CN112293123A - 一种坡面修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种坡面修复方法,属于水土资源保持技术领域。所述坡面修复方法包括(1)预处理坡面,使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;(2)在预处理后的坡面上挂硬质防护网,硬质防护网与坡面的间距为3~4cm;硬质防护网的网孔孔径为4~6cm;(3)向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质,类壤土基质中包括植物种子;植物种子在类壤土基质中的质量不小于0.04kg/m2;植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计为:2.5~3.5:4~6:1.5~2.5。本发明提供的方法能有效回复山体植被,且修复后只需要1~2年的人工养护,即可形成无需人工养护的循环稳定生态系统。
Description
技术领域
本发明属于水土资源保持技术领域,具体涉及一种坡面修复方法。
背景技术
自然情况下山体原坡面的土层结构主要是:全风化层、强风化层、弱风化层和基岩,一般人为因素扰动造成了对全风化层和强风化层的破坏。
“类壤土基质”是指接近自然壤土结构的人工基质。本领域常规使用类壤土基质铺设于山体表面,利于植物生长发育及水土保持,实现山体绿化。
目前的山体绿化工程通常使用喷播+人工养护的模式。喷播的山体绿化方法从土壤结构上说,只能营造出表层部分(腐殖质层),表层部分与岩(土)面结合力弱,基质骨架支撑强度低且不完整,抵抗雨水冲蚀和风等外力作用不强,在不发育的裸岩高边坡上植被修复效果不理想,草本植物生长快于木本植物生长,造成木本植物数量很少,其根系无法将基岩面上的基质层箍束,形成基质塌落缺失,基质厚度逐年减少,植被修复目标难以保证,与周边山貌融为一体较难实现。
发明内容
有鉴于背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种坡面修复方法,及其制备方法和应用。
本发明提供了一种坡面修复方法,包括如下步骤:
(1)预处理坡面,使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;
(2)在预处理后的坡面上挂硬质防护网,所述硬质防护网与坡面的间距为3~4cm;所述硬质防护网的网孔孔径为4~6cm;
(3)向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质,所述类壤土基质中包括植物种子;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量不小于0.04kg/m2;所述植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计为:2.5~3.5:4~6:1.5~2.5。
优选的,步骤(2)所述硬质防护网为镀锌铁丝网,所述镀锌铁丝网的型号为14~16#。
优选的,步骤(2)所述硬质防护网通过锚杆固定,所述锚杆的直径为8~10mm;所述锚杆的锚固长度为10~15cm;每两个锚杆的坡面间距为400~600cm。
优选的,当所述坡面为山体坡面时,在坡面陡边处沿坡顶线以0.8~1.2米的坡面间距设置主锚钉,所述主锚钉的直径为8~10mm;所述主锚钉的锚固长度为10~15cm。
优选的,步骤(2)所述硬质防护网与坡面之间填充有植物垫;所述植物垫的规格为55~65cm×30~40cm×12~16cm;每两个植物垫的坡面间距为150~250cm。
优选的,步骤(3)所述类壤土基质包括表土、有机肥、活性炭、纤维物、保水剂、粘结剂、基质添加剂和植物种子;所述表土在所述类壤土基质中的质量为110~130kg/m2;所述有机肥在所述类壤土基质中的质量为3~5kg/m2;所述活性炭在所述类壤土基质中的质量为0.3~0.5kg/m2;所述纤维物在所述类壤土基质中的质量为3~5kg/m2;所述保水剂在所述类壤土基质中的质量为0.02~0.03kg/m2;所述粘结剂在所述类壤土基质中的质量为0.01~0.016kg/m2;所述基质添加剂在所述类壤土基质中的质量为0.005~0.015kg/m2;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量为0.04~0.05kg/m2;
所述基质添加剂包括可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石;所述可降解高分子材料混合物由包括如下质量份的原料制备得到:淀粉10~15份,赤霉素0.5~1.5份,甲壳质0.2~0.8份和水80~90份;所述可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~4)。
优选的,步骤(3)所述类壤土基质包括底层类壤土基质和表层类壤土基质;所述底层类壤土基质的坡面垂直厚度为8~12cm;所述类壤土基质的总坡面垂直厚度为12~16cm。
优选的,在所述底层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(2~4)。
优选的,在所述表层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~3)。
优选的,喷施类壤土基质后,还包括为期1~2年的人工养护。
有益效果:本发明提供了一种坡面修复方法,包括如下步骤:(1)预处理坡面,使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;(2)在预处理后的坡面上挂硬质防护网,所述硬质防护网与坡面的间距为3~4cm;所述硬质防护网的网孔孔径为4-6cm;(3)向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质,所述类壤土基质中包括植物种子;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量不小于0.04kg/m2;所述植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计为:2.5~3.5:4~6:1.5~2.5。本发明提供的方法能有效恢复山体植被,且修复后只需要1~2年的人工养护,即可形成无需人工养护的循环稳定生态系统。
附图说明
图1为本发明实施例3对类壤土基质喷附和普通喷播不同方法施工后植被覆盖的比较结果;
图2为本发明实施例3对无锡市锡山区东郊山关闭矿山地质环境生态综合治理项目取样调查中,物种数量变化情况;
图3为本发明实施例3对无锡市锡山区东郊山关闭矿山地质环境生态综合治理项目中土壤厚度进行测量的结果;
图4为本发明实施例3对处理后山体坡面的水文作用和入渗量进行测量和评价的结果;
图5为本发明实施例3对处理后山体坡面的根系加筋作用和锚固作用进行测定和分析的结果。
具体实施方式
本发明提供了一种坡面修复方法。在本发明中,所述坡面优选包括山体坡面、公路和铁路高陡度边坡、河堤大坝护坡等,更优选包括山体坡面。
本发明所述坡面修复方法包括如下步骤:
(1)预处理坡面,使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;
(2)在预处理后的坡面上挂硬质防护网,所述硬质防护网与坡面的间距为3~4cm;所述硬质防护网的网孔孔径为4-6cm;
(3)向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质,所述类壤土基质中包括植物种子;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量不小于0.04kg/m2;所述植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计为:2.5~3.5:4~6:1.5~2.5。
本发明先预处理坡面,清除坡面松散块石及杂物,确保坡面平整,为铺平铁丝网打好基础。在本发明中,所述预处理优选使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;更优选的,所属预处理优选使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±10cm。对于光滑岩面,本发明优选通过加密锚杆或挖掘横沟等措施进行加糙处理,以免基材下滑。对于个别反坡,可用生态植物垫回填处理。
坡面预处理后,本发明在预处理后的坡面上挂硬质防护网。在本发明中,所述硬质防护网与坡面的间距为3~4cm,更优选为3.5cm。所述硬质防护网的网孔孔径优选为4~6cm,更优选为5cm。在本发明中,所述硬质防护网的材质优选为金属网,更优选为镀锌铁丝网。在本发明中,所述镀锌铁丝网的型号优选为14~16#(铁丝的直径范围为1.626~2mm)。
在本发明中,所述硬质防护网优选通过锚杆固定。所述锚杆的直径优选为8~10mm;所述锚杆的锚固长度优选为10~15cm。在本发明中,所述锚杆优选呈菱形分布,每两个锚杆的坡面间距优选为400~600cm,更优选为500cm。在本发明中,当所述坡面为山体破门时,本发明优选在坡面的陡边处沿坡顶线以0.8~1.2米(更优选为1米)的坡面间距设置主锚钉,所述主锚钉的直径优选为8~10mm;所述主锚钉的锚固长度优选为10~15cm。在本发明中,对于个别不平顺的边坡坡面,优选增设L型锚钉,L型锚能确保金属网贴附边坡的坡面,L型锚钉紧固,由此完成边坡基体机构的敷设。
在本发明中,所述硬质防护网与坡面之间优选填充有植物垫。所述植物垫的规格优选为55~65cm×30~40cm×12~16cm,更优选为60cm×35cm×14cm;所述植物垫优选呈菱形放置,每两个植物垫的坡面间距为150~250cm。铺设植物垫可以更好地为植被生长创造立地条件。
硬质防护网挂好后,本发明向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质。在本发明中,所述类壤土基质中优选包括植物种子;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量优选不小于0.04kg/m2。在本发明中,所述植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计,优选为2.5~3.5:4~6:1.5~2.5,更优选为3:5:2。在本发明更具体的方案中,所述植物种子中常绿树木种子与落叶树木种子的质量比例优选为3~5:5~7,更优选为4:6;本发明对所选种子的具体种属不作特别限定,适于待修复坡面当地气候环境,且能够从市售渠道获得的植物种子均可。在本发明中,所有种子在使用前优选进行发芽试验与催芽处理,如系外来物种必须提供检疫报告,禾本科植物种子质量应不低于GB6142-2008规定的二级标准。
在本发明中,所述类壤土基质优选包括表土、有机肥、活性炭、纤维物、保水剂、粘结剂、基质添加剂和植物种子。所述表土在所述类壤土基质中的质量优选为110~130kg/m2,更优选为120kg/m2;所述有机肥在所述类壤土基质中的质量优选为3~5kg/m2,更优选为4kg/m2;所述活性炭在所述类壤土基质中的质量优选为0.3~0.5kg/m2,更优选为0.4kg/m2;所述纤维物在所述类壤土基质中的质量优选为3~5kg/m2,更优选为4kg/m2;所述保水剂在所述类壤土基质中的质量优选为0.02~0.03kg/m2,更优选为0.025kg/m2;所述粘结剂在所述类壤土基质中的质量优选为0.01~0.016kg/m2,更优选为0.013kg/m2;所述基质添加剂在所述类壤土基质中的质量优选为0.005~0.015kg/m2,更优选为0.01kg/m2;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量优选为0.04~0.05kg/m2,更优选为0.045kg/m2。
在本发明中,所述基质添加剂优选包括可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石。所述可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比优选为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~4)。在本发明中,所述可降解高分子材料混合物优选由包括如下质量份的原料制备得到:淀粉10~15份,赤霉素0.5~1.5份,甲壳质0.2~0.8份和水80~90份;更优选的,所述可降解高分子材料混合物由包括如下质量份的原料制备得到:淀粉15份,赤霉素1份,甲壳质0.5份和水85.5份。
在本发明中,所述类壤土基质优选包括底层类壤土基质和表层类壤土基质。所述底层类壤土基质的坡面垂直厚度优选为8~12cm;当坡面为土质坡面时,所述底层类壤土基质的坡面垂直厚度优选为8~10cm;当坡面为岩质坡面时,所述底层类壤土基质的坡面垂直厚度优选为10~12cm。在本发明中,所述类壤土基质的总坡面垂直厚度优选为12~16cm,更优选为13~15cm。
在本发明所述底层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比优选为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(2~4),更优选为2:1:1:3。在本发明所述表层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比优选为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~3),更优选为2:1:1:2。
按本发明提供的上述方法进行坡面修复,能重建土层结构,控制乔、灌、木生长比例,有效预防雨水侵蚀,具有优良的持水性和渗水性,坡体形状适合性良好,树木种子生长1~2年后(一般,在中国南方需要1年时间,中国北方需要2年时间),即无需人工管护,三年后与周边山貌相似度达90%以上。
下面结合具体实施例进一步阐明本发明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)施工前准备阶段
1.1坡面稳定性分析
对拟治理的矿山边坡工程进行地质调查和勘测,查明边坡基本特征、岩土物理力学特性。具体方式为:划分边坡岩体结构类型,并根据坡岩体结构类型判断边坡破坏形式,采用极限平衡分析和变形分析法计算抗剪强度,分析边坡的稳定性,分析岩体的受力条件,如岩体自重、爆破力、工程作用力、地下水作用等,从地质成因方面判断边坡稳定性的变化趋势,获取边坡的稳定性,若稳定性不佳,对边坡进行加固措施。
1.2边坡排险与削坡减载
对过于高陡的边坡进行削坡减载,适当降低其高度和坡度(坡度以≤73度为宜),采用机械为主人工为辅的方法进行坡面清理整平,坡顶处按1∶0.5~0.75进行削坡,排险将坡面整平后不得有较大的凸起和凹陷,如有危岩坡面应与周围平顺连接。
1.3坡面水文勘测与水系排布
对原坡面水系自然径流情况充分调研,结合施工情况设计坡面水系,设置排水系统与灌溉系统,在平整施工结束后进行坡脚排水沟布设,以防止雨水冲击坡面土壤侵害植被,减少水土流失。
1.4生境调研与植物品种选用
收集当地山体或边坡植物群落、气象等资料,充分考虑植物物种多样性,选择有利于植被恢复的先锋植物和适合本地生长的植物品种(优先考虑乡土物种)。根据坡面景观需求,添加坡面平台设置及植物品种色叶搭配。
(2)边坡基体机构敷设
2.1坡面预处理
清除坡面松散块石及杂物,确保坡面平整,为铺平铁丝网打好基础。施工前预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;对于光滑岩面,需要通过加密锚杆或挖掘横沟等措施进行加糙处理,以免基材下滑。对于个别反坡,可用生态植物垫回填。
2.2边坡基体机构敷设
在边坡坡面进行挂网与锚杆施工,金属网(孔径4~6cm)在坡面顶埋入截水沟或土中,自上而下平铺到坡肩,相邻金属网之间采取平接方式,搭接距离不小于10cm,用细铁丝固定,金属网面和坡面之间保持3~4cm的空隙,在边坡坡面陡边处,沿坡顶线以1枚/米的方式设置主锚钉,且通过铁丝牢固连接,实现金属网贴附边坡的坡面,对于个别不平顺的边坡坡面增设L型锚钉,L型锚确保金属网贴附边坡的坡面,L型锚钉紧固,由此完成边坡基体机构敷设。
(3)类壤土基质配制
3.1基质配制
按表1所示类壤土基质配方表,将类壤土基质添加剂作为主要成分添加,再取表土、有机肥、纤维物、粘结剂进行拌和,经充分混合均匀后形成类壤土基质,拌合后的类壤土基质含水率控制在土体最佳含水率与土体塑限含水率之间,储存备用。
表1类壤土基质配方表
表1中,各组分的规格如下:
表土:富含腐殖质及物理性能良好的表土,表层种植土孔径100mm过筛,避免过湿地中的还原性有害物质的土壤;
有机肥:腐熟的粪便,含水量低于30%;
活性炭:工业类,含水量低于15%;主要用作吸附微量重金属及保水;
纤维物:选用草纤维长2~4.5cm,宽2~3mm;
保水剂:粉末状,PH值3~9,吸水倍率>400g水/g,吸水速率<20min,不溶于水;
粘结剂:可降解高分子材料,能溶于水,底基层黏度大于1500CPS,表层黏度大于800CPS;
视坡面状况调节要求配制的基质容重:0.75g/cm3~1.25g/cm3;含水量30%-35%;有机质不小于10%;含氮不小于3.0g/kg;全磷不小于1.2g/kg;全钾不小于8.0g/kg;pH值5.5~8;电导率(EC):0.38ms/cm~4.2ms/cm,土壤阳离子交换量(CEC)不小于140mmol/kg。
3.2喷播种子制备
按照前述1.4所选用植物品种,按照乔、灌、草比例3:5:2、用量少于0.05kg/m2的标准制备种子。所有种子均要在使用前进行发芽试验与催芽处理,如系外来物种必须提供检疫报告,禾本科植物种子质量应不低于GB6142-2008规定的二级标准。
(4)类壤土基质喷播实施治理修复
4.1类壤土基质底基层(模拟淋溶层、强风化层)喷播
由专业人员操作,使用特制喷播设备将类壤土基质底基层物质送至喷射管口,在喷射管口加入水与底基层物质混合后喷射在坡面和金属网上,使底基层平均厚度达到一定标准(一般土质坡面为8~10cm,岩质坡面适当增厚)。
4.2类壤土基质表层(模拟腐殖质层,全风化层)喷播
当第一次喷射的底基层平均厚度达到标准后,将种子混合到表层类壤土基质内,使用特制喷播设备将表层物质送至喷射管口,紧接着进行二次喷射。当两次喷射的类壤土基质混合物平均厚度积累到12~16cm时,结束第二次喷射。
(5)后续养护
类壤土基质喷播结束后的一段时间内,需要进行人工养护,养护内容包括覆盖无纺布、浇水、施肥、病虫防治、补种和后期监测等。采用本技术系统进行矿山治理修复后,南方地区一般在1年内,北方地区一般在2年内可形成无需人工养护的循环稳定生态系统。
实施例2
无锡市锡山区东郊山关闭矿山地质环境生态综合治理项目。该项目与实施例1的区别在于,类壤土基质的制备方法和类壤土基质的喷附方法。
其中,类壤土基质的制备方法如下:
(1)表层基质添加剂的制备:
室温条件下(25℃)掺配淀粉、赤霉素、甲壳质、水,按质量比为13:1:0.5:85.5进行混合,混合时先将按比例称量的淀粉溶于水中,搅拌均匀,待全部溶解后按比例称量的甲壳质加入到淀粉水溶液中,搅拌均匀最后加入按比例称量的赤霉素,形成可降解高分子材料混合物。
室温条件下将可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石、麦饭石按重量比2:1:1:2充分搅拌均匀混合形成表层基质添加剂。
(2)表层类壤土基质的制备:
按表2所示类壤土基质配方表,将表层基质添加剂作为主要成分添加,再取表土、有机肥、纤维物、粘结剂进行拌和,经充分混合均匀后形成类壤土基质,拌合后的类壤土基质含水率控制在土体最佳含水率与土体塑限含水率之间,储存备用。
表2表层类壤土基质配方表
表2中,各组分的规格如下:
表土:富含腐殖质及物理性能良好的表土,表层种植土孔径100mm过筛,避免过湿地中的还原性有害物质的土壤;
有机肥:腐熟的粪便,含水量低于30%;
活性炭:工业类,含水量低于15%;
纤维物:选用草纤维长3~5cm,宽2~3mm;
保水剂:粉末状,PH值3~9,吸水倍率>400g水/g,吸水速率<20min,不溶于水;
粘结剂:可降解高分子材料(如聚乙烯类高分子材料),能溶于水,表层黏度大于800CPS;
视坡面状况调节要求配制的基质容重:基质容重0.75g/cm3~1.0g/cm3;含水量31%~35%;高分子材料、赤玉土、蛭石、麦饭石等多种矿物质重量比2:1:1:2;强化基质颗粒骨架孔隙营造,木本植物根系易伸入土壤,基质表面抗蒸腾能力加强,掺入植物纤维的复合土体在强紫外线照射下,基质界面表面张力会缩小表面缝隙,反之,在湿度大的夜晚或光线较弱的情况下,打开缝隙,吸取湿度并储存。
(3)底层基质添加剂的制备
室温条件下(25℃)掺配淀粉、赤霉素、甲壳质、水,按质量比为13:1:0.5:85.5进行混合,混合时先将按比例称量的淀粉溶于水中,搅拌均匀,待全部溶解后按比例称量的甲壳质加入到淀粉水溶液中,搅拌均匀最后加入按比例称量的赤霉素,形成可降解高分子材料混合物。
室温条件下将可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石、麦饭石按重量比2:1:1:3充分搅拌均匀混合形成底层基质添加剂。
(4)底层类壤土基质的制备:
按表3所示类壤土基质配方表,将底层基质添加剂作为主要成分添加,再取表土、有机肥、纤维物、粘结剂进行拌和,经充分混合均匀后形成类壤土基质,拌合后的类壤土基质含水率控制在土体最佳含水率与土体塑限含水率之间,储存备用。
表3底层类壤土基质配方表
表3中,各组分的规格如下:
表土:富含腐殖质及物理性能良好的表土;
有机肥:腐熟的粪便,含水量低于30%;
活性炭:工业类,含水量低于15%;
纤维物:选用草纤维长3~5cm,宽2~3mm;
粘结剂:高分子材料(如聚乙烯类高分子材料),能溶于水,底基层黏度大于1500CPS;
保水剂:粉末状,PH值3~9,吸水倍率>400g水/g,吸水速率<20min,不溶于水;
视坡面状况调节要求配制的基质容重:基质容重1.0g/cm3~1.25g/cm3;含水量30%~31%;高分子材料、赤玉土、蛭石、麦饭石等多种矿物质重量比2:1:1:3;强化基质颗粒骨架强度营造。粘胶用量为表层的1.5倍,强力粘附与岩面上,直至三年后乔灌木根系扎入岩体(或凸凹处),形成自然的锚固状态。
按本实施例所述方法处理山体坡面,形成的结构层包括:
①底基层:主要是模拟土壤的强风化层(淋溶层),具有高强度的抗冲刷能力,可以使基质更好地粘附于矿山边坡基岩上。
②表层:主要是模拟土壤的全风化层(腐殖质层),含有较丰富的矿物质、空气、水、有机物等,利于种子萌发和水土保持。
底基层和表层的质量比例约为3:1;底基层和表层能为植物提供充足的水分和养分,供植物长期生长;对于干旱、半干旱区尤其是特殊区域实施治理工作,具有针对性地解决问题,能有效提高植被的越冬率和返青率。
土壤基质种子包含在表层中,且自身具有一定的强度和稳定性。植物生长后形成的凋落物与类壤土基质相互作用,将形成新的有机质层,成为植物后期生长的养分来源,建立无需人工养护的循环稳定的生态系统。
类壤土基质的喷附方法如下:
(1)喷底层类壤土基质
采取系统化喷附设备实现喷附工艺。机械搅拌后的类壤土底基层,用空压机喷附在锚固网的岩(土)面上,厚度在5~6cm,岩面凹处,厚度可增加1~2cm。
(2)喷类表层类壤土基质
底层类壤土基质喷附结束一周,进行表层类壤土基质的喷附。将草种及树种处理搅拌后,喷附在底层上,厚度在7~9cm。
实施例3
测定实施例2所述山体坡面修复方法的应用效果。
(1)覆盖度:覆盖度是衡量破损山体边坡植被修复的重要直观指标,覆盖度数值大,说明新建立的植物群落好,环境改善。
覆盖度调查方法采用无人机和人工调查相结合的方法。对类壤土基质喷附和普通喷播不同方法施工后植被覆盖进行比较,结果见图1。由图1可知:①两种工艺施工后植被覆盖度在开始时候增加的很快,随着时间的变化,植被覆盖度基本趋于稳定。②类壤土基质喷附施工后比普通喷播施工后的植被覆盖度要高。
(2)多样性:群落演替中的多样性是一个重要指标,也是衡量矿山修复治理成果的主要指标。破损山体新的植被群落的建立和正常演替要尊重自然规律,比例也要参照自然状况。
多样性调查方法采用样方法。调查样方选取5×5㎡的样地,坡面取样点不少于总面积的10%。在山体的不同高层坡面上各选取四个位置作为样地选择点(以30米高程取一次,每次不少于5个点)。每年二次(冬季、夏季)对无锡市锡山区东郊山关闭矿山地质环境生态综合治理项目取样调查,结果见表4和图2。
表4乔灌木数量随时间变化情况(100m2)
单位:棵 | 第一年 | 第二年 | 第三年 | 第五年 | 第七年 | 第九年 |
刺槐 | 20 | 16 | 13 | 12 | 9 | 9 |
臭椿 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 7 |
大叶女贞 | 51 | 43 | 40 | 36 | 33 | 32 |
石楠 | 31 | 25 | 22 | 21 | 19 | 19 |
火棘 | 20 | 19 | 18 | 16 | 15 | 15 |
表4和图2表明:木本植物在第一至二年较稳定,以后数据逐步的变大;草本增长较慢,在第七年突然加快,经分析为风力或飞禽传播所致。可以证明,在前两年植物是人工改变的,后来基质土壤环境的影响和自然环境的干涉融合,植物群落更接近野生状态。
本发明提供的山体坡面修复方法(尤其是类壤土基质的使用),改变了破损山体的面貌,新的植物群落形成并向自然状态演替,加之风力和飞禽带来周边的物种,使得群落逐步野生状态。从第二年开始无需人工养护达到永久性修复,与原山貌融为一体,相似度逐年提高。
株高生长量是衡量破损山体修复的主要技术指标。本发明对乔灌木物种株高生长量等数据进行了调查,结果见表5。
表5乔灌木物种株高生长量随时间变化情况
单位:cm | 第一年 | 第二年 | 第三年 | 第五年 | 第七年 | 第九年 |
刺槐 | 50 | 120 | 210 | 420 | 620 | 900 |
臭椿 | 40 | 150 | 250 | 400 | 600 | 800 |
大叶女贞 | 30 | 80 | 120 | 150 | 185 | 220 |
石楠 | 25 | 40 | 60 | 110 | 130 | 150 |
火棘 | 26 | 40 | 80 | 140 | 160 | 170 |
海桐 | 12 | 30 | 55 | 80 | 100 | 130 |
表5表明:量取的木本植物在这九年内其生长量都是稳固的,也说明采用的物种是合理的。
本发明在植物的选择上,以本地耐性强的物种为主,既注意到植物的功能、作用、大小、适应性、周期性、防治、延续性,还注重植物对自然环境的影响。
(3)对无锡市锡山区东郊山关闭矿山地质环境生态综合治理项目土壤厚度进行测量,结果见图3。图3中,喷附基质结束时10~12cm,现在(处理9年后)厚度15~18cm,表明植壤土层在逐年长厚,供给植物体系养分所需。
枯枝落叶和腐草经过增加了土壤有机质的厚度、滞留的灰尘和动物排泄物、根系生长挤压,也增加了土壤厚度。随着植物群落的演替,土壤层在逐年“长”厚。
(4)水土保持:
①水文作用
破损山体边坡中的地下水以多种方式影响边坡的稳定性,孔隙水压力是一个重要途径。孔隙水压力改变边坡岩土颗粒应力状态和力学形状,易降低边坡的稳定性甚至可触发边坡失稳。自然界的木本植物根系扎入岩(土)中,它们的蒸腾作用可显著减小土壤孔隙水压力,保护坡体稳定的作用明显。乔木、灌木的叶片阻碍了降雨作用,通过叶面吸收和蒸发,使得渗透(入土壤)的雨水减少。基质中根系把土壤中的水分剥离,水分通过蒸腾作用进入大气,减少孔隙水压力。根系箍束了坡面的土壤颗粒,基质中的纤维和矿物质颗粒加大了坡面的粗糙度,降低了土壤被冲蚀的概率。
②入渗量
水分进入土壤形成土壤水。实验方法:染色失踪渗透试验,模拟的总降雨量200L,开挖土层深度:0-30cm。增加了土壤有机质含量,改善了土壤结构,具有优良的保肥性能;含有丰富的孔隙结构,促进土质疏松,改善了土壤的透水透气性;提高了植被覆盖度,减少表层土壤流失,表现出几乎完美的侵蚀控制性能。
本发明对处理后山体坡面的水文作用和入渗量进行测量和评价。结果见图4。图4表明:本发明提供的山体坡面修复方法具有良好的侵蚀控制性能,能增加流动阻力,使土壤损失最小化,降低径流的浊度(NTU),含有丰富的孔隙结构,具备保水及渗水性能,以及水文-机械效应。
壤土基质含有丰富的孔隙结构,具备保水及渗水性能,满足植被生长要求。在与近地面大气和与表层至浅层土壤的相互作用中,植被表现出相应的水文-机械效应,在边坡上形成一定的抗冲蚀性状。使用类壤土基质喷附技术,不需要精细分级和广泛的土壤处理,就可以立即应用,降低了总体成本。
(5)生物防护
①植物根系的加筋作用
类壤土基质技术喷附后,树木根系在基质中匍匐分布,可以看成一种柔性含纤维材料,根土根土混合体可看成是三维含纤维土。掺入根系的根土混合体相对原土体而言,能够提高土体的内聚力和内摩擦角,改善了土体的力学性质。由于土体和根系的变形模量相差大,根系的变形远小于土体的变形,根系和土体间为了协调,约束限制土体的变形,根系的存在为土层提供了附加“粘聚力”△c,使含根土体的抗剪强度τ大大提高提高了边坡的稳定性。
②植物根系的锚固作用
植物群落形成后,树木在土体中存在垂直根系。它们具有较高的抗拉、抗剪强度,促使根土复合体的抵抗滑动的能力增强。垂直根系使不稳定的表层与未遭到破坏影响同时有承载力的稳定岩(土)层形成整体,把坡面应力传递到下部岩(土)层,形成锚固作用和抵抗力。
本发明对处理后山体坡面的根系加筋作用和锚固作用进行测定和分析,结果见图5。图5表明:本发明提供的山体坡面修复方法能提高物根系的加筋作用和锚固作用。
Claims (10)
1.一种坡面修复方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)预处理坡面,使预处理后的坡面每延米凹凸度平均不超过为±8~12cm;
(2)在预处理后的坡面上挂硬质防护网,所述硬质防护网与坡面的间距为3~4cm;所述硬质防护网的网孔孔径为4~6cm;
(3)向挂好硬质防护网的坡面上喷施类壤土基质,所述类壤土基质中包括植物种子;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量不小于0.04kg/m2;所述植物种子按乔木种子:灌木种子:草本植物种子的质量比例计为:2.5~3.5:4~6:1.5~2.5。
2.根据权利要求1所述的坡面修复方法,其特征在于,步骤(2)所述硬质防护网为镀锌铁丝网,所述镀锌铁丝网的型号为14~16#。
3.根据权利要求1所述的坡面修复方法,其特征在于,步骤(2)所述硬质防护网通过锚杆固定,所述锚杆的直径为8~10mm;所述锚杆的锚固长度为10~15cm;每两个锚杆的坡面间距为400~600cm。
4.根据权利要求3所述的坡面修复方法,其特征在于,当所述坡面为山体坡面时,在坡面陡边处沿坡顶线以0.8~1.2米的坡面间距设置主锚钉,所述主锚钉的直径为8~10mm;所述主锚钉的锚固长度为10~15cm。
5.根据权利要求1所述的坡面修复方法,其特征在于,步骤(2)所述硬质防护网与坡面之间填充有植物垫;所述植物垫的规格为55~65cm×30~40cm×12~16cm;每两个植物垫的坡面间距为150~250cm。
6.根据根据权利要求1所述的坡面修复方法,其特征在于,步骤(3)所述类壤土基质包括表土、有机肥、活性炭、纤维物、保水剂、粘结剂、基质添加剂和植物种子;所述表土在所述类壤土基质中的质量为110~130kg/m2;所述有机肥在所述类壤土基质中的质量为3~5kg/m2;所述活性炭在所述类壤土基质中的质量为0.3~0.5kg/m2;所述纤维物在所述类壤土基质中的质量为3~5kg/m2;所述保水剂在所述类壤土基质中的质量为0.02~0.03kg/m2;所述粘结剂在所述类壤土基质中的质量为0.01~0.016kg/m2;所述基质添加剂在所述类壤土基质中的质量为0.005~0.015kg/m2;所述植物种子在所述类壤土基质中的质量为0.04~0.05kg/m2;
所述基质添加剂包括可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石;所述可降解高分子材料混合物由包括如下质量份的原料制备得到:淀粉10~15份,赤霉素0.5~1.5份,甲壳质0.2~0.8份和水80~90份;所述可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~4)。
7.根据根据权利要求6所述的坡面修复方法,其特征在于,步骤(3)所述类壤土基质包括底层类壤土基质和表层类壤土基质;所述底层类壤土基质的坡面垂直厚度为8~12cm;所述类壤土基质的总坡面垂直厚度为12~16cm。
8.根据权利要求7所述的坡面修复方法,其特征在于,在所述底层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(2~4)。
9.根据根据权利要求7所述的坡面修复方法,其特征在于,在所述表层类壤土基质的配料中,所述基质添加剂中的可降解高分子材料混合物、赤玉土、蛭石和麦饭石的质量比为2:(0.5~1.5):(0.5~1.5):(1~3)。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的坡面修复方法,其特征在于,喷施类壤土基质后,还包括为期1~2年的人工养护。
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