大型卵石坝在宽沟泥炭地中的自然洪水管理应用与动态储水效能研究

为解决退化泥炭地宽沟侵蚀区缺乏有效洪水调控措施的问题，研究人员创新性设计大型卵石坝（LCDs），通过优化坝体渗透性与排水口设计，证实其可提供10–100 m3 动态储水空间，显著提升风暴期间临时储水效能，为上游集水区自然洪水管理（NFM）提供新策略。

　　

泥炭地作为重要的碳汇和洪水缓冲带，其退化导致的沟壑侵蚀已成为全球性生态问题。英国Pennines地区广泛分布的晚期侵蚀沟（宽度超10米）因修复成本高常被忽视，但其巨大的储水潜力为自然洪水管理（NFM）提供了新机遇。传统沟壑阻断技术（如小型卵石坝）储水量有限，而大型沟壑的临时储水功能尚未系统评估。针对这一空白，英国研究团队在Stalybridge Moor泥炭地开展创新性研究，设计大型卵石坝（Large Cobblestone Dams, LCDs），通过多阶段实验优化其动态储水性能，成果发表于《Ecological Engineering》。

研究采用三阶段实验设计：Phase 1对比裸露卵石坝与泥炭覆面坝的储水差异；Phase 2测试塑料覆面等改良设计；Phase 3长期监测优化后的LCDs性能。关键技术包括：1）高精度数字高程模型（DEM）构建储水体积-水位关系曲线；2）压力传感器连续监测坝前水位（5分钟间隔）；3）V型缺口堰测量上游径流量；4）控制变量法评估不同排水孔径（64 mm）与覆面材料（泥炭草皮/塑料膜）的储水效能。

4.1 Phase one结果
裸露卵石坝（DB14a）仅利用28%储水潜力，而泥炭覆面坝（DB12）在08/10/2020风暴中实现72%储水率，证实降低坝体渗透性是提升储水效率的关键。

4.2 Phase two结果
塑料覆面坝（DB11）储水量提升至50.5 m³
（满容量），但排水口堵塞导致储水恢复延迟；泥炭覆面坝（DB14a）经多次修补后，基位水位稳定在排水管高度，显示覆面稳定需约1年。

4.3 Phase three结果
优化后的泥炭覆面LCDs（如DB08）单次风暴储水达138 m³
，排水速率23.2 L/s，且坝池出现Sphagnum cuspidatum自然定植，兼具生态修复潜力。

讨论与结论
研究首次证实LCDs在宽沟泥炭地的动态储水价值：1）泥炭覆面将储水利用率从<30%提升至100%；2）设计排水口（非自然渗漏）是实现风暴间储水恢复的核心；3）宽沟低坡度地形可优化储水体积/成本比。该技术为上游集水区NFM提供可扩展方案，其风暴峰值延迟（如DB11延迟20分钟）和碳截存双重效益，弥补了传统修复技术在下游宽沟的空白。未来需通过水力模型优化排水孔径，针对特定重现期风暴进行靶向设计。值得注意的是，LCDs形成的浅水区4年内即促进泥炭藓自发定植（图13），暗示其在退化泥炭地边缘可创造"湿地镶嵌体"，为生物多样性恢复提供新思路。