CN110366986B - 矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法 - Google Patents

矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法，植生层结构包括在待恢复边坡由下至上层叠设置的排水层、植生基层、植生面层；排水层用于让水沿待恢复边坡向下排出；植生基层包括铺设的网格状的土工格室、以及填充在土工格室的网格内的营养土；植生面层中含有植物种子，以生长形成植被。植生层结构实施在矿区无植被生长条件的酸性或碱性废石堆场等边坡进行植被恢复，以期建立可持久、自然演替的植被体系，达到固土护坡，防止水土流失的目的，避免污染下游耕地与水体，同时改善矿区生态环境的酸性或碱性废石堆场边坡生态治理方法。

Description

矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法
技术领域
本发明涉及矿山废弃地生态修复技术领域，更具体地说，涉及一种矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法。
背景技术
有色金属是国民经济发展的重要基础原材料，广泛应用于电力、交通、建筑、机械、电子信息、航空航天、国防军工等现代高新技术产业领域。
我国有色金属资源矿丰富但多为复合矿，复合矿物中赋存有较大比例的硫化物，赋存有硫化矿物的有色金属矿比例超过75％。有色金属矿开采(尤其是露采剥离)、冶炼、加工等过程中，产生大量的含硫化矿物的废石、尾矿、矿渣等固体废弃物，年产生量数亿吨。这些含硫化矿废弃物长期裸露堆置，高含量的硫化矿物遇空气中的氧气氧化酸化，遇降雨渗滤出强烈的酸性废水，同时将矿物中的重金属离子浸出。
因此，酸性污染已成为我国矿区废石场、尾矿库等废弃地的主要污染问题，降水淋溶出的废水多呈强酸性(或强碱性)，毒害物质易随降水淋溶迁移扩散，污染周边土壤和水体，造成土壤环境极度恶化，寸草不生，严重破坏生态环境，植被恢复难度极大。
我国矿区复垦技术研究相对落后，尤其是酸性污染废弃地的生态修复，多为简单的土方工程(覆土)或客土喷播工艺，无法从根本上阻止酸性污染对植物的毒害。因此，有色金属矿山废弃地的生态治理突出的难题是有效防止毒害物质迁移和持久恢复植被。我国当前矿区复垦技术研究在防止酸性污染迁移，持久性恢复生态建立植被方面尚处于初步研究阶段。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构，包括在待恢复边坡由下至上层叠设置的排水层、植生基层、植生面层；
所述排水层用于让水沿所述待恢复边坡向下排出；
所述植生基层包括铺设的网格状的土工格室、以及填充在所述土工格室的网格内的营养土；
所述植生面层中含有植物种子，以生长形成植被。
优选地，所述排水层包括在坡顶及坡体平台修筑的排水沟、以及沿坡面向下修筑的跌水沟。
优选地，所述排水层还包括铺设在所述待恢复边坡的土工排水网，所述土工排水网包括网状片材、覆盖在所述网状片材上的过滤层，所述过滤层上设有第一透水孔。
优选地，所述网状片材由聚乙烯制成，所述过滤层为平面带凹坑结构。
优选地，每间隔0.3-1.0m沿坡面纵向自上而下铺设一条土工排水网，所述土工排水网厚度为1～3cm。
优选地，所述土工格室由高密度聚乙烯膜片经高强力焊接形成的三维网状格室结构，所述膜片的靠近所述排水层的部分设有第二透水孔。
优选地，所述营养土由植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩组成，植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩的体积比为(4～6)：(1.5～2)：(0.5～1)：(2～3)。
优选地，所述植生层面层包括由植物种子、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、生物有机肥、pH缓冲剂、水混拌均匀形成的种子悬浮浆液，喷播在所述植生基层上形成3～5cm的植生面层。
一种采用所述矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构的恢复方法，包括以下步骤：
S1、在在待恢复边坡整理水系，设置用于让水沿所述待恢复边坡向下排出所述排水层；
S2、在所述排水层上铺设网格状的土工格室、以及在所述土工格室的网格内填充营养土，形成所述植生基层；
S3、在所述植生基层上喷射形成含有植物种子的所述植生面层，以生长形成植被。
优选地，
所述步骤S2中，所述土工格室由锚杆固定在所述坡面；
所述恢复方法还包括以下步骤：
S4、在所述植生面层覆盖13～20g/m2的无纺布覆盖。
实施本发明的矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构及恢复方法，具有以下有益效果：植生层结构实施在矿区无植被生长条件的酸性或碱性废石堆场等边坡进行植被恢复，以期建立可持久、自然演替的植被体系，达到固土护坡，防止水土流失的目的，避免污染下游耕地与水体，同时改善矿区生态环境的酸性或碱性废石堆场边坡生态治理方法。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中的待恢复边坡上设置排水层后的结构示意图；
图2是本发明实施例中的待恢复边坡上设置植生层结构后的断面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一个优选实施例中的矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构包括在待恢复边坡4由下至上层叠设置的排水层1、植生基层2、植生面层3，形成多层阻控式植生层结构，本实施例中，待恢复边坡4通常为矿区无植被生长条件的酸性或碱性废石堆场等边坡。
排水层1用于让水沿待恢复边坡4向下排出，优选地，排水层1包括在坡顶及坡体平台修筑的排水沟11、以及沿坡面向下修筑的跌水沟。
排水层1还包括铺设待恢复边坡4的土工排水网12，土工排水网12包括网状片材、覆盖在网状片材上的过滤层，过滤层上设有第一透水孔，让水向下排出。
网状片材由聚乙烯制成，过滤层为平面带凹坑结构，对过滤层形成支撑，在水能从过滤层下侧通过。三维土工排水网12厚度一般为1～3cm，可防止过滤层下嵌，滤水排水效果好，耐腐蚀性强，可保持持久性排水功能。
土工排水网12宽一般在20～30cm，每间隔0.3-1.0m沿坡面纵向自上而下铺设一条土工排水网12，在强酸性坡面或坡面存在管涌现象的废石堆土坡面，可适当缩小坡面土工排水网12间隔，以加强疏导功能。
土工排水网12一是能够使降雨汇水形成的坡面径流及时排出，防止过多汇水对废石堆体形成“浸提、淋溶”效应，将毒害物质浸出形成酸性径流，二是及时让汇水沿着土工排水网12排出坡面，避免坡面涌水污染中层改良植生基层2，三是降低坡面径流压力，避免涌水冲刷中层改良植生层。
此外，下层土工排水网12将中层改良植生基层2与酸性坡面基底形成良好的分层隔离，使酸性堆体淋溶形成的酸性径流与中层改良植生基层2隔离，有效防治酸性径流压力过大向中层改良植生基层2迁移扩散造成污染。
同时，土工排水网12间隔布置，可为抗逆性强的植物根系向坡体下层延伸预留了良好通道，避免待恢复坡面上的雨水等对植生基层2、植生面层3形成冲刷。
植生基层2包括铺设的网格状的土工格室21、以及填充在土工格室21的网格内的营养土；土工格室21由高密度聚乙烯(HDPE)膜片经高强力焊接形成的三维网状格室结构，土工格室21高一般在80～200mm，膜片的靠近排水层1的部分设有第二透水孔22。
土工格室21由强化的HDPE膜片材料经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构土工格室21，土工格室21沿坡面布置，并用30～50cm长的耐腐蚀性玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆23固定于坡面。
土工格室21内填充改良有机营养土，由植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩组成。植壤土、生物发酵有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩体积比优选为(4～6)：(1.5～2)：(0.5～1)：(2～3)，充分混匀后填充于土工格室21，形成具有一定孔隙度的改良植生基层2。
改良植生基层2为植物生长提供了良好的土壤环境和生长空间，其中石灰起到改良酸性和缓冲pH的作用；植壤土和有机肥能够为植物后期生长提供充足的有机质和营养元素；粗砂或珍珠岩可有效增加改良营养土的孔隙度，这样既能满足蓄水保墒的作用，又能满足其透水滤水功能，避免降雨过程中底层酸性径流泄水不畅造成局部涌水污染中间改良植生基层2，及对植生基层2造成冲刷。
土工格室21膜片上的第二透水孔22可增强改良植生基层2的雨水渗漏与径流作用，降低中间植生基层2径流泄水压力，同时更有利于下层酸性径流泄水。
植生面层3中含有植物种子，以生长形成植被。植生层面层包括由植物种子、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、生物有机肥、pH缓冲剂、水混拌均匀形成的种子悬浮浆液，利用喷播机械喷播在植生基层2上形成3～5cm的植生面层3。
植生层结构实施在矿区无植被生长条件的酸性或碱性废石堆场等边坡进行植被恢复，以期建立可持久、自然演替的植被体系，达到固土护坡，防止水土流失的目的，避免污染下游耕地与水体，同时改善矿区生态环境的酸性或碱性废石堆场边坡生态治理方法。
在一些实施例中，采用植生层结构对矿山污染废石堆场边坡植被恢复的恢复方法，包括以下步骤：
S1、在在待恢复边坡4整理水系，设置用于让水沿待恢复边坡4向下排出排水层1；
清理坡面：清除坡面浮石、碎石，修整坡面，保证坡面平整稳固，以便后续土工排水网12和土工格室21与坡面紧密贴合固定。
整理坡面水系：在坡顶及坡体平台等高线修筑排水沟11，横向间隔100m左右沿坡面纵向修筑跌水沟，完善坡体水系，避免降雨汇水冲刷。
铺设土工排水网12：每间隔0.3～1.0m，沿坡面纵向自上而下铺设一条土工排水网12。在强酸性坡面可适当缩小土工排水网12间隔，加强排水功能。
S2、在排水层1上铺设网格状的土工格室21、以及在土工格室21的网格内填充营养土，形成植生基层2；
将土工格室21铺展开，沿坡面铺挂，保证格室完全张开，优选30～50cm长的16#玻璃纤维增强塑料锚杆23固定于坡面。
填充改良植生基层2：土工格室21内填充改良有机营养土，由植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩组成。植壤土、生物发酵有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩体积比为(4～6)：(1.5～2)：(0.5～1)：(2～3)，充分混匀后填充于土工格室21，形成具有一定孔隙度的改良植生基层2。
S3、在植生基层2上喷射形成含有植物种子的植生面层3，以生长形成植被。
植生面层3选用耐酸性的乔灌草型植物种子、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、植壤土、生物有机肥、pH缓冲剂、水等混拌成浆，利用喷播机械均匀喷播在改良植生基层2上形成3～5cm厚的植生面层3。
S4、在植生面层3覆盖无纺布，优选13～20g/m2的无纺布覆盖。
根据天气情况向植生面层3浇水抚养管理，2个月左右成坪后揭去无纺布。
具体地，以某铅锌矿弃渣场边坡生态修复为例：
该弃渣场多由含硫矿渣堆成，长期裸露后导致硫矿物氧化酸化，降雨淋溶后坡面pH在2.5～4.5左右。
采用一般的客土喷播工艺(pH在7.0左右)，短暂恢复植被后，一旦遇降雨客土层就基本被酸性淋溶液污染，pH值达到3.0～5.0左右，绝大部分植物难以存活，出现大面积枯死。
后采用本发明技术进行治理：平整压实坡面后，沿坡顶、平台修筑跌排水沟11；横向间隔0.8m，沿坡面纵向铺排一条土工排水网12。
铺挂10cm高的土工格室21并用50cm长锚杆23固定，并填充具有较高孔隙度的有机基材，植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩体积比＝5.0：2.0：0.5：2.5，形成8cm厚度的改良植生基层2。
选用狗牙根、香茅、苎麻、刺槐、马尾松等耐酸性的乔灌草种子，与过筛细土、有机肥、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、pH缓冲剂、水等搅拌均匀，在植生层表面均匀喷施3.0cm左右；无纺布覆盖后每天早晚视情况浇水养护，一个半月后基本成坪揭去无纺布。
实施一年后，坡面植被覆盖率达到92％以上，期间经历数场降雨，并未出现植生层明显酸化和植物大面积死亡现象，植被恢复效果显著。
另以某铜矿弃土场边坡植被恢复为例：
该弃土场由含硫矿渣组成，长期裸露坡面出现酸化。坡顶和平台没有跌排水沟11，降雨后会形成临时性积水，局部坡面出现涌水现象，pH值达到3.5～5.5。
后采用本发明技术进行生态治理，梳理弃土场水系，平整坡面；横向间隔0.5m，沿坡面纵向铺排一条土工排水网12并固定。
铺挂10cm高的土工格室21并用50cm长锚杆23固定，填充有机基材，植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩体积比＝4.0：2.0：0.5：3.5，形成10cm厚度的改良植生层。
选用狗牙根、香茅、百喜草、刺槐、马尾松等灌草种子，与过筛细土、生物有机肥、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、pH缓冲剂、水等搅拌成浆，在植生基层2上均匀喷施3.0cm左右形成植生面层3；无纺布覆盖后每天早晚视情况浇水养护，2个月后基本成坪揭去无纺布。
一年后，坡面植被覆盖率达到95％以上，期间经历数场降雨，坡顶、平台均未有明显积水，坡面未出现涌水现象，植生层pH值也未出现明显酸化现象，植被恢复效果显著。
可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构，其特征在于，包括在待恢复边坡(4)由下至上层叠设置的排水层(1)、植生基层(2)、植生面层(3)；
所述排水层(1)用于让水沿所述待恢复边坡(4)向下排出，所述排水层(1)包括在坡顶及坡体平台修筑的排水沟(11)、以及沿坡面向下修筑的跌水沟，所述排水层(1)还包括铺设在所述待恢复边坡(4)的土工排水网(12)，所述土工排水网(12)包括网状片材、覆盖在所述网状片材上的过滤层，所述土工排水网(12)厚度1~3cm，所述土工排水网(12)宽度在20~30cm，每间隔0.3-1.0m沿坡面纵向自上而下铺设一条土工排水网(12)，所述过滤层上设有第一透水孔，所述网状片材由聚乙烯制成，所述过滤层为平面带凹坑结构；
所述植生基层(2)包括铺设的网格状的土工格室(21)、以及填充在所述土工格室(21)的网格内的营养土，所述土工格室(21)是由高密度聚乙烯膜片经高强力焊接形成的三维网状格室结构，所述膜片的靠近所述排水层(1)的部分设有第二透水孔(22)，所述营养土由植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩组成，植壤土、生物有机肥、石灰、粗砂或珍珠岩的体积比为(4～6)：(1.5～2)：(0.5～1)：(2～3)；
所述植生面层(3)中含有植物种子，以生长形成植被，所述植生面层包括由植物种子、粘结剂、纸浆、复合肥、保水剂、生物有机肥、pH缓冲剂、水混拌均匀形成的种子悬浮浆液，将所述种子悬浮浆液喷播在所述植生基层(2)上形成3～5cm的植生面层(3)。
2.一种采用权利要求1所述矿山污染废石堆场边坡植被恢复的植生层结构的恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在待恢复边坡(4)整理水系，设置所述排水层(1)用于让水沿所述待恢复边坡(4)向下排出；
S2、在所述排水层(1)上铺设网格状的土工格室(21)、以及在所述土工格室(21)的网格内填充营养土，形成所述植生基层(2)，所述土工格室(21)由锚杆(23)固定在所述坡面；
S3、在所述植生基层(2)上喷射形成含有植物种子的所述植生面层(3)，以生长形成植被；
S4、在所述植生面层(3)覆盖13～20g/m2的无纺布。
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