高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

張鵬程， 孟文濤， 盧 剛， 頡保亮

(地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院， 江蘇南京210007)

0 引 言

隨著生態(tài)文明建設(shè)的開展，大量破損山體的修復(fù)逐漸提上日程。由于多種原因，多數(shù)破損山體邊坡高陡，坡面巖體裸露。在治理地質(zhì)災(zāi)害隱患的同時，若不進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，會留下灰色的“傷疤”，造成嚴(yán)重的視覺污染，既不利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)，也不利于鞏固地質(zhì)災(zāi)害隱患的治理效果，在長期內(nèi)外動力作用下，還可能誘發(fā)二次災(zāi)害。雖然自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)破損山體的生態(tài)平衡與植被覆蓋，但其周期較長、效果不理想，所以進(jìn)行人工生態(tài)恢復(fù)十分必要。

馬澗通道位于江蘇連云港云臺山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)，緊鄰公路，邊坡高陡，大部分巖體裸露，尤其是中上部分坡體層面節(jié)理發(fā)育，裸露巖體與周邊良好的自然環(huán)境很不協(xié)調(diào)，影響了風(fēng)景區(qū)的形象，又因位于城市入口處，嚴(yán)重影響了城市的整體形象。

高陡巖質(zhì)邊坡立地條件差，水熱容量小，不具備植物生長所必需的土壤環(huán)境，其生態(tài)修復(fù)是目前山體生態(tài)恢復(fù)的一大難題。業(yè)界對此提出了眾多的生態(tài)修復(fù)方法，一般分為槽穴構(gòu)筑類(李亞欽等，2007；秦品光等，2013)、懸掛類及噴播類(章夢濤等,2004；李守升, 2009)。從生態(tài)修復(fù)的施工及成本來看，采用較為常用的噴播法。

噴播生態(tài)修復(fù)方法根據(jù)采用的黏合劑和改良劑等分為不同的噴播方法(周正軍等，2010；李春林等，2011；蘭虎林等，2011；劉大翔等，2012；楊會橋，2016)，均取得了理想的修復(fù)效果。李燦等(2019)指出，需深入研發(fā)適用于巖質(zhì)邊坡的植生基材，合理選取基材配比，規(guī)范施工工藝，在保證較好的綠化效果下降低成本；夏冬等(2018)指出，在露天礦巖質(zhì)邊坡修復(fù)過程中,需根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)、氣候、土壤、生物、開采現(xiàn)狀等調(diào)查，充分考慮邊坡高度、坡面角、巖體空間結(jié)構(gòu)幾何信息、巖體風(fēng)化程度及巖體質(zhì)量等級對生態(tài)重建方案選取的影響。

因此需開展生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，以指導(dǎo)馬澗通道邊坡的生態(tài)修復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與工程的共贏。

1 試驗(yàn)方案

主要采用原地土壤作原材料，根據(jù)現(xiàn)有的噴播方法選擇不同的黏合劑配置噴播基質(zhì)，通過對施工過程、基質(zhì)沖蝕、種子發(fā)芽及后續(xù)綠化效果進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀察，確定采用不同黏合劑的生態(tài)基質(zhì)的效果。噴播基質(zhì)的配比參照不同噴播方法的一般配比(表1)。采用的黏合劑分別為普通黏合劑、高分子黏合劑和水泥黏合劑。

表1 噴播基材配比Table 1 Ratio of spraying substrate

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)區(qū)域

選擇邊坡一級約3 000 m2區(qū)域，分成3個小區(qū)域，開展3種不同黏合劑噴播試驗(yàn)，試驗(yàn)段如圖1、圖2所示。

圖1 試驗(yàn)位置圖Fig. 1 Test location map

圖2 邊坡坡面示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the slope surface

2.2 試驗(yàn)對比

通過普通黏合劑噴播、高分子黏合劑噴播、水泥黏合劑噴播進(jìn)行生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，具體分布區(qū)域見圖3。

2.3 試驗(yàn)成果

2.3.1 施工 普通黏合劑和水泥噴播采用濕噴法進(jìn)行，需在坡面進(jìn)行人工作業(yè)，施工進(jìn)度較慢，存在一定的安全隱患。

高分子黏合劑的噴播采用液力噴播，其噴射揚(yáng)程高、覆蓋范圍大，利于大面積施工。噴射基質(zhì)的含水量較高、流動性大，對于坡度較陡的坡面基質(zhì)附著能力差，在坡面上呈緩慢流動狀(圖4)。在后續(xù)施工中可通過多次分層補(bǔ)噴保證每層基質(zhì)的黏結(jié)時間，從而達(dá)到減少基質(zhì)流動的效果。要求用于基質(zhì)配置的土壤顆粒較細(xì)，否則容易堵塞噴射管道。由于一般采用噴播車進(jìn)行，因此對施工場地也有一定的要求。

2.3.2 抗沖蝕性 采用普通黏合劑的基質(zhì)抗沖蝕性較差(圖5)，人工澆水時形成的局部細(xì)流就能沖蝕坡面的基質(zhì)。

高分子黏合劑噴播的高分子聚合物具有改善土體結(jié)構(gòu)、提高土體力學(xué)機(jī)械性能、增強(qiáng)土體抗沖刷特性等優(yōu)點(diǎn)。使用高分子黏合劑噴播后，土壤與纖維、纖維與纖維之間黏合力更強(qiáng)，可有效防止風(fēng)雨造成的土壤流失。圖6為高分子黏合劑噴播完成后經(jīng)歷2場大雨的前后對比，未見明顯沖蝕現(xiàn)象。

對比施工完成時和雨后現(xiàn)場(圖7)發(fā)現(xiàn)，水泥黏合劑噴播的生態(tài)基質(zhì)未見明顯沖蝕，僅在臨近坡面溢流槽處，上部排水形成的較大水流從溢流槽溢出，對臨近的水泥黏合劑噴播基質(zhì)沖蝕較大。

圖7 水泥黏合劑噴播區(qū)雨水沖蝕前(a)后(b)對比Fig. 7 Comparison before (a) and after (b) rainwater erosion in the cement adhesive spraying area

2.3.3 生長及綠化效果 普通黏合劑噴播后約1周基本生長發(fā)芽，其他兩區(qū)施工完成后約2周基本發(fā)芽，滯后約1周。對比不同時段的生長情況(圖8)發(fā)現(xiàn)，普通噴播區(qū)因基質(zhì)流失，綠化覆蓋率及植物生長情況相對較差；其他兩區(qū)綠化效果相差不大。

圖8 3種噴播修復(fù)前(a)后(b)綠化效果對比Fig. 8 Comparison of greening effects before (a) and after (b) spraying restoration

3 結(jié) 論

巖質(zhì)邊坡修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜的長期工程，對采用普通黏合劑、高分子黏合劑和水泥黏合劑的噴播工藝及效果進(jìn)行跟蹤分析，總結(jié)其施工工藝、基質(zhì)流失及綠化效果等特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)下列規(guī)律，為高陡巖質(zhì)邊坡大范圍生態(tài)修復(fù)中修復(fù)基質(zhì)的選擇提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(1)普通黏合劑噴播基質(zhì)流失較大，其他2種黏合劑噴播基質(zhì)抗沖蝕性較好。

(2)高分子黏合劑噴播采用液力噴播，施工較為便利。

(3)高分子黏合劑及水泥黏合劑噴播基質(zhì)發(fā)芽較晚，綠化效果較好。