CN104798664B - 一种高陡坡植被恢复水分调控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高陡坡植被恢复水分调控系统，其由下至上的结构为：水分入渗调控层，铺设于高陡坡本体的表面，土工格室和尺寸为10cm*10cm，高度为10cm；植物生长基质填充于所述土工格室中；微孔储水袋和毛细排水带，共同埋于植物生长基质并位于土工格室中，毛细排水带的高位端为自由端，低位端伸入微孔储水袋中，并与微孔储水袋焊接固定，该高陡坡植被恢复水分调控系统可充分利用自然降水，减少坡面径流，在干旱缺水的条件下，微孔储水袋能够自行为植物生长基质提供水分，满足植物生长的需要，同时还可以减少甚至取消保水剂的使用，降低施工成本，减少人工管养程序，实现植被恢复水分的自适应调控。
Description
技术领域
本发明属于高陡边坡植被恢复治理技术领域，具体涉及一种高陡边坡植被的恢复水分调控系统。
背景技术
水是影响环境变异的重要因子，也是植被恢复和生态环境建设的主要制约因素，尤其是对于高陡边坡植被而言，由于受坡面特殊立地条件限制，坡面实际受水量明显小于平地，再加上坡度较大，降雨时易形成地表径流，以及受坡面常年大风的影响，加剧了边坡水分的流失。因此，水分调控已成为高陡边坡植被恢复的关键制约因子。
目前，边坡植被恢复主要通过增加基材厚度、使用保水剂、人工浇灌养护等方式来满足植物生长所需的水分需求，中国专利CN 103229644 A公布了一种岩石边坡植被恢复客土基质与保水剂的双层喷播法，该方法分两次进行喷播，首次喷播基础层含缓释保水剂，二次喷播植生层含速放保水剂，其虽然在喷播初期能够保证植物萌发，但也存在如下问题：
一是施工过程较为繁琐，且喷播基材具有一定重量，增加边坡荷载不利于坡面稳定；
二是喷播基质组分配比比较复杂，尤其是保水剂配方组成多达5种，一方面增加施工成本另一方面容易操作失误不能起到保水作用；
三是长远来看，该发明所述缓释保水剂与速放保水剂使用寿命均较短，易降解，在植物生长后期不能满足其水分需求，且施用过多保水剂易对土壤造成破坏，不利于生态环境建设。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种高陡坡植被恢复水分调控系统，该调控系统可有效保持高陡坡上植物生长基质的水分需求，防止高陡边坡水分流失过快，以满足植物不同生长阶段的需求，提高水分利用率，减少人工管养程序，有效实现植被恢复水分的自适应调控。
本发明是通过这样的技术方案来实现的：
一种高陡坡植被恢复水分调控系统，其由下至上的结构为：
水分入渗调控层，铺设于高陡坡本体的表面，该水分入渗调控层为微孔渗水薄膜，其厚度为33-47µm，孔的直径为0.1-0.45µm，孔的数量为50-100万个/m2；
土工格室，尺寸为10cm*10cm，高度为10cm；
植物生长基质，由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，填充于所述土工格室中；
微孔储水袋和毛细排水带，共同埋于植物生长基质并位于土工格室中，其中，微孔储水袋的容积为50-100ml/个， 每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为13-20cm，微孔储水袋的厚度为27-51µm，微孔的直径为0.1-0.5µm，微孔数量为50-95万个/m2，毛细排水带的高位端为自由端，低位端伸入微孔储水袋中，并与微孔储水袋焊接固定。
作为优选，微孔储水袋内填充有塑料制成的并起支撑作用的骨架、玻璃纤维或岩棉纤维，以防止微孔储水袋埋置于植物生长基质内时被压扁而导致储水能力下降或无法储水。
作为优选，所述毛细排水带的高位端截面积大于低位端的截面积，以更快速的将周围的水分引流入微孔储水袋中。
作为优选，所述毛细排水带的长度为8.5-9.5cm，宽度小于3cm。
作为优选，所述水份入渗调控层的厚度为38-42µm，孔的直径为0.23-0.33µm，孔的数量为70-80万个/m2。
作为优选，微孔储水袋的容积为70-80ml/个， 每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为17-18cm，微孔储水袋的厚度为36-43µm，微孔的直径为0.35µm，微孔数量为50-95万个/m2。
本发明提供的上述高陡坡植被恢复水分调控系统，在自然降雨或人工浇水时，一方面通过最下层的水分入渗调控层控制水分向高陡坡本体表面下渗流失，保证了植物生长基质可以充分吸水，另一方面通过埋置于植物生长基质中的毛细排水袋，将植物生长基质中多余的水份导流至微孔储水袋中进行储存，当植物生长基质的水分含量较低时，微孔储水袋与植物生长基质之间的压差使微孔储水袋中的水分自动释放并渗入植物生长基质中，本系统可充分利用自然降水，减少坡面径流，在干旱缺水的条件下，微孔储水袋能够自动为植物生长基质提供水分，满足植物不同时间生长的需要，同时还可以减少甚至取消保水剂的使用，对土壤没有破坏，利于生态环境建设，减少人工管养程序，有效实现植被恢复水分的自适应调控，本系统结构简单，施工成本低，边坡荷载较小，有利于坡面的稳定。
附图说明
图1为本发明高陡坡植被恢复水分调控系统的结构示意简图。
具体实施方式
为了更加清楚地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合附图1对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。
一种高陡坡植被恢复水分调控系统，其由下至上的结构为：
水分入渗调控层1，铺设于高陡坡本体的表面，该水分入渗调控层1为微孔渗水薄膜，其厚度为33-47µm，孔的直径为0.1-0.45µm，孔的数量为50-100万个/m2；
土工格室2，尺寸为10cm*10cm，高度为10cm；
植物生长基质3，由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，填充于所述土工格室2中；微孔储水袋5和毛细排水带4，共同埋于植物生长基质3并位于土工格室2中，其中，微孔储水袋5的容积为50-100ml/个， 每个微孔储水袋5的纵向间距和横向间距均为13-20cm，微孔储水袋5的厚度为27-51µm，微孔的直径为0.1-0.5µm，微孔数量为50-95万个/m2，毛细排水带4的高位端为自由端，低位端伸入微孔储水袋5中，并与微孔储水袋5焊接固定；微孔储水袋5内填充有塑料制成的并起支撑作用的骨架、玻璃纤维或岩棉纤维至少其中一种（图中未示出）；毛细排水带4的高位端截面积大于低位端的截面积；毛细排水带4的长度为8.5-9.5cm，宽度小于3cm。
本发明的工作原理为：在自然降雨或人工浇水时，水分入渗调控层将大部分水阻挡在植物生长基质中，防止水分过快渗入流失于高陡坡本体内，保证了植物生长基质可以充分吸水，同时通过埋置于土工格室中的毛细排水袋将植物生长基质中多余的水分引流入微孔储水袋中进行储存，随着时间的推移和降雨或人工浇水的停止，当植物生长基质中的水分含量降低时（比如水分含量少于10%时），微孔储水袋中的水分在与植物生长基质之间的压差作用下，自动释放并渗入植物生长基质中，供植物生长吸收，从而实现植被恢复水分的自适应调控；当下一次自然降雨或人工浇水时，再进入下一轮循环存水和释放水之过程，如此反复。
实验一：
（1）实验时间：2014年8月-10月
（2）实验地点：四川省雅江某高陡边坡
（3）实验步骤：
S1：高陡坡本体的表面对进行场地清理，清理内容包括地表垃圾杂物、大块砾石等，并进行适当平整；
S2：在高陡坡本体上铺设一层微孔渗水薄膜，作为水分入渗调控层，其厚度为33µm，孔的直径为0.1µm，孔的数量为50万个/m2；
S3：在步骤S2完成的表面铺装土工格室，所述土工格室为HDPE片材焊接而成的方形结构，土工格室高10cm，单孔格室体积0.001m3；充分张开格室组件，在节点位置用锚钉固定，锚钉长度为40cm；四周用U型锚钉按间距70cm进行固定，中间用F型锚钉按间距1.2m呈三角形固定；
S4：先将微孔储水袋和毛细排水带共同置于土工格室中，微孔储水袋的容积为50ml/个，每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为13cm，微孔储水袋的厚度为27µm，微孔的直径为0.2µm，微孔数量为50万个/m2，毛细排水带的长度为9cm，宽度为3cm，大端向上，然后向每一土工格室内铺填植物生长基质，该植物生长基质由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，铺完后手摸整平；
S5：向每一土工格室内播种白三叶种子，每个格室内播5-8粒种子；
S6：人江浇水养护，采用高压雾化方式向每一土工格室表面浇水，首次浇水量以饱和为准，在种子萌发期及生长期不进行补水。
（4）实验结果：
以不加微孔储水袋和毛细排水袋的土工格室结构和相应基质培育白三叶种子为对比试验，在施工20天后，本发明的种子发芽率约为93%，对比试验的种子发芽率约为66%；45天之后，在未浇水也未降雨并且阳光非常强的情况下，本发明的白三叶存活率在90.7%以上，植物群落分布比例适宜，空间层次分明，植被盖度在97%以上，叶层均高约22cm，基本不可见植物生长基质，而对比试验的植被存活率约为40%以下，植物群落分布不均，空间层次杂乱，可见植物生长基质外露，再对植物生长基质的含水量进行测试，得本发明植物生长基质的含水量约为24.7%，而对比试验中植物生长基质的含水量约为6.3%，由此可见，本发明可对植物生长基质进行有效补水，从而对植被进行恢复水分，实现植被的水份自适应调控。
实验二：
（1）实验时间：2015年2月-4月
（2）实验地点：四川省彭州某滑坡坡体
（3）实验步骤：
S1：高陡坡本体的表面对进行场地清理，清理内容包括地表垃圾杂物、大块砾石等，并进行适当平整；
S2：在高陡坡本体上铺设一层微孔渗水薄膜，作为水分入渗调控层，其厚度为42µm，孔的直径为0.33µm，孔的数量为80万个/m2；
S3：在步骤S2完成的表面铺装土工格室，所述土工格室为HDPE片材焊接而成的方形结构，土工格室高10cm，单孔格室体积0.001m3；充分张开格室组件，在节点位置用锚钉固定，锚钉长度为40cm；四周用U型锚钉按间距70cm进行固定，中间用F型锚钉按间距1.2m呈三角形固定；
S4：先将微孔储水袋和毛细排水带共同置于土工格室中，微孔储水袋的容积为100ml/个，每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为18cm，微孔储水袋的厚度为51µm，微孔的直径为0.5µm，微孔数量为80万个/m2，毛细排水带的长度为9cm，宽度为3cm，然后向每一土工格室内铺填植物生长基质，该植物生长基质由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，铺完后手摸整平；
S5：向每一土工格室内播种白三叶种子，每个格室内播5-8粒种子；
S6：人江浇水养护，采用高压雾化方式向每一土工格室表面浇水，首次浇水量以饱和为准，在种子萌发期及生长期不进行补水。
（4）实验结果：
以不加微孔储水袋和毛细排水袋的土工格室结构和相应基质培训白三叶种子为对比试验，在施工25天后，本发明的种子发芽率约为96.2%，对比试验的种子发芽率约为68.3%；40天之后，在未浇水未降雨并且日照一般的情况下，本发明的植被存活率约为93.2%，植物群落分布比例适宜，空间层次分明，植被盖度在98%以上，基本不可见植物生长基质，而对比试验的植被存活率约为38%以下，植物群落分布不均，空间层次杂乱，可见植物生长基质外露，再对植物生长基质的含水量进行测试，得本发明的含水量约为33.3%，而对比试验的含水量约为8.1%，由此可见，本发明可对植物生长基质进行有效补水，从而对植被进行恢复水分，实现植被的水份自适应调控。
实验三：
（1）实验时间：2013年6月
（2）实验地点：龙门山地震带某受损高陡边坡植被
（3）实验步骤：
S1：对高陡坡本体的表面对进行场地清理，清理内容包括地表垃圾杂物、大块砾石等，并进行适当平整；
S2：在高陡坡本体上铺设一层微孔渗水薄膜，作为水分入渗调控层，其厚度为47µm，孔的直径为0.45m，孔的数量为100万个/m2；
S3：在步骤S2完成的表面铺装土工格室，所述土工格室为HDPE片材焊接而成的方形结构，土工格室高10cm，单孔格室体积0.001m3；充分张开格室组件，在节点位置用锚钉固定，锚钉长度为40cm；四周用U型锚钉按间距70cm进行固定，中间用F型锚钉按间距1.2m呈三角形固定；
S4：先将微孔储水袋和毛细排水带共同置于土工格室中，微孔储水袋的容积为100ml/个，每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为20cm，微孔储水袋的厚度为50µm，微孔的直径为0.35µm，微孔数量为95万个/m2，毛细排水带的长度为9cm，宽度为3cm，然后向每一土工格室内铺填植物生长基质，该植物生长基质由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，铺完后手摸整平；
S5：向每一土工格室内播种白三叶种子，每个格室内播5-8粒种子；
S6：人江浇水养护，采用高压雾化方式向每一土工格室表面浇水，首次浇水量以饱和为准，在种子萌发期及生长期不进行补水。
（4）实验结果：
同时采用传统的只用土工格室和相同植物生长基质的结构作为对照实验，并同时播种高羊茅种子，在人工浇水管理条件下，浇水量相同，测得本发明的径流量比对照实验产生的径流量减少了66.7%，在连续25天无降水并且日照非常强的情况下，测得本发明植物生长基质的含水量为19.2%，而对照实验的植物生长基质的含水量为7.8%。
2014年6月，在施工1年后，本发明的植被覆盖率达95%以上，而对照实验的植被覆盖率约为60%，由此可见，本发明的高陡坡植被恢复水分调控系统保水能力远远大于传统的植被水分恢复系统，应用本发明的高陡坡植被恢复水分调控系统可有效提高降水利用率，提高植被的存活率和生长速度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，由下至上的结构为：
水分入渗调控层，铺设于高陡坡本体的表面，该水分入渗调控层为微孔渗水薄膜，其厚度为33-47µm，孔的直径为0.1-0.45µm，孔的数量为50-100万个/m2；
土工格室，尺寸为10cm*10cm，高度为10cm；
植物生长基质，由草炭198份，蛭石206份，种植土1200份，保水剂47份，复合肥26份，消毒剂1份，粘结剂1份，按重量比混合均匀制成，填充于所述土工格室中；
微孔储水袋和毛细排水带，共同埋于植物生长基质并位于土工格室中，其中，微孔储水袋的容积为50-100ml/个，相邻每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为13-20cm，微孔储水袋的厚度为27-51µm，微孔的直径为0.1-0.5µm，微孔数量为50-95万个/m2，毛细排水带的高位端为自由端，低位端伸入微孔储水袋中，并与微孔储水袋焊接固定。
2.如权利要求1所述的高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，微孔储水袋内填充有塑料制成并起支撑作用的骨架、玻璃纤维或岩棉纤维。
3.如权利要求1所述的高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，所述毛细排水带的高位端截面积大于低位端的截面积。
4.如权利要求1所述的高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，所述毛细排水带的长度为8.5-9.5cm，宽度小于3cm。
5.如权利要求1所述的高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，所述水份入渗调控层的厚度为38-42µm，孔的直径为0.23-0.33µm，孔的数量为70-80万个/m2。
6.如权利要求1所述的高陡坡植被恢复水分调控系统，其特征在于，微孔储水袋的容积为70-80ml/个，相邻每个微孔储水袋的纵向间距和横向间距均为17-18cm，微孔储水袋的厚度为36-43µm，微孔的直径为0.35µm，微孔数量为50-95万个/m2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Sun Hailong Inventor after: Li Shaocai Inventor after: Li Fubin Inventor before: Li Shaocai Inventor before: Sun Hailong Inventor before: Li Fubin |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |