生物磚排水溝技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用與推廣

殷春霞，黃成燕，胡 榮，孫發(fā)政

(深圳市大自然生態(tài)園林技術(shù)有限公司，廣東深圳 518131)

1 生物磚排水溝技術(shù)研發(fā)背景及其意義

2002 年，深圳市大規(guī)模開(kāi)展了裸露山體生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目，政府投資3億多元進(jìn)行裸露山體(采石場(chǎng))的整治復(fù)綠。主管部門(mén)提出，通過(guò)大規(guī)模的采石場(chǎng)整治復(fù)綠工程，不僅要整治好遺留的裸露山體生態(tài)景觀，還要出成果、出人才。在這場(chǎng)大規(guī)模的采石場(chǎng)生態(tài)復(fù)綠工作中，我公司參與并承擔(dān)了龍崗30號(hào)路邊坡、清林徑水庫(kù)2號(hào)采石場(chǎng)、寶安區(qū)芙蓉尾采石場(chǎng)等水土保持生態(tài)復(fù)綠工程。在實(shí)際施工過(guò)程中，我們遇到了采石場(chǎng)坡面排水的問(wèn)題。

應(yīng)該說(shuō)，所有開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目都離不開(kāi)排水的問(wèn)題，如公路、鐵路、房地產(chǎn)、水利、園林、城建等。傳統(tǒng)的排水溝是用漿砌石或水泥磚、紅磚等材料砌筑而成，其排水功能是毫無(wú)疑問(wèn)的，但是同時(shí)存在著一些負(fù)面問(wèn)題。例如，幾年前深圳成品油管道項(xiàng)目建設(shè)中在南坪快速道路沿線的山體上砌筑了大量漿砌石排水溝，對(duì)山體的自然景觀影響很大，市民意見(jiàn)也大，這一情況曾被有關(guān)部門(mén)通報(bào)。在深圳市大規(guī)模開(kāi)展的裸露山體生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目施工中，大量的漿砌石排水溝使生態(tài)恢復(fù)的成效失色不少，不僅表現(xiàn)在生態(tài)景觀的負(fù)面影響上，還表現(xiàn)在:漿砌石排水溝在山體上施工時(shí)，施工材料搬運(yùn)難度大，成本高;建成的漿砌石排水溝將大量的雨水快速排出，不利于水資源的利用和城市排洪壓力的消解;此外，漿砌石排水溝的砌筑材料來(lái)源于被炸毀的山體，也不利于從源頭上保護(hù)青山綠水。

傳統(tǒng)的漿砌石排水溝在采石場(chǎng)高坡上施工造價(jià)高、景觀差、生態(tài)負(fù)面影響大，生產(chǎn)實(shí)踐推動(dòng)著我們要思考和創(chuàng)新。為此，在采石場(chǎng)整治復(fù)綠工程中，我們開(kāi)展了生物磚排水溝的試驗(yàn)研究，取得了突出成效。該項(xiàng)技術(shù)2007年被深圳市水土保持辦公室列入深圳市開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編報(bào)指南新技術(shù)應(yīng)用，2010年被列入科技部農(nóng)業(yè)科技轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目和水利部水利先進(jìn)技術(shù)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，并已通過(guò)了驗(yàn)收。

2 生物磚排水溝技術(shù)主要研發(fā)內(nèi)容

開(kāi)發(fā)生物磚排水溝是由我公司發(fā)明的一種既有排水功能又具近自然恢復(fù)生態(tài)的新型技術(shù)(專利號(hào):ZL03224698.6;ZL201220110894.6)，該技術(shù)以留有種植孔的預(yù)制生物磚為材料，在坡面上砌成截、排水溝，然后在生物磚的種植孔內(nèi)注滿含有草籽的營(yíng)養(yǎng)土，待草籽發(fā)芽長(zhǎng)大后，綠草能夠完全覆蓋排水溝的生物磚砌體，綠草根系牢牢地將生物磚連結(jié)成整體，形成綠色草溝。

開(kāi)發(fā)生物磚排水溝技術(shù)首先是要研究和解決生物磚材料的生產(chǎn)。如何進(jìn)行綜合利用，變廢為寶，將采石場(chǎng)的下腳料石粉等制作成生物磚，是生物磚材料生產(chǎn)的研究環(huán)節(jié)之一。本項(xiàng)研究采用采石場(chǎng)的下腳料石粉或煤矸石、河沙等，加入適量的水和少量的水泥，攪拌均勻后，用制磚機(jī)進(jìn)行震動(dòng)和壓制，再進(jìn)行風(fēng)干、養(yǎng)護(hù)后，即為生物磚成品。

其次，是生物磚磚體式樣的研究。從3個(gè)方面解決了生物磚磚體式樣的問(wèn)題:一是每塊生物磚留有種植孔，以便在種植孔內(nèi)灌注營(yíng)養(yǎng)土和草籽;二是生物磚磚體尺寸的大小，要有利于工程現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)和施工，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，生物磚磚體以40 cm×20 cm×20 cm為宜，磚孔以12 cm×12 cm為宜;三是生物磚與生物磚之間還要有咬合作用，使生物磚之間能夠有效、穩(wěn)定地鑲嵌，因此決定采用磚體外緣凹凸的兩種樣式。

再次，是生物磚種植孔內(nèi)營(yíng)養(yǎng)土和草籽的配比及優(yōu)化研究。選擇哪幾種草種和灌木種子，采用什么樣的搭配和優(yōu)化組合，對(duì)于生物磚排水溝生態(tài)景觀恢復(fù)的效果具有重要的意義。生物磚在應(yīng)用于不同的地點(diǎn)、不同的項(xiàng)目時(shí)，其草種和灌木種子的配比應(yīng)有所不同:在山體創(chuàng)傷坡面的生態(tài)恢復(fù)工程中，選用狗牙根(Cynodon dactylon)、百喜草(Paspalum notatum)、類蘆(Neyraudia reynaudiana)、山毛豆(Tephrosia candida)、豬屎豆(Crotalaria pallida)等混合草灌木種子效果較好，有利于實(shí)現(xiàn)生物多樣性，使生態(tài)景觀恢復(fù)效果與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào);應(yīng)用于河道坡面防護(hù)時(shí)，則以選擇3～5種草種為宜，如狗牙根、假儉草(Eremochloa ophiuroides)、大葉油草(Axonopus compressus)等。注重豆科與禾本科植物的搭配有利于土壤的改良和植被恢復(fù)。

最后，從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，還要考慮到生物磚材料生產(chǎn)的就地取材和就近生產(chǎn)，以減少運(yùn)輸費(fèi)用。

3 生物磚排水溝技術(shù)與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)的綜合比較優(yōu)勢(shì)

(1)生物磚排水溝技術(shù)為國(guó)家專利技術(shù)，具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的技術(shù)審查、創(chuàng)新性審查和國(guó)內(nèi)外雷同性檢索，證明是一項(xiàng)創(chuàng)新型的技術(shù)。從發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家來(lái)看，他們應(yīng)用地形變化排水和土質(zhì)排水溝較多，因?yàn)橥临|(zhì)排水溝生態(tài)和景觀效果好，但土質(zhì)排水溝容易被水流沖損，因此這些國(guó)家常常在排水的部位放置一些石塊或碎石，以減緩水流的沖損;從欠發(fā)達(dá)的非洲國(guó)家來(lái)看，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)實(shí)力有限，費(fèi)用昂貴的漿砌石、混凝土、紅磚等硬質(zhì)材料排水溝雖有所采用，但土質(zhì)排水溝更為普遍，而土質(zhì)排水溝沖損較多，水土流失嚴(yán)重。從國(guó)外的這些情況來(lái)看，生物磚排水溝在國(guó)際上也是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，它將排水功能的穩(wěn)定與生態(tài)、景觀好和成本低等有機(jī)地結(jié)合了起來(lái)。

(2)在我國(guó)的公路、鐵路、房地產(chǎn)、水利等建設(shè)項(xiàng)目中，大多數(shù)排水溝都是用漿砌石、混凝土、紅磚等硬質(zhì)材料砌筑，少數(shù)為土質(zhì)排水溝。硬質(zhì)材料排水溝在成本、景觀、生態(tài)等方面都存在一定的缺陷;而土質(zhì)排水溝雖然有草本植物的防護(hù)，生態(tài)、景觀效果較好，但容易被水流沖毀或損壞，缺乏排水安全的保證。生物磚排水溝既能抗水流沖刷，又具有生態(tài)環(huán)保功效，避免了硬質(zhì)材料排水溝在成本、景觀、生態(tài)等方面存在的缺陷和土質(zhì)排水溝容易被水流沖毀的缺陷，同時(shí)又兼具了硬質(zhì)材料排水溝剛性防護(hù)牢固的優(yōu)點(diǎn)和土質(zhì)排水溝生態(tài)、景觀效果好的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性尤為顯著。

(3)我國(guó)北方地區(qū)較常采用土質(zhì)排水溝，因?yàn)楸狈降貐^(qū)的降雨量較小，雨水對(duì)土質(zhì)排水溝的損毀程度較輕;在我國(guó)南方地區(qū)也見(jiàn)到一些土質(zhì)排水溝，但土質(zhì)排水溝排水的安全性非常低。用硬質(zhì)材料砌筑的排水溝在我國(guó)十分普遍，這是因?yàn)檫@種排水溝的安全性較可靠，但硬質(zhì)材料排水溝造價(jià)高，生態(tài)和景觀效果都不好。生物磚排水溝技術(shù)具有了硬質(zhì)材料排水溝的安全性和土質(zhì)排水溝的生態(tài)、景觀好和成本低的優(yōu)勢(shì)，推廣前景十分廣闊。我公司從2002年開(kāi)始研制生物磚排水溝技術(shù)，到2003年獲得專利，至今已有10年的歷史，該項(xiàng)技術(shù)已推廣應(yīng)用到很多建設(shè)項(xiàng)目中，獲得了建設(shè)單位的好評(píng)與肯定。

(4)生物磚技術(shù)應(yīng)用在河道整治中，也取得了生態(tài)、景觀好和成本低的效果。對(duì)于河道的整治，過(guò)去常常用漿砌片石或水泥砂漿進(jìn)行河道邊坡防護(hù)，使活生生的河道變得僵硬、呆板，隔絕了河道中的水與河道兩岸土壤的交換。生物磚技術(shù)在河道整治護(hù)坡中的應(yīng)用，既保護(hù)了河道邊坡的安全穩(wěn)定，其磚孔內(nèi)的植物枝葉又能完全覆蓋生物磚砌體，形成綠色河道邊坡，同時(shí)生物磚磚孔內(nèi)的植物根系盤(pán)根錯(cuò)節(jié)地將生物磚與生物磚、生物磚與河岸邊坡土壤牢牢地連結(jié)成一個(gè)整體，有效地保護(hù)了河道邊坡的穩(wěn)定與安全。

4 生物磚排水溝技術(shù)取得的主要成果

(1)在知識(shí)創(chuàng)新方面已取得的成就。我國(guó)水土保持從概念到內(nèi)涵在當(dāng)代已發(fā)生了很大的變化，同時(shí)在水土保持理念上也有重大變化，水土保持生態(tài)建設(shè)已成為我國(guó)生態(tài)建設(shè)的主要內(nèi)容。這些變化落實(shí)到具體的應(yīng)用案例上，生物磚排水溝技術(shù)是一個(gè)生動(dòng)的事例，它將水土保持中的排水技術(shù)實(shí)現(xiàn)了歷史性的變革，使生態(tài)的理念融入到生物磚排水溝技術(shù)之中，實(shí)現(xiàn)了排水措施與生態(tài)、景觀的有機(jī)結(jié)合。這一生動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新案例，也推動(dòng)了對(duì)傳統(tǒng)水土保持理論的思考，并有了水土生態(tài)理論的產(chǎn)生。

(2)在技術(shù)創(chuàng)新方面已取得的成就。生物磚排水溝技術(shù)是一種既有排水功能又具近自然生態(tài)恢復(fù)的新型排水溝，其創(chuàng)新特點(diǎn)是:①生物磚排水溝是由多孔的生物磚砌筑而成，磚孔內(nèi)的植物根系將每塊生物磚牢牢地連結(jié)成一個(gè)整體，兼具軟性和剛性防護(hù)的功能;②生物磚排水溝在創(chuàng)傷坡面上布設(shè)后，將雨水在坡面形成的大股流分解成小股流，小股流分散成面流，在植被的作用下有效地保護(hù)了坡面，實(shí)現(xiàn)了坡面的近自然恢復(fù);③生物磚排水溝有利于土壤保墑和植被恢復(fù)，減少水資源浪費(fèi);④生物磚排水溝施工輕巧、便捷、快速，同時(shí)由于是干砌，因此在雨天可以照常施工;⑤生物磚排水溝在松軟的邊坡上可以整體沉降，所以不至于因邊坡沉降而產(chǎn)生裂縫或斷裂導(dǎo)致水流沖毀;⑥生物磚排水溝比傳統(tǒng)的漿砌片石排水溝造價(jià)低;⑦生物磚材料的主要成分是河沙或石粉等下腳料，有利于變廢為寶，綜合利用，并且從源頭上保護(hù)青山綠水;⑧生物磚排水溝技術(shù)在河流治理中運(yùn)用，具有生態(tài)景觀和護(hù)坡功能的雙重功效，有利于實(shí)現(xiàn)河流的生態(tài)恢復(fù)。

(3)在工藝創(chuàng)新方面已取得的成就。生物磚的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)采石場(chǎng)石粉等下腳料的綜合利用，變廢為寶;實(shí)現(xiàn)了就地取材和就近生產(chǎn)，大大減少了生物磚材料的運(yùn)輸費(fèi)用。生物磚磚體式樣圍繞排水問(wèn)題從3個(gè)方面取得了適宜的參數(shù):一是每塊生物磚留有種植孔，磚孔以12 cm×12 cm有利于灌注營(yíng)養(yǎng)土和草籽、灌木的生長(zhǎng);二是生物磚磚體尺寸以40 cm×20 cm×20 cm有利于工程現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)和施工;三是生物磚之間設(shè)計(jì)了咬合和鑲嵌，有利于防護(hù)邊坡的穩(wěn)定。

(4)對(duì)解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題所作的貢獻(xiàn)及形成的產(chǎn)業(yè)前景。農(nóng)業(yè)、水利、園林、城建等領(lǐng)域中的水土保持措施都不能沒(méi)有排水溝，特別是在開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施中，排水溝是一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)措施，但傳統(tǒng)的排水溝所存在的缺陷越來(lái)越突出。生物磚排水溝技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)排水溝技術(shù)的一場(chǎng)變革，既環(huán)保，又生態(tài)，更經(jīng)濟(jì)，其市場(chǎng)前景十分廣闊。例如，深圳市重大項(xiàng)目深圳天然氣高壓管道工程，在管線長(zhǎng)達(dá)149 km、面積達(dá)298萬(wàn)m2的水土保持生態(tài)恢復(fù)中，因采用了生物磚排水溝技術(shù)，節(jié)省水土保持工程投資達(dá)50%。這些年來(lái)，我公司已在深圳水官高速天然氣管線、LNG管線、采石場(chǎng)、公路邊坡等水土保持整治復(fù)綠工程中應(yīng)用生物磚排水溝技術(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。因此，生物磚排水溝在建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”中有著重要作用，不僅已成功應(yīng)用于開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工程中，而且被逐步推廣到了農(nóng)業(yè)、水利、園林、房地產(chǎn)等領(lǐng)域。