水利工程中水土流失控制技术的研究与应用

一、引言

在全球生态保护与基础设施建设协同发展的背景下，水利工程的规模与复杂性日益提升，其建设运营引发的水土流失问题也呈现新态势。传统控制技术面临新挑战，探索融合智能监测、生态修复新成果的水土流失控制技术，对保障水利工程安全运行、守护生态环境平衡具有迫切的现实意义与长远价值。

二、水利工程中水土流失的现状与特点

2.1 现状分析

当前，随着大型跨流域调水、高坝大库等复杂水利工程的推进，水土流失问题更加复杂。例如，在一些山区水利枢纽建设中，因大规模爆破和开挖，导致山体稳定性下降，水土流失面积在短期内大幅增加。同时，施工过程中产生的大量弃渣若处置不当，也成为水土流失的重要诱因，给周边生态系统带来沉重压力。

2.2 特点阐述

现代水利工程引发的水土流失呈现出动态性、隐蔽性与复合型特点。动态性体现在工程全生命周期内，不同阶段水土流失强度和形式各异；隐蔽性表现为部分水土流失在地下暗河、深层土壤中发生，难以及时察觉；复合型则是自然因素与工程活动相互叠加，加剧水土流失风险，如暴雨与工程扰动共同作用，易引发山体滑坡、泥石流等灾害。

2.3 危害剖析

水土流失不仅威胁水利工程的结构安全和使用寿命，还会引发一系列生态连锁反应。泥沙淤积会导致水库库容减小、渠道输水能力降低，增加工程维护成本和运行风险。同时，土壤肥力流失、植被退化，破坏生物栖息地，影响区域生态平衡，甚至可能通过水体污染，威胁下游居民的饮水安全和农业生产。

三、水土流失控制技术

3.1 智慧监测与预警技术

借助物联网、卫星遥感、无人机等技术，构建全方位、立体化的水土流失监测网络。通过在水利工程区域布设传感器，实时采集土壤湿度、坡度变化、植被覆盖等数据，利用大数据分析和人工智能算法，实现对水土流失风险的精准预测和预警。这为及时采取控制措施提供科学依据，提升水土流失防控的时效性和精准度。

3.2 新型生态防护技术

采用新型生态材料和工艺，增强水土流失控制效果。例如，可降解生态袋具有良好的透水透气性，能在保护边坡的同时，为植物生长提供空间；生态混凝土中添加植物生长所需的营养物质和微生物，既能稳固坡面，又能促进植被快速恢复。这些新型技术兼具工程防护和生态修复功能，实现工程与生态的有机融合。

3.3 生态系统修复与重建技术

以生态系统服务功能提升为目标的系统性修复技术，在水利工程水土流失治理中发挥着核心作用。在河流生态修复方面，众多工程借鉴荷兰“还地于河”的成功经验，通过重塑河道自然形态，将人工裁弯取直的河道恢复为蜿蜒曲折的原始状态。这种形态调整有效降低了水流速度，减少了对河岸的侵蚀冲刷，同时营造出深浅交替、流速多变的水域环境，为鱼类产卵、幼鱼生长提供适宜场所，显著提升生物多样性。例如，在河漫滩湿地重建过程中，通过退田还湿、清除河道内的硬质堤坝，重新引入水生植物群落，构建起“挺水植物 - 浮叶植物 - 沉水植物”的立体生态结构。像芦苇、香蒲等挺水植物根系扎入底泥，稳固河岸土壤，拦截地表径流中的泥沙；睡莲等浮叶植物和苦草等沉水植物，不仅吸收水体中的氮、磷等污染物，增强水体自净能力，还为微生物和水生动物提供栖息空间，形成完整的生态净化链条。

四、技术应用案例分析

4.1 南水北调工程案例

南水北调工程作为世界上规模最大的调水工程，输水线路横跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，全长数千公里，沿线地形涵盖平原、丘陵、山地等多种地貌，地质条件包含软土、膨胀土、湿陷性黄土等复杂类型，在建设过程中面临着前所未有的水土流失防控挑战。为应对这一难题，工程构建了“空天地”一体化的智慧监测系统，通过卫星遥感获取大范围地形地貌变化数据，利用无人机定期巡查重点区域，在沿线关键节点布设土壤含水量传感器、位移监测仪等设备，实时采集土壤湿度、边坡位移等信息，并将数据上传至智慧管理平台。经大数据分析与 AI 模型运算，可提前 72 小时精准预测水土流失风险区域。在渠道边坡防护方面，大量应用植生混凝土护坡技术，这种混凝土以特殊配比制成，孔隙率达 15%-25% ，内部添加保水剂、缓释肥和草种。施工时将其喷射于坡面，不仅能形成坚固的防护层，有效抵御水流冲刷，而且为植物生长创造条件。

4.2 白鹤滩水电站案例

白鹤滩水电站位于金沙江下游干热河谷地区，山高谷深、地质构造复杂，地震烈度高，在工程建设中，大规模的土石方开挖、高陡边坡形成以及大量弃渣产生，使水土流失风险极高。为有效控制水土流失，工程团队在库区周边实施生态系统修复与重建工程。首先，依据当地生态环境特点，筛选出攀枝花苏铁、云南松等适生植物，采用人工种植与自然恢复相结合的方式，对受损植被进行修复，构建起以乔木为骨架、灌木为支撑、草本为基础的多层次生态防护带，形成稳固的坡面防护体系。对于工程产生的弃渣场，使用新型可降解生态袋进行防护。生态袋由高强度聚丙烯纤维制成，具有耐酸碱、抗老化特性，袋内装填改良后的种植土和植物种子。施工时将生态袋堆叠成挡土墙形状，既能稳固弃渣，防止滑坡和水土流失，又能随着时间推移，袋体逐渐降解，植物从袋中生长出来，实现绿化与生态修复。同时，借助智慧监测技术，在库区周边布设大量传感器，实时监测土壤侵蚀、植被生长等情况，通过数据分析及时调整防控措施。

4.3 荷兰“还地于河”工程案例

荷兰地势低洼，约三分之一的国土低于海平面，长期面临洪水威胁，传统水利工程虽在防洪方面发挥一定作用，但也导致河流生态系统退化、水土流失问题加剧。“还地于河”工程作为一项创新性的生态水利工程，旨在通过拓宽河道、恢复洪泛区、拆除部分堤坝等措施，增强河流的行洪能力和生态韧性。工程实施过程中，将原有的笔直河道改造为蜿蜒曲折的自然形态，不仅降低了水流速度，减少了对河岸的冲刷，还为水生生物创造了多样化的栖息地。同时，恢复了大量洪泛区，使其在洪水期能够蓄滞洪水，在枯水期则成为湿地生态系统的重要组成部分。工程团队引入生态修复理念，种植芦苇、香蒲等水生植物，构建起完整的湿地生态链，这些植物的根系不仅能稳固土壤，防止水土流失，还能吸收水体中的污染物，净化水质。此外，通过建设生态廊道，连接破碎的生态斑块，促进了物种的迁徙和交流。经过多年建设，工程区域内的河流生态系统得到显著改善，鱼类种群数量增加了 40% ，鸟类栖息地面积扩大了 60% ，水土流失量减少了 50% 以上，为全球水利工程与生态保护协同发展提供了成功范例，其生态化治理理念和技术手段对我国水利工程建设具有重要参考价值。

五、结论

水利工程水土流失控制技术在不断发展与创新，智慧监测、新型生态防护和生态系统修复等技术的应用，显著提升了水土流失防控能力。然而，面对日益复杂的水利工程建设需求和生态环境挑战，仍需加强技术研发和跨学科合作，进一步完善水土流失控制技术体系。未来，应将智能化、生态化理念贯穿水利工程全生命周期，推动水土流失控制技术向更高水平发展，实现水利工程建设与生态环境保护的可持续共赢。

参考文献：

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