CN113047312A - 一种边坡生态修复及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡生态修复及监测方法，包括：清理并平整边坡坡面；对边坡坡面进行锚网喷联合支护，在坡体中打入锚索和注浆锚杆，待达到预紧力之后进行锚杆注浆，注浆凝固之后对坡体外表面进行喷浆加固；在边坡的坡面和坡顶开挖种植坑；在边坡的坡底开挖蓄水池并设置灌溉控制系统，在种植坑周围固定灌溉管网，灌溉管网连接蓄水池和灌溉控制系统；在种植坑中填充植物生长基质并种植植物，利用灌溉控制系统控制蓄水池对植物进行浇灌；对边坡坡面进行监测，监测形式至少包括：边坡裂缝监测和植物生长情况监测。本发明的边坡生态修复及监测方法将边坡锚固、生态系统修复和远程监测相结合，可以很好地实现边坡生态修复。

Description

一种边坡生态修复及监测方法

技术领域

本发明属于生态环境修复技术领域，具体涉及一种边坡生态修复及监测方法，可用于黄土高原沟壑边坡、山体石质边坡等的生态修复及监测方法。

背景技术

黄土高原地区拥有中国北方面积最大的边际性土地。由于人类不恰当的生产活动和土地利用方式，大部分自然植被已消失，且整体气候干旱，植被人工建植难度大覆盖率低，降水主要集中在夏季且暴雨多，加之疏松的黄土和沟壑纵横的特殊地貌，使黄土高原地区已经成为了世界上土壤侵蚀最严重的地区之一。目前，黄土高原的大部分面积受到严重侵蚀，进而导致了各种生态环境问题，比如土壤养分流失、日益严重的沙尘暴和黄河的大量泥沙淤积。此外，随着经济的发展，资源开发与环境建设的矛盾越来越受到人们的关注。如采石(矿)场的开采和关停坑口，公路和铁路开通后遗留下来的边坡等，形成的这些边坡普遍存在冲刷侵蚀、水土流失和浅层局部滑坡现象，边坡植被在年甚至更长的时间内都难以恢复。裸露的边坡与宛延起伏山体的自然景观不相一致，也与森林植被的绿色景观不相协调，更与当前我国生态环境和可持续发展建设不相融合，边坡修复刻不容缓。

边坡环境生态修复方式多种多样，涉及到土壤力学、地质学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、草业学、林学、环境生态学等。目前边坡修复工程中常使用工程措施和生物措施。工程措施主要用来治理水土流失，包括修建梯田、修挡土坝、修淤地坝等，其缺点是工程资金投入量大，修复后的维护成本高，大面积治理经济投入巨大。生物措施主要是进行植树种草，大力推行退耕还草还林政策。黄土高原地区常见的杨树、刺槐、柠条等造林树种，具有高耗水的缺点，长时间种植生长形成了大面积的小老树林和林地土壤干层，仅靠每年降水勉强维持生长，反而制约了生态修复工作，浪费了生态修复资金。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种边坡生态修复及监测方法，将边坡锚固、生态系统修复和远程监测结合在一起，可以很好地实现边坡生态修复，且能够实时监测边坡裂缝和植物生长情况。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种边坡生态修复及监测方法，包括：

S1：清理并平整边坡坡面；

S2：对边坡坡面进行锚网喷联合支护，在坡体中打入锚索和注浆锚杆，待达到预紧力之后进行锚杆注浆，注浆凝固之后对坡体外表面进行喷浆加固；

S3：在所述边坡的坡面和坡顶开挖种植坑；

S4：在所述边坡的坡底开挖蓄水池并设置灌溉控制系统，在所述种植坑周围固定灌溉管网，所述灌溉管网连接所述蓄水池和所述灌溉控制系统；

S5：在所述种植坑中填充植物生长基质并种植植物，利用所述灌溉控制系统控制所述蓄水池对植物进行浇灌；

S6：对边坡坡面进行监测，监测形式至少包括：边坡裂缝监测和植物生长情况监测。

在本发明的一个实施例中，所述植物生长基质包括废渣层和设置在所述废渣层上方的人造土壤层，其中，所述废渣层的成分按重量份包括：20-30％的粉煤灰和70-80％的高炉矿渣；所述人造土壤层的成分按重量份包括：50％～60％的污泥、30％～35％的矿区废料、5％～20％的农林业废料和3％添加剂。

在本发明的一个实施例中，所述废渣层的厚度为2-4cm，所述人造土壤层的厚度为5-15cm。

在本发明的一个实施例中，所述蓄水池内设有抽水泵，所述抽水泵的出水口连接有出水管，所述出水管的另一端连通所述灌溉管网上部的进水口。

在本发明的一个实施例中，所述灌溉管网包括多根纵向管和多根横向管，其中，所述纵向管沿边坡坡面纵向排布且位于横向相邻的两种植坑之间，所述纵向管的外壁设有喷水孔；所述横向管连接相邻两个纵向管且位于纵向相邻的两种植坑之间，靠近边坡坡顶的纵向管上开设有与所述出水管相连通的进水孔。

在本发明的一个实施例中，所述纵向管通过间隔设置的U形件固定在边坡的坡面上，其中，每个U形件的两端均带有翻边，所述翻边上开设有用于穿过锚杆的通孔，所述锚杆的前端穿过所述生长基质层并打入边坡的坡面内。

在本发明的一个实施例中，所述S6包括：

S61：对所述植物生长基质中的湿度进行实时监测，并在湿度过低时通过蓄水池对植物进行自动浇灌；

S62：对所述边坡裂缝及滑坡情况进行视频监控，获得实时监控图像。

在本发明的一个实施例中，所述S61包括：

利用设置在蓄水池底部的液位传感器监测蓄水池中的水位，获得水位监测数据；利用设置在植物生长基质中的水分计监测植物生长基质中土壤的湿度，获得湿度监测数据；根据所述水位监测数据和所述湿度监测数据控制所述抽水泵打开和关闭。

在本发明的一个实施例中，所述S62包括：

S621：将摄像头安置在边坡附近的稳定区域，并覆盖边坡上的目标监测区域，采集边坡影像数据并发送至远程监控系统；

S622：所述远程监控系统接收来自摄像头的边坡影像数据并对边坡裂缝进行识别和监测。

在本发明的一个实施例中，所述边坡生态修复及监测方法还包括：

在所述边坡的坡顶设置太阳能供电系统，为所述摄像头和所述灌溉控制系统供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的边坡生态修复及监测方法将边坡锚固、生态系统修复和远程监测结合在一起，可以很好地实现边坡生态修复，且能够实时监测边坡裂缝和植物生长情况。

2、本发明的方法中所使用的废渣层是由粉煤灰和高炉矿渣组成，使得坡面具有较高后期强度和较好的整体性及水稳定性，同时为植物生长提供了大量养料；人造土壤层的所有原材料都是污染环境的废弃物，既是工矿企业排放的大包袱，又是环保承载压力的污染物，这些废物都具备植物所需的大量和微量元素，两者结合辅助生物技术形成的配方，宜于植物生长，为边坡的坡面上植物提供发芽和生长的环境，有利于植物的根系生长，同时具有涵养水分和减少土壤流失的作用。

3、本发明的方法利用摄像头可以实时获取边坡的高清影像数据并发送至远程监控中心，使得远程监控中心的工作人员能够随时监控边坡的植物生长情况和是否出现滑坡或裂缝等边坡损害情况。

4、本发明的方法在土壤中设置有水分计，监测所述植物生长基质中土壤的湿度，获得湿度监测数据，在蓄水池底部设置有液位传感器，监测蓄水池中的水位，获得水位监测数据；随后根据水位监测数据和湿度监测数据控制抽水泵打开和关闭，从而实现了边坡植物的自动浇灌，提高了植物的成活率。

5、本发明的边坡生态修复及监测方法可用于黄土高原沟壑边坡、山体石质边坡等的生态修复及监测方法，实用性高，自动化程度高，且便于管理。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种边坡生态修复及监测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种边坡支护结构的截面示意图；

图3是本发明实施例提供的一种边坡支护结构的正面示意图；

图4是本发明实施例提供的一种灌溉管网的局部示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于安装纵向管的U形件的安装示意图；

图6是本发明实施例提供的一种监测控制系统的连接示意图。

附图标记说明：

1-坡体；2-锚索；3-锚杆；4-种植坑；5-纵向管；6-横向管；7-喷水孔；8-蓄水池；9-U形件；91-翻边；10-废渣层；11-人造土壤层；12-监测控制系统；13-水分计；14-液位传感器；15-摄像头；16-微型处理器；161-控制模块；162-通信模块；17-远程监控中心。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种边坡生态修复及监测方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种边坡生态修复及监测方法的流程图。该生态修复及监测方法包括：

S1：清理并平整边坡坡面；

具体地，利用人工和机械相结合的措施平整坡面，清理坡面碎石。

S2：对边坡坡面进行锚网喷联合支护，在坡体中打入锚索和注浆锚杆，待达到预紧力之后，进行锚杆注浆，注浆凝固之后对坡体外表面进行喷浆加固。

请参见图2和图3，图2是本发明实施例提供的一种边坡支护结构的截面示意图，图3是本发明实施例提供的一种边坡支护结构的正面示意图。具体地，首先，对边坡进行锚网喷联合支护，在边坡的坡体1中打入锚索2和注浆锚杆3，在坡体1的坡面上先打入锚索2，锚索2在坡面上沿横向和纵向均等间距地分布设置，相邻两锚索2之间距离为0.8-1.5m，再打入锚杆3，且锚杆3的设置位置为相邻两锚索2的中间位置，锚索2和锚杆3均沿垂直于坡体1的坡面方向打入坡体1内，待达到预紧力之后，通过锚杆3注浆提高受工程施工扰动而破碎的边坡内部的粘聚力，注浆凝固之后对坡体1外表面进行喷浆加固。

S3：在所述边坡的坡面和坡顶开挖种植坑；

继续参见图3，在本实施例中，边坡坡面1上的种植坑4开设在锚索2和注浆锚杆3围城的区域中。为了降低开挖的难度，自坡面的坡底向上依次开挖种植坑4，可以减少爬坡的工作，提高工作效率。需要说明的是，为防止相邻种植坑4内植物在生长过程中互相干涉，在本实施例中，相邻两个种植坑4沿坡面方向的间距为：

其中，L为相邻两种植坑沿坡面方向的间距，D为种植植物成熟后，茎叶的最大投影半径，H为种植植物成熟后的最大株高；α为边坡的坡度。

进一步地，除了沿坡面方向之间的距离需要限制，在横向方向的距离也会影响植物的生长，为此，在一个具体实施例中，可以使相邻两种植坑水平方向的间距大于或等于种植植物成熟后茎叶的最大投影半径的2倍。可以理解的是，为保证种植植物的成活率，种植坑的深度范围应当满足种植植物根系的深度要求，在本实施例中，种植坑4的深度范围可以为0.5m-1m。

S4：在所述边坡的坡底开挖蓄水池并设置灌溉控制系统，在所述种植坑周围固定灌溉管网，所述灌溉管网连接所述蓄水池和所述灌溉控制系统；

请参见图3，在边坡的坡底开挖蓄水池8，蓄水池8可在降雨时进行蓄水，蓄水池8内设有抽水泵，抽水泵的出水口连接有出水管，所述出水管的另一端连通所述灌溉管网上部的进水口。

在本实施例中，蓄水池8的长度为10-15m，宽度为1-1.5m，高度为2-3m。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种灌溉管网的局部示意图。本实施例的灌溉管网包括多根纵向管5和多根横向管6，其中，纵向管5沿边坡的坡面纵向排布且位于横向相邻的两种植坑4之间，纵向管5的外壁设有喷水孔7；横向管6连接相邻两个纵向管5且位于纵向相邻的两种植坑4之间，靠近边坡坡顶的纵向管5上开设有与蓄水池8的出水管相连通的进水孔。在实际使用过程中，打开抽水泵，抽水泵将蓄水池8中的浇灌用水通过出水管输送至灌溉管网中，并通过纵向管5外壁上的喷水孔7为种植坑4内种植的植物进行喷灌。

在本实施例中，喷水孔7上还可以安装喷射角度可调的喷嘴，以对种植坑4内种植的植物进行更加精准的喷洒。

进一步地，本实施例的纵向管5上间隔设置有U形件9，用于将纵向管5固定在坡面上。请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种用于安装纵向管的U形件的安装示意图。每个U形件9的两端均带有翻边91，所述翻边91上开设有用于穿过锚杆3的通孔，所述锚杆3的前端穿过所述生长基质层并打入边坡的坡体1内。

S5：在所述种植坑中填充植物生长基质并种植植物，利用所述灌溉控制系统控制所述蓄水池对所述植物进行浇灌；

如图2所示，本实施例的植物生长基质包括废渣层10和设置在废渣层10上方的人造土壤层11，其中，废渣层10的成分按重量份包括：20-30％的粉煤灰和70-80％的高炉矿渣；人造土壤层11的成分按重量份包括：50-60％的污泥、30-35％的矿区废料、5-20％的农林业废料和3％添加剂。

在本实施例中，所述矿区废料为风化煤，所述农林业废料为木屑，所述添加剂为菌剂。

本实施例的废渣层由粉煤灰和高炉矿渣组成，解决了工矿企业的废料排放问题，另外铺设在边坡的坡面的基层，从而使得坡面具有较高后期强度和较好的整体性及水稳定性，同时为植物生长提供了大量养料。

本实施例的植物生长过程采用了一种改进的人造土壤，该人造土壤层包括污泥、矿区废料、农林业废料等，所有原材料均为污染环境的废弃物，既是工矿企业排放的大包袱，又是环保承载压力的污染物，这些废物都具备植物所需的大量和微量元素，两者结合辅助生物技术形成的配方，宜于植物生长，为边坡的坡面上植物提供发芽和生长的环境，有利于植物的根系生长，同时具有涵养水分和减少土壤流失的作用。

废渣层10的厚度优选的为2-4cm，人造土壤层11的厚度优选的为5-15cm，以满足植物根系的生长需求。

种植坑4中可以种植灌木或乔木。在植物种植完成之后，启动抽水泵，通过纵向管5上的喷水孔7向种植坑4中的植物生长基质喷洒水进行首次洒水，直至浸透废渣层10和人造土壤层11，之后每隔2至3天喷洒一次，直至长出草幼苗。需要说明的是，当边坡坡面上的植物需要增肥时，可以向蓄水池中投入设定比例的肥料，并通过抽水泵送入灌溉管网中，通过纵向管5的外壁的喷水孔7为种植坑4内种植的植物进行肥料喷洒。

S6：对边坡坡面进行监测，监测形式至少包括：边坡裂缝监测和植物生长情况监测。

本实施例的边坡生态修复及监测方法能够在边坡支护和植物种植过程中以及之后对边坡的情况进行实时监测。

S61：对所述植物生长基质中的湿度进行实时监测，并在湿度过低时利用所述蓄水池对植物进行自动浇灌。

具体地，利用设置在所述蓄水池底部的液位传感器监测所述蓄水池中的水位，获得水位监测数据；利用设置在所述植物生长基质中的水分计监测植物生长基质中土壤的湿度，获得湿度监测数据；根据所述水位监测数据和所述湿度监测数据控制所述抽水泵打开和关闭。

S62：对所述边坡裂缝及滑坡情况进行视频监控。

将摄像头安置在边坡附近的稳定区域，且保障其视野良好，使其尽可能覆盖边坡上的目标监测区域，采集边坡影像数据并发送至无偶维护远程监控系统；在所述边坡附件还设置有无线通信模块，负责摄像头与远程监控中心的网络通讯。

所述远程监控系统接收来自摄像头的边坡影像数据并实时处理，对边坡裂缝进行识别和监测。

具体地，在边坡的目标监测区域处设置有监测控制系统。请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种监测控制系统的结构示意图。本实施例的监测控制系统12包括水分计13、液位传感器14、摄像头15和微型处理器16，其中，水分计13设置在植物生长基质中，用于监测所述植物生长基质中土壤的湿度，获得湿度监测数据；液位传感器14设置在蓄水池底部，用于监测蓄水池中的水位，获得水位监测数据；摄像头15安置在边坡附近的稳定区域，用于实时采集边坡的图像画面；微型处理器16用于获取水分计13、液位传感器14、摄像头15的监控数据并发送至远程监控中心，以便监测人员实时远程监测坡体的植物生长情况，以及是否存在裂缝或滑坡现象，以便及时进行修补，避免更大的损失。

进一步地，微型处理器16还可以根据水位监测数据和湿度监测数据，控制所述抽水泵打开和关闭。具体地，当水分计13监测到植物生长基质中土壤湿度过低，且液位传感器14监测到蓄水池中的水位充足时，微型处理器16控制抽水泵打开，以对植物进行喷洒浇灌，当水分计13监测到植物生长基质中土壤湿度适当，或液位传感器14监测到蓄水池中的水位不足已不满足自动浇灌的条件时，则微型处理器16控制抽水泵关闭，并向远程监控中心发出提示信息，提示蓄水池中的水位不足。具体地，本实施例的微型处理器16包括控制模块161和通信模块162，通信模块162用于接收来自水分计13、液位传感器14、摄像头15的监控数据并向远程监控中心发送数据和相关提示信号，控制模块161用于根据水位监测数据和湿度监测数据，控制所述抽水泵打开和关闭。

在本实施例中，摄像头15为高清摄像头，控制模块161为PLC控制器(可编程逻辑控制器)，通信模块162为4G、5G或WIFI模块。

进一步地，本实施例的方法还包括：在边坡的坡顶设置太阳能供电系统，用于为所述摄像头和所述灌溉控制系统供电。

该太阳能供电系统包括安装在边坡坡顶的太阳能板以及与所述太阳能板连接的蓄电池，太阳能板通过光电效应产生电能并传输储蓄至蓄电池中，以为各电路系统供电，节能环保。

本实施例的边坡生态修复及监测方法将边坡锚固、生态系统修复和远程监测相结合，可以很好地实现边坡生态修复，且能够实时监测边坡裂缝和植物生长情况。该边坡生态修复及监测方法集滴灌、蓄水、监测、施肥为一体，具有多种功能，使用便捷，降低了施肥及浇水的劳动强度，降低了管理成本。此外，本实施例的边坡生态修复及监测方法可用于黄土高原沟壑边坡、山体石质边坡等的生态修复及监测方法，实用性高，自动化程度高，且便于管理。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种边坡生态修复及监测方法，其特征在于，包括：

S1：清理并平整边坡坡面；

S2：对边坡坡面进行锚网喷联合支护，在坡体中打入锚索和注浆锚杆，待达到预紧力之后进行锚杆注浆，注浆凝固之后对坡体外表面进行喷浆加固；

S3：在所述边坡的坡面和坡顶开挖种植坑；

S4：在所述边坡的坡底开挖蓄水池并设置灌溉控制系统，在所述种植坑周围固定灌溉管网，所述灌溉管网连接所述蓄水池和所述灌溉控制系统；

S5：在所述种植坑中填充植物生长基质并种植植物，利用所述灌溉控制系统控制所述蓄水池对植物进行浇灌；

S6：对边坡坡面进行监测，监测形式至少包括：边坡裂缝监测和植物生长情况监测。

2.根据权利要求1所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述植物生长基质包括废渣层和设置在所述废渣层上方的人造土壤层，其中，所述废渣层的成分按重量份包括：20-30％的粉煤灰和70-80％的高炉矿渣；所述人造土壤层的成分按重量份包括：50％～60％的污泥、30％～35％的矿区废料、5％～20％的农林业废料和3％添加剂。

3.根据权利要求2所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述废渣层的厚度为2-4cm，所述人造土壤层的厚度为5-15cm。

4.根据权利要求2所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述蓄水池内设有抽水泵，所述抽水泵的出水口连接有出水管，所述出水管的另一端连通所述灌溉管网上部的进水口。

5.根据权利要求4所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述灌溉管网包括多根纵向管和多根横向管，其中，所述纵向管沿边坡坡面纵向排布且位于横向相邻的两种植坑之间，所述纵向管的外壁设有喷水孔；所述横向管连接相邻两个纵向管且位于纵向相邻的两种植坑之间，靠近边坡坡顶的纵向管上开设有与所述出水管相连通的进水孔。

6.根据权利要求5所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述纵向管通过间隔设置的U形件固定在边坡的坡面上，其中，每个U形件的两端均带有翻边，所述翻边上开设有用于穿过锚杆的通孔，所述锚杆的前端穿过所述生长基质层并打入边坡的坡面内。

7.根据权利要求6所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述S6包括：

S61：对所述植物生长基质中的湿度进行实时监测，并在湿度过低时通过蓄水池对植物进行自动浇灌；

S62：对所述边坡裂缝及滑坡情况进行视频监控，获得实时监控图像。

8.根据权利要求7所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述S61包括：

利用设置在蓄水池底部的液位传感器监测蓄水池中的水位，获得水位监测数据；利用设置在植物生长基质中的水分计监测植物生长基质中土壤的湿度，获得湿度监测数据；根据所述水位监测数据和所述湿度监测数据控制所述抽水泵打开和关闭。

9.根据权利要求8所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，所述S62包括：

S621：将摄像头安置在边坡附近的稳定区域，并覆盖边坡上的目标监测区域，采集边坡影像数据并发送至远程监控系统；

S622：所述远程监控系统接收来自摄像头的边坡影像数据并对边坡裂缝进行识别和监测。

10.根据权利要求9所述的边坡生态修复及监测方法，其特征在于，还包括：

在所述边坡的坡顶设置太阳能供电系统，为所述摄像头和所述灌溉控制系统供电。

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