆盖度60%~70%时效果最好。多因素方差分析表明协同措施中波压力、侵蚀率的减少是碎石覆盖和植被覆盖的综合作用结果，其中对波压力的影响程度为碎石覆盖厚度>碎石粒径>植被覆盖度，而对波浪侵蚀率的影响程度为植被覆盖度>碎石层厚度>碎石粒径。本研究表明碎石-植被协同措施能有效达到消能减蚀的作用，可以作为岸坡土体波浪侵蚀控制的可持续性生态友好型的治理技术。该研究结果可以为消落带生态治理与生态重建实践提供指导和借鉴。

关键词: 碎石, 狗牙根, 波浪压力, 波浪侵蚀率, 消落带

Abstract:

Wave erosion is one of the main ecological and environmental problems in the water-level fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir area. As single factors， the presence of plants and gravel can effectively control wave erosion. However， it is unknown how the combination of these control measures affects wave erosion. Therefore， wave experiments were conducted under three levels of Cynodon dactylon cover （20%-30%， 40%-50%， 60%-70%） and nine different gravel conditions （three thicknesses of gravel cover， 20， 40 and 60 mm； and three gravel particle sizes， 5-10， 10-15， and 15-20 mm）. The bare slope without gravel and plant cover served as the control check （CK）. The effects of plant cover and gravel as single and combined factors on wave erosion were explored by measuring the wave pressure and wave erosion rate in each treatment. The results indicated that gravel decreased the wave pressure by 26.49%-86.52% and the wave erosion rate by 8.70%-73.91%， compared with values for the CK. The wave pressure and wave erosion rate decreased as the gravel particle size decreased and as the gravel cover increased. The presence of C. dactylon decreased the wave pressure by 4.10%-46.36% and the wave erosion rate by 19.56%-77.17%， compared with values for the CK. The wave pressure and wave erosion rate decreased with increasing cover of C. dactylon. The wave pressure and wave erosion rate decreased by 28.95%-94.74% and 28.20%-80.43%， respectively， under the combined effects of gravel and C. dactylon. Also， under the combined effects， the wave pressure and wave erosion rate increased with increasing gravel particle size， and decreased with increasing gravel thickness and cover of C. dactylon. Compared with the single effect， further reductions of wave pressure and wave erosion rate under the combined effects were attributed to the synergistic effects of plant and gravel cover. The largest reductions in wave pressure and wave erosion rate were obtained with a gravel particle size of 5-10 mm， gravel cover thickness of 60 mm， and C. dactylon cover of 60%-70%. Multivariate analysis of variance showed that the combined effect of gravel and C. dactylon cover synergistically reduced the wave pressure and wave erosion rate. The factors were ranked， from highest degree of influence on wave pressure to lowest， as follows： gravel cover thickness>gravel particle size>plantcover； and from highest degree of influence on wave erosion rate to lowest， as follows： plantcover>gravel cover thickness>gravel particle size. Our results show that gravel and vegetation work synergistically to reduce wave energy and erosion， and can be used as a sustainable and ecologically friendly treatment to control wave erosion on sloping banks. These findings provide guidance and reference data for the ecological management and ecological reconstruction of the water-level fluctuation zone in water reservoirs.

Key words: gravel, Cynodon dactylon, wave pressure, wave erosion rate, water-level fluctuation zone

肖海, 陈珠宝, 夏振尧, 朱庆文, 刘德玉, 向瑞, 张伦. 碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究[J]. 草业学报, 2025, 34(1): 55-65.

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图/表 5

图1 波浪冲刷槽示意

Fig.1 Schematic of wave scouring trough

图2 单一措施中不同碎石覆盖处理对波压力和侵蚀率的影响CK：裸坡Bare slope； T1， T2， T3：碎石覆盖厚度分别为20、40和60 mm The gravel cover thickness are 20， 40 and 60 mm， respectively； S1， S2， S3：碎石粒径分别为5~10 mm、10~15 mm和15~20 mm The particle sizes of the gravel are 5-10 mm， 10-15 mm and 15-20 mm； 1#：传感器位于水位以下The sensor is located below the water level； 2#：传感器位于30 cm水位处The sensor is located at the water level of 30 cm； 3#：传感器位于水位以上The sensor is located above the water level. 不同大写字母表示CK及相同碎石覆盖厚度不同碎石粒径下差异显著，不同小写字母表示CK及相同碎石粒径不同碎石覆盖厚度下差异显著（P<0.05）。下同。Different capital letters indicate the significance differences among CK and different gravel particle sizes under the same gravel coverage thickness， and different lowercase letters indicate the significance CK and differences among different gravel coverage thicknesses under the same gravel particle size （P<0.05）. The same below.

Fig.2 Effect of different gravel cover treatments on wave pressure and wave erosion rate in single measure

图3 单一措施中不同狗牙根覆盖处理对波压力和侵蚀率的影响不同大写字母表示不同植物覆盖度下差异显著（P<0.05）。Different uppercase letters indicate significant differences among different plant coverages （P<0.05）. C1， C2， C3分别表示狗牙根覆盖度为20%~30%、40%~50%和60%~70%。C1， C2， C3 represent C. dactylon coverage are 20%-30%， 40%-50% and 60%-70%， respectively. 下同The same below.

Fig.3 Effect of different C. dactylon cover treatments on wave pressure and wave erosion rate in single measure

图4 协同措施中不同碎石-狗牙根覆盖处理对波压力和侵蚀率的影响

Fig.4 Effect of different gravel-C. dactylon cover treatments on wave pressure and wave erosion rate in synergistic measures

表1 各因子对波压力、侵蚀率影响的多因素方差分析

Table 1 Multivariate analysis of variance of the influence of each factor on wave pressure and wave erosion rate

项目Item	指标Indicators	T	S	C	T×S	T×C	C×S	T×C×S
1#波压力 1# wave pressure	F值F value	554.09	383.14	313.38	5.58	1.38	1.35	6.06
	P值P value	0.00	0.00	0.00	0.00	0.27	0.89	0.75
	贡献率Contribution rate （%）	43.77	30.26	24.75	0.44	0.11	0.11	0.48
2#波压力 2# wave pressure	F值F value	314.61	223.68	177.43	7.44	2.69	1.04	1.08
	P值P value	0.00	0.00	0.03	0.00	0.05	0.40	0.41
	贡献率Contribution rate （%）	43.16	30.68	24.34	1.02	0.37	0.14	0.15
3#波压力 3# wave pressure	F值F value	529.75	433.11	353.24	5.90	8.74	1.47	0.67
	P值P value	0.00	0.00	0.02	0.00	0.42	0.97	0.71
	贡献率Contribution rate （%）	39.71	32.47	26.48	0.44	0.66	0.11	0.05
侵蚀率 Erosion rate	F值F value	233.98	43.97	252.98	1.14	10.00	8.75	3.02
	P值P value	0.00	0.00	0.00	0.35	0.00	0.00	0.01
	贡献率Contribution rate （%）	42.17	7.92	45.59	0.21	1.80	1.58	0.54

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碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

Wave dissipation and erosion reduction under the combined effect of gravel and Cynodon dactylon cover

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图/表 5

参考文献 39

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