CN115652967A - 一种陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法,系统包括:固定铺设在陡峭边坡表面上的包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层、包塑柔性主动防护外网、基质营养层、种子面层、灌木小苗、植物纤维毯层以及雨水收集利用灌溉系统;采用陡峭边坡水土保持生态修复方法的步骤;采用本发明系统提高了陡峭边坡的保水性、各结构的附着成功率和边坡植物成活率,提高了水资源的利用率;本发明方法提高系统的保水性和抗冲刷性;提升了边坡的植物生存的适宜性;提高植物成活率。
Description
技术领域
本发明涉及一种陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法,属于土壤修复技术领域。
背景技术
随着社会发展而进行的大规模城镇化建设,大量山体因无续采石破坏后形成的山体滑坡、泥石流以及水土流失使边坡生坡受损日益严重,边坡植物生态修复技术应用范围越来越广,已经发展成为各类型边坡建设的重要组成部分。
现有的边坡生态修复技术有植生槽、植生带、挂网喷播和人工植被等,但是在陡峭边坡生态修复中,这几种技术存在保水性差,结构附着困难等问题。
对严重受损边坡生态修复水土保持装置也还存在着一些不足的地方,现有的受损边坡生态修复水土保持装置不能根据边坡的不同坡度对其进行装配式安装,边坡不平整时容易出现保持装置在使用过程中的灵活性不足,不能够在边坡土壤干燥时进行检测自动喷洒水,边坡上植物在炎热夏天容易出现缺水致死的现象,在雨季因排水不力容易出现涝死现象。
根据不同边坡地貌、地形条件、利用自然沟谷,在边坡内外设计环形截水沟、排水沟和树叉状、网状排水系统,沟体中空,以达到迅速引走坡面雨水的作用。其均主要起排水防涝作用。但是对于目前边坡植被养护需要频繁喷水,养护,十分浪费水资源以及操作人员对边坡上植物浇灌时的劳动强度比较大,降低了边坡修复装置使用过程中的便捷性。
现有技术中,其中公开号为CN114482089A的专利,公开了一种边坡生态修复装置。修复装置包括防护框,所述防护框的内部安装多个第一间隔件和多个第二间隔件,多个所述第一间隔件和多个所述第二间隔件分别横向和纵向均匀排列在防护框的内部,形成第一限位容腔,在防护框的内部位于多个第二限位容腔下方固定有连接护坡网,在防护框的四周分别在安装防护套,限位件,并通过螺纹杆定杆固定。虽然上述方案对边坡上的土壤能更好的存储,防止流失,增加边坡防护的稳定性,但是在高陡岩石边坡由于自身的保水保肥、固定能力要求更高的情况回复植被效果则不是太明显。现有技术多存在植被生长缓慢,植被生长初期成活率低,抵抗力低的问题,且对植被保护力较弱,造成尤其是高陡岩石边坡复绿效果不好。若采用攀爬植被绿化、种植槽绿化、团粒喷播的缺点是喷播次数材料配比工艺复杂,不适合在坡度较大的边坡使用,后期养护困难,丰水期容易冲毁,旱季需及时洒水养护。以上措施灌溉主要以人工养护为主,无法实现自动化养护,同时浇灌的水无法循环,造成水资源的极大的浪费,浇灌的水量无法针对植物草籽进行精准控制,因此造成水资源的浪费,以及人工劳动强度比较大,从而降低了边坡修复装置使用过程中的便捷性。
公开号为CN111851531B的专利,公开了一种高陡岩石边坡生态修复系统和方法,系统包括混凝土层、第一防护网层、混合材料基础层、植生土层、第二防护网层和植生袋层;混凝土层直接喷涂在高陡岩石边坡表面,第一防护网层固定在所述混凝土层的上表面,混合材料基础层喷涂在第一防护网层的上面形成整体,植生土层喷涂在混合材料基础层的上面,第二防护网层固定植生土层的上表面,植生袋层固定设置在第二防护层上,植生袋内放置植物培养基,植物培养基内有预先培养的植物幼苗;同时配套灌溉管网,包括支管道和主管道,多条的所述支管与一条所述主管道连通,主管道与蓄水池连通,多条支管道均匀的分布在植生袋层的内部或下面,支管上对应所述植物培养基的位置处开设出水孔,出水孔位于植物培养基上方。以上方案虽然在后期完善了灌溉系统,方便后期植物维护,但是前期修复是在喷涂混凝土层的基础上操作后续步骤,从效果上看导致山体人工化处理较强,影响整体美观,岩石边坡复绿原则是通过前期人工干预复绿慢慢过渡到植物生根繁殖适应边坡环境达到长期有效绿化效果;该方案会因喷涂混凝土导致植被与自然山体分隔从而无法达到植被自然繁殖的状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使修复面稳固地固定在坡面、提高结构整体的保水性且雨水收集与自动灌溉养护结合的陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法。
本发明采用如下技术方案:
本发明陡峭边坡水土保持生态修复系统包括:固定铺设在陡峭边坡表面上的包塑柔性主动防护内网、横向固定设置在包塑柔性主动防护内网上的生态棒保水层、通过锚杆和张拉绳固定铺设在生态棒保水层上的包塑柔性主动防护外网、喷涂在包塑柔性主动防护外网上的基质营养层、喷涂在基质营养层上的种子面层、栽植在种子面层之间的灌木小苗、覆盖在种子面层上的植物纤维毯层以及设置在边坡上的雨水收集利用灌溉系统,所述灌木小苗呈矩阵状分布。
本发明系统的生态棒保水层为通过铁丝横向固定布置在包塑柔性主动防护内网上的生态棒以及填充在生态棒内的营养土,所述营养土包括改良土壤、生物有机肥、稻壳按质量之比10:2:1复配而成;在每立方米营养土内添加:尿素0.15~0.2kg、过磷酸钙0.20~0.25kg;所述改良土壤为当地的土壤,每立方米当地土壤添加保水剂50~100g;保水剂的组分与各组分的重量百分比含量为:丙烯酰胺64.5~67.5%、丙烯酸钾23~24%、水9%~10%、交联剂0.5%~1.5%。
本发明系统的基质营养层的组分及各组分的重量百分比含量为:改良种植土83~86%、东北泥炭土6~8%、植物纤维4.0~4.5%、稻壳3.2~3.5%、添加剂A 0.8~1.0%;植物纤维包括木纤维、草纤维按照质量之比为3~5:10复配而成;
本发明系统的添加剂A的组分及各组分的重量百分比含量为:腐殖酸材料40~43.5%、复合肥12~13.2%、有机肥42.07~43.86%、保水剂1.2~1.45%、粘合剂0.8~1.0%、生物菌剂0.4~0.45%、土壤改良剂0.03~0.04%。
本发明系统的种子面层的组分及各组分的重量百分比含量为:改良种植土69.1~73.2%、东北泥炭土6.5~7.0%、植物纤维12~15%,稻壳8.0~8.5%、种子0.10~0.15%、添加剂B 0.20~0.25%。
本发明系统的添加剂B的组分及各组分的重量百分比含量为:有机肥62~66%、生根剂2~3%、保水剂18.5~20%、粘合剂13.5~15%。
本发明系统的种子面层中的种子为刺槐、白榆、紫穗槐、沙棘、柠条锦鸡儿、脱壳胡枝子、紫花苜蓿、冰草、披碱草、草木犀、早熟禾和耐旱野花中的二种以上或全部;所述灌木小苗为丁香、紫穗槐、山杏、山荆子和白榆中的一种或几种。
本发明系统的雨水收集利用灌溉系统包括设置在陡峭边坡底部的蓄水池、设置在生态棒保水层上的与蓄水池连通的灌溉组件和雨水回收组件;所述灌溉组件包括设置在蓄水池内的抽水加压泵、纵向设置在生态棒保水层上的与抽水加压泵出水口连通的灌溉给水主管、横向间隔设置且与灌溉给水主管连通的灌溉给水支管以及间隔设置在每根灌溉给水支管上的微喷灌喷头,灌溉给水主管和灌溉给水支管设置在相应的生态棒之间;所述雨水回收组件包括纵向设置在生态棒保水层上的且底部与蓄水池连通的透水主管以及横向间隔设置且与透水主管连通的透水支管;所述透水主管和透水支管和材质为HDPE穿孔渗透排水管;在坡面上设置天气传感器与土壤湿度传感器,天气传感器和土壤湿度传感器均与控制器连接,控制器采集天气与土壤湿度数据,结合蓄水池水位信号并通过分析数据输出控制指令控制所述抽水加压泵启闭。
本发明陡峭边坡水土保持生态修复方法,采用以下步骤:
步骤一、清理坡面:清理陡峭边坡坡面上的杂物,使坡面沿断裂方向平顺,局部不平整处加填生态袋至坡面平整;
步骤二、确定锚杆孔位:放线测量确定锚杆孔位,根据地形条件使孔位间距有0.3m的调整量,插入锚杆后使锚杆与坡面呈80°~90°角;锚杆包括主锚杆和辅锚杆,在所述主锚杆顶端设置环套,所述主锚杆为Φ16钢筋,长度为1.5m,主锚杆的间距为4.5m*4.5m,在每一主锚杆孔顶部设置容纳环套的凹坑,凹坑的深度大于环套的长度,凹坑口直径为0.2m;辅锚杆为Φ14钢筋,长度为1.2m,辅锚杆间距为1.125m*1.125m,呈矩阵状布置,辅锚杆露出坡面0.15m;
步骤三、钻孔:按步骤二中的锚杆长度钻凿锚杆孔并清孔,锚杆孔深比相应的锚杆长50cm,锚杆孔直径不小于50mm;
步骤四、灌浆及插入锚杆:采用M30水泥砂浆向锚杆孔内灌浆并插入相应的锚杆,环套顶端不高出地表,且环套段不注浆;
步骤五:安装纵、横向支撑绳:将张拉绳进行预张拉,然后张拉绳穿过主锚杆顶端的环套并拉紧,张拉绳两端分别用2~4个绳卡与对应的环套固定;
步骤六、铺设包塑柔性主动防护内网:包塑柔性主动防护内网为50mm*60mm的GA/2.0/50*60的钢丝双绞六边形网片,各网片间边缘从上叠压到下铺设,重叠宽度不小于5cm;两张包塑柔性主动防护内网之间的叠压处采用钢丝编织结合,用Φ1.5mm扎丝按1m间距与张拉绳扎结;
辅锚杆露出坡面,杆部包塑柔性主动防护内网之间用扎丝固定;坡面相邻上下两张包塑柔性主动防护内网片搭接时,下方的包塑柔性主动防护内网片放在底层,接网的结以梅花形排列;
步骤七、挂生态棒与绑扎预留PVC管:选用Φ100mm生态棒,内装满营养土,用铁丝将生态棒横向绑扎固定于挂好的包塑柔性主动防护内网上,生态棒横向布置,纵向相邻两个生态棒之间的间距为350mm,形成生态棒保水层;
选用D100mm的PVC管,长度为150mm,PVC管与坡面垂直,通过扎丝与包塑柔性主动防护内网固定,PVC管固定间距为1125*1125mm;
步骤八、铺设包塑柔性主动防护外网:所述包塑柔性主动防护外网为2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,从上到下铺设在步骤七的生态棒保水层上,在由张拉绳构成的每个4.5m*4.5m网格内铺设一张2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,每张钢丝绳网与四周张拉绳间用Φ8缝合绳缝合连结并拉紧;
步骤九、喷射基质营养层:分两次将基质营养喷涂在包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层和包塑柔性主动防护外网上,基质营养层厚度10~11cm,喷涂后四者形成一个整体;
步骤十、喷射种子面层:将种子面层喷射在所述基质营养层上方,厚度为2cm;
步骤十一、栽植灌木小苗:在喷射种子面层后在预留的PVC管内栽植灌木小苗,栽植后去除PVC管;
步骤十二、铺设植物纤维毯:从上至下铺设植物纤维毯,所述植物纤维毯保水保温并能防止发芽期雨水冲刷。
本发明方法在步骤七与步骤八之间铺设雨水收集利用灌溉系统,灌溉给水主管和透水主管纵向设置,灌溉给水支管和透水支管横向设置。
本发明积极效果如下: 采用本发明系统提高了陡峭边坡的保水性、各结构的附着成功率和边坡植物成活率,在雨水收集利用灌溉系统上设置天气传感器与土壤湿度传感器,可感知植物是否缺水,提高了水土保持设施的灵活性,降低了人工干预的成本;系统可以雨天收集雨水,缺水时将收集雨水用于植物的浇灌,提高了水资源的利用率。
本发明方法中清理坡面至加填生态袋使坡面平整,改善陡坡地形条件,将陡峭边坡整理成合理的种植空间,有利于后期的铺设防护网的可靠性;生态棒内的营养土可有效提高植物的成活率,并大大提高系统的保水性和抗冲刷性。喷涂基质营养层将包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层和包塑柔性主动防护外网四者形成一个整体,提高了边坡结构上的稳定性,提升了边坡的植物生存的适宜性;种子面层中为植物生长提供营养,乔灌草混合种子提高了植物聚落的多样性;在种子面层之间通过预留PVC管栽植灌木小苗,灌木选取本土植物类型,提高存活率;铺设植物纤维毯可防止植物发芽期雨水冲刷,提高植物成活率。
附图说明
图1为本发明生态修复系统结构示意图;
图2为本发明雨水收集利用灌溉管网布置正视结构示意图;
图3为本发明包塑柔性主动防护内、外网与生态棒保水层关系结构示意图。
具体实施方式
如附图1-3所示,本发明一种陡峭边坡水土保持生态修复系统包括:通过锚杆和张拉绳固定铺设在陡峭边坡表面9上的包塑柔性主动防护内网1、通过铁丝横向固定设置在包塑柔性主动防护内网1上的生态棒保水层2、通过锚杆和张拉绳固定铺设在生态棒保水层2上的包塑柔性主动防护外网3、喷涂在包塑柔性主动防护外网3上的基质营养层4、喷涂在基质营养层4上的种子面层5、栽植在种子面层5之间的灌木小苗6、覆盖在种子面层5上的植物纤维毯层7以及设置在边坡上的雨水收集利用灌溉系统8,所述灌木小苗6呈矩阵状分布。
本发明系统的生态棒保水层2为通过铁丝横向固定布置在包塑柔性主动防护内网1上的生态棒以及填充在生态棒内的营养土,所述营养土包括改良土壤、生物有机肥、稻壳按质量之比10:2:1复配而成;
在每立方米营养土内添加:尿素0.15~0.2kg、过磷酸钙0.20~0.25kg;
所述改良土壤为当地的土壤,每立方米当地土壤添加保水剂50~100g;
保水剂的组分与各组分的重量百分比含量为:丙烯酰胺64.5~67.5%、丙烯酸钾23~24%、水9%~10%、交联剂0.5%~1.5%。
本发明基质营养层4的组分及各组分的重量百分比含量为:
改良种植土83~86%、东北泥炭土6~8%、植物纤维4.0~4.5%、稻壳3.2~3.5%、添加剂A 0.8~1.0%;
植物纤维包括木纤维、草纤维按照质量之比为3~5:10复配而成;
所述添加剂A的组分及各组分的重量百分比含量为:腐殖酸材料40~43.5%、复合肥12~13.2%、有机肥42.07~43.86%、保水剂1.2~1.45%、粘合剂0.8~1.0%、生物菌剂0.4~0.45%、土壤改良剂0.03~0.04%。
本发明系统的种子面层5的组分及各组分的重量百分比含量为:改良种植土69.1~73.2%、东北泥炭土6.5~7.0%、植物纤维12~15%,稻壳8.0~8.5%、种子0.10~0.15%、添加剂B 0.20~0.25%;所述添加剂B的组分及各组分的重量百分比含量为:有机肥62~66%、生根剂2~3%、保水剂18.5~20%、粘合剂13.5~15%;种子面层5中的种子为刺槐、白榆、紫穗槐、沙棘、柠条锦鸡儿、脱壳胡枝子、紫花苜蓿、冰草、披碱草、草木犀、早熟禾和耐旱野花中的二种以上或全部;所述灌木小苗6为丁香、紫穗槐、山杏、山荆子和白榆中的一种或几种。
本发明系统的雨水收集利用灌溉系统8包括设置在陡峭边坡底部的蓄水池81、设置在生态棒保水层2上的与蓄水池81连通的灌溉组件和雨水回收组件;
所述灌溉组件包括设置在蓄水池81内的抽水加压泵82、纵向设置在生态棒保水层2上的与抽水加压泵82出水口连通的灌溉给水主管83、横向间隔设置且与灌溉给水主管83连通的灌溉给水支管84以及间隔设置在每根灌溉给水支管84上的微喷灌喷头85,灌溉给水主管83和灌溉给水支管84设置在相应的生态棒之间;
所述雨水回收组件包括纵向设置在生态棒保水层2上的且底部与蓄水池81连通的透水主管86及横向间隔设置且与透水主管86连通的透水支管87;所述透水主管86和透水支管87和材质为HDPE穿孔渗透排水管;在坡面上设置天气传感器与土壤湿度传感器,天气传感器和土壤湿度传感器均与控制器连接,控制器采集天气与土壤湿度数据,结合蓄水池水位信号并通过分析数据输出控制指令控制所述抽水加压泵82启闭。
本发明一种陡峭边坡水土保持生态修复方法,其特征在于采用以下步骤:
步骤一、清理坡面:清理陡峭边坡坡面上的杂物,使坡面沿断裂方向平顺,局部不平整处加填生态袋至坡面平整;
步骤二、确定锚杆孔位:放线测量确定锚杆孔位,根据地形条件使孔位间距有0.3m的调整量,插入锚杆后使锚杆与坡面呈80°~90°角;锚杆包括主锚杆10和辅锚杆11,在所述主锚杆顶端设置环套,所述主锚杆为Φ16钢筋,长度为1.5m,主锚杆的间距为4.5m*4.5m,在每一主锚杆孔顶部设置容纳环套的凹坑,凹坑的深度大于环套的长度,凹坑口直径为0.2m;辅锚杆为Φ14钢筋,长度为1.2m,辅锚杆间距为1.125m*1.125m,呈矩阵状布置,辅锚杆露出坡面0.15m;
步骤三、钻孔:按步骤二中的锚杆长度钻凿锚杆孔并清孔,锚杆孔深比相应的锚杆长50cm,锚杆孔直径不小于50mm;
步骤四、灌浆及插入锚杆:采用M30水泥砂浆向锚杆孔内灌浆并插入相应的锚杆,环套顶端不高出地表,且环套段不注浆;
步骤五、安装纵、横向支撑绳:将张拉绳进行预张拉,然后张拉绳穿过主锚杆10顶端的环套并拉紧,张拉绳两端分别用2~4个绳卡与对应的环套固定,张拉绳为金属钢丝绳;
步骤六、铺设包塑柔性主动防护内网:包塑柔性主动防护内网1为50mm*60mm的GA/2.0/50*60的钢丝双绞六边形网片,各网片间边缘从上叠压到下铺设,重叠宽度不小于5cm;两张包塑柔性主动防护内网之间的叠压处采用钢丝编织结合,用Φ1.5mm扎丝按1m间距与张拉绳扎结;
辅锚杆11露出坡面,杆部与包塑柔性主动防护内网1之间用扎丝固定;坡面相邻上下两张包塑柔性主动防护内网片搭接时,下方的包塑柔性主动防护内网片放在底层,接网的结以梅花形排列;
步骤七、挂生态棒与绑扎预留PVC管:选用Φ100mm生态棒,内装满营养土,用铁丝将生态棒横向绑扎固定于挂好的包塑柔性主动防护内网上,生态棒横向布置,纵向相邻两个生态棒之间的间距为350mm,形成生态棒保水层2;
选用D100mm的PVC管,长度为150mm,PVC管与坡面垂直于,通过扎丝与包塑柔性主动防护内网固定,PVC管固定间距为1125*1125mm;
在生态棒之间铺设雨水收集利用灌溉系统8,灌溉给水主管83和透水主管86纵向设置,灌溉给水支管84和透水支管87横向设置;
步骤八、铺设包塑柔性主动防护外网:所述包塑柔性主动防护外网为2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,从上到下铺设在步骤七的生态棒保水层上,在由张拉绳构成的每个4.5m*4.5m网格内铺设一张2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,每张钢丝绳网与四周张拉绳间用Φ8缝合绳缝合连结并拉紧;
步骤九、喷射基质营养层:分两次将基质营养喷涂在包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层和包塑柔性主动防护外网上,基质营养层厚度约10cm,喷涂后四者形成一个整体;
步骤十、喷射种子面层:将种子面层喷射在所述基质营养层上方,厚度为2cm;
步骤十一、栽植灌木小苗:在喷射种子面层后在预留的PVC管内栽植灌木小苗,栽植后去除PVC管;
步骤十二、铺设植物纤维毯:从上至下铺设植物纤维毯,所述植物纤维毯保水保温并能防止发芽期雨水冲刷。
采用本发明系统提高了陡峭边坡的保水性、各结构的附着成功率和边坡植物成活率,在雨水收集利用灌溉系统上设置天气传感器与土壤湿度传感器,可感知植物是否缺水,提高了水土保持设施的灵活性,降低了人工干预的成本;系统可以雨天收集雨水,缺水时将收集雨水用于植物的浇灌,提高了水资源的利用率。
本发明方法中清理坡面至加填生态袋使坡面平整,改善陡坡地形条件,将陡峭边坡整理成合理的种植空间,有利于后期的铺设防护网的可靠性;生态棒内的营养土可有效提高植物的成活率,并大大提高系统的保水性和抗冲刷性。喷涂基质营养层将包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层和包塑柔性主动防护外网四者形成一个整体,提高了边坡结构上的稳定性,提升了边坡的植物生存的适宜性;种子面层中为植物生长提供营养,乔灌草混合种子提高了植物聚落的多样性;在种子面层之间通过预留PVC管栽植灌木小苗,灌木选取本土植物类型,提高存活率;铺设植物纤维毯可防止植物发芽期雨水冲刷,提高植物成活率。
实施例:
2021年7月始利用本发明陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法修复张家口市崇礼区一处向阳的40-50°陡峭土石质边坡,面积2700平方米。先按照陡峭边坡水土保持生态修复方法中的步骤一~九,然后再通过步骤十混合喷播当地乡土乔灌草种子,乔灌木种子重量配比为:白榆5g/㎡、紫穗槐6g/㎡、胡枝子8g/㎡、沙棘4g/㎡和紫丁香4g/㎡;草本种子重量配比为:披碱草4.5g/㎡、紫花苜蓿3g/㎡和草木犀2g/㎡:披碱草1.5g/㎡;2021年8月初,植物出芽,长势旺盛;雨季坡面未被雨水冲刷破坏;9月中旬,草本植物已初步覆盖坡面,当年入冬前坡面已实现快速覆绿,呈现良好的水土保持和生态景观效果。由于该坡面地处郊外,修复后前期需要养护,当地小气候明显,夏季降雨集中,雨后紫外线强烈,蒸发量大。平均每7天需要浇水养护一次,通过设置人工蓄水池收集雨水,利用风力和太阳能作为灌溉水泵电源,在无雨期根据植物的需水情况进行合理灌溉,当年节省养护成本7000元,同常规修复技术相比,每平米节约养护成本3元。2022年8月,植物根系已与生态棒有机结合,乔灌木已出苗,长势旺盛,雨水收集利用灌溉系统8运行正常。
利用本发明陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法修复后的陡峭边坡,坡面稳定,植物生长较常规修复长势旺盛,无生长不良和病虫害,固土保水效果明显。原因分析:1、本发明以当地土壤为主进行改良,土壤结构稳定,具有保水保肥性,有机质比例高,适宜植物生长,不会出现因灌溉和雨水导致的土壤空气含量不足,植物根系生长不良现象;2、本发明使用有机肥作为土壤肥力的基础,未使用化学肥料和农药,促进土壤中微生物生长和生化腐殖过程,保持土壤生态平衡,增加生物多样性;3、本发明种植草本为当地乡土植物,枯萎期植物地上部分在土壤上经过腐殖化过程形成腐殖质,增加了土壤肥力,促进了植物生长,增强了植物循环演替能力和生态环境可持续发展。
本发明陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法选用适合当地气候和环境的乡土植物品种,使山体能够快速覆绿,保持水土,为灌木和乔木的生长奠定良好基础。原因:1、当地干旱寒冷的气候,不利于植物生长,通过筛选当地抗性好,生长能力强,根系发达,水土保持性能好的植物,保证了植物的成活率,实现快速固土覆绿 ;2、该修复技术采用异龄复层的植物群落搭建模式,草本快速生长覆绿,改善土壤生境条件,灌木生根固土,乔木固土保水保肥,最终形成具有自然演替能力和植物群落,实现陡峭边坡生态修复;3、乡土植物材料的选择,在养护期结束后具有适应环境和自我更新演替能力,节约了后期维护成本,同时增加边坡的固碳能力。
本发明陡峭边坡水土保持生态修复系统和方法,通过植物纤维毯等可降解材料的使用,减少了生态修复过程中对自然的二次伤害。通过在坡面上设置天气传感器与土壤湿度传感器,天气传感器和土壤湿度传感器均与控制器连接,控制器采集天气与土壤湿度数据,结合蓄水池水位信号并通过分析数据输出控制指令控制所述控制抽水加压泵82启闭,节约运维成本,具有高效、便捷和重复利用的特点。
Claims (10)
1.一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于其包括:固定铺设在陡峭边坡表面(9)上的包塑柔性主动防护内网(1)、横向固定设置在包塑柔性主动防护内网(1)上的生态棒保水层(2)、通过锚杆和张拉绳固定铺设在生态棒保水层(2)上的包塑柔性主动防护外网(3)、喷涂在包塑柔性主动防护外网(3)上的基质营养层(4)、喷涂在基质营养层(4)上的种子面层(5)、栽植在种子面层(5)之间的灌木小苗(6)、覆盖在种子面层(5)上的植物纤维毯层(7)以及设置在边坡上的雨水收集利用灌溉系统(8),所述灌木小苗(6)呈矩阵状分布。
2.根据权利要求1所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于生态棒保水层(2)为通过铁丝横向固定布置在包塑柔性主动防护内网(1)上的生态棒以及填充在生态棒内的营养土,所述营养土包括改良土壤、生物有机肥、稻壳按质量之比10:2:1复配而成;
在每立方米营养土内添加:尿素0.15~0.2kg、过磷酸钙0.20~0.25kg;
所述改良土壤为当地的土壤,每立方米当地土壤添加保水剂50~100g;
保水剂的组分与各组分的重量百分比含量为:丙烯酰胺64.5~67.5%、丙烯酸钾23~24%、水9%~10%、交联剂0.5%~1.5%。
3.根据权利要求1所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于基质营养层(4)的组分及各组分的重量百分比含量为:
改良种植土83~86%、东北泥炭土6~8%、植物纤维4.0~4.5%、稻壳3.2~3.5%、添加剂A0.8~1.0%;
植物纤维包括木纤维、草纤维按照质量之比为3~5:10复配而成。
4.根据权利要求3所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于添加剂A的组分及各组分的重量百分比含量为:腐殖酸材料40~43.5%、复合肥12~13.2%、有机肥42.07~43.86%、保水剂1.2~1.45%、粘合剂0.8~1.0%、生物菌剂0.4~0.45%、土壤改良剂0.03~0.04%。
5.根据权利要求1所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于所述种子面层(5)的组分及各组分的重量百分比含量为:改良种植土69.1~73.2%、东北泥炭土6.5~7.0%、植物纤维12~15%,稻壳8.0~8.5%、种子0.10~0.15%、添加剂B 0.20~0.25%。
6.根据权利要求5所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于添加剂B的组分及各组分的重量百分比含量为:有机肥62~66%、生根剂2~3%、保水剂18.5~20%、粘合剂13.5~15%。
7.根据权利要求5或6所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于种子面层(5)中的种子为刺槐、白榆、紫穗槐、沙棘、柠条锦鸡儿、脱壳胡枝子、紫花苜蓿、冰草、披碱草、草木犀、早熟禾和耐旱野花中的二种以上或全部;
所述灌木小苗(6)为丁香、紫穗槐、山杏、山荆子和白榆中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述一种陡峭边坡水土保持生态修复系统,其特征在于雨水收集利用灌溉系统(8)包括设置在陡峭边坡底部的蓄水池(81)、设置在生态棒保水层(2)上的与蓄水池(81)连通的灌溉组件和雨水回收组件;
所述灌溉组件包括设置在蓄水池(81)内的抽水加压泵(82)、纵向设置在生态棒保水层(2)上的与抽水加压泵(82)出水口连通的灌溉给水主管(83)、横向间隔设置且与灌溉给水主管(83)连通的灌溉给水支管(84)以及间隔设置在每根灌溉给水支管(84)上的微喷灌喷头(85),灌溉给水主管(83)和灌溉给水支管(84)设置在相应的生态棒之间;
所述雨水回收组件包括纵向设置在生态棒保水层(2)上的且底部与蓄水池(81)连通的透水主管(86)以及横向间隔设置且与透水主管(86)连通的透水支管(87);所述透水主管(86)和透水支管(87)和材质为HDPE穿孔渗透排水管;
在坡面上设置天气传感器与土壤湿度传感器,天气传感器和土壤湿度传感器均与控制器连接,控制器采集天气与土壤湿度数据,结合蓄水池水位信号并通过分析数据输出控制指令控制所述抽水加压泵(82)启闭。
9.一种陡峭边坡水土保持生态修复方法,其特征在于采用以下步骤:
步骤一、清理坡面:清理陡峭边坡坡面上的杂物,使坡面沿断裂方向平顺,局部不平整处加填生态袋至坡面平整;
步骤二、确定锚杆孔位:放线测量确定锚杆孔位,根据地形条件使孔位间距有0.3m的调整量,插入锚杆后使锚杆与坡面呈80°~90°角;锚杆包括主锚杆(10)和辅锚杆(11),在所述主锚杆顶端设置环套,所述主锚杆为Φ16钢筋,长度为1.5m,主锚杆的间距为4.5m*4.5m,在每一主锚杆孔顶部设置容纳环套的凹坑,凹坑的深度大于环套的长度,凹坑口直径为0.2m;辅锚杆为Φ14钢筋,长度为1.2m,辅锚杆间距为1.125m*1.125m,呈矩阵状布置,辅锚杆露出坡面0.15m;
步骤三、钻孔:按步骤二中的锚杆长度钻凿锚杆孔并清孔,锚杆孔深比相应的锚杆长50cm,锚杆孔直径不小于50mm;
步骤四、灌浆及插入锚杆:采用M30水泥砂浆向锚杆孔内灌浆并插入相应的锚杆,环套顶端不高出地表,且环套段不注浆;
步骤五:安装纵、横向支撑绳:将张拉绳进行预张拉,然后张拉绳穿过主锚杆(10)顶端的环套并拉紧,张拉绳两端分别用2~4个绳卡与对应的环套固定;
步骤六、铺设包塑柔性主动防护内网:包塑柔性主动防护内网(1)为50mm*60mm的GA/2.0/50*60的钢丝双绞六边形网片,各网片间边缘从上叠压到下铺设,重叠宽度不小于5cm;两张包塑柔性主动防护内网之间的叠压处采用钢丝编织结合,用Φ1.5mm扎丝按1m间距与张拉绳扎结;
辅锚杆(11)露出坡面,杆部包塑柔性主动防护内网(1)之间用扎丝固定;坡面相邻上下两张包塑柔性主动防护内网片搭接时,下方的包塑柔性主动防护内网片放在底层,接网的结以梅花形排列;
步骤七、挂生态棒与绑扎预留PVC管:选用Φ100mm生态棒,内装满营养土,用铁丝将生态棒横向绑扎固定于挂好的包塑柔性主动防护内网(1)上,生态棒横向布置,纵向相邻两个生态棒之间的间距为350mm,形成生态棒保水层(2);
选用D100mm的PVC管,长度为150mm,PVC管与坡面垂直,通过扎丝与包塑柔性主动防护内网固定,PVC管固定间距为1125*1125mm;
步骤八、铺设包塑柔性主动防护外网:所述包塑柔性主动防护外网(3)为2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,从上到下铺设在步骤七的生态棒保水层上,在由张拉绳构成的每个4.5m*4.5m网格内铺设一张2.5m*2.5m的DO/09/300型钢丝绳网,每张钢丝绳网与四周张拉绳间用Φ8缝合绳缝合连结并拉紧;
步骤九、喷射基质营养层:分两次将基质营养喷涂在包塑柔性主动防护内网、生态棒保水层和包塑柔性主动防护外网上,基质营养层厚度10~11cm,喷涂后四者形成一个整体;
步骤十、喷射种子面层:将种子面层喷射在所述基质营养层上方,厚度为2cm;
步骤十一、栽植灌木小苗:在喷射种子面层后在预留的PVC管内栽植灌木小苗,栽植后去除PVC管;
步骤十二、铺设植物纤维毯:从上至下铺设植物纤维毯,所述植物纤维毯保水保温并能防止发芽期雨水冲刷。
10.根据权利要求9所述的一种陡峭边坡水土保持生态修复方法,其特征在于在步骤七与步骤八之间铺设雨水收集利用灌溉系统(8),灌溉给水主管(83)和透水主管(86)纵向设置,灌溉给水支管(84)和透水支管(87)横向设置。
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