凹山采場(chǎng)高陡邊坡生態(tài)再造實(shí)踐

張啟文 黃克斌 揣 新

(馬鋼集團(tuán)南山礦業(yè)公司)

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凹山采場(chǎng)高陡邊坡生態(tài)再造實(shí)踐

張啟文 黃克斌 揣 新

(馬鋼集團(tuán)南山礦業(yè)公司)

為探索利用植被護(hù)坡方法維護(hù)露天高陡邊坡穩(wěn)定的可行性及生態(tài)效益，針對(duì)凹山采場(chǎng)西南幫15～45 m臺(tái)階巖石和黃土裸露、寸草不生的約5 000 m2邊坡進(jìn)行植被重建、生態(tài)再造試驗(yàn)，著重考察了植被蓋度、物種豐富度指數(shù)、景觀協(xié)調(diào)性等指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用厚層基材噴播工藝施工的護(hù)坡能夠抵擋雨水的侵蝕，避免基質(zhì)流失，經(jīng)過半年的養(yǎng)護(hù)，植被覆蓋率達(dá)90%以上，維護(hù)邊坡穩(wěn)定和抗侵蝕性的作用顯現(xiàn)，同時(shí)修復(fù)了山體“傷疤”，消除了治理區(qū)裸露邊坡視覺污染，改善了礦山景觀，對(duì)國(guó)內(nèi)其他金屬礦山的生態(tài)恢復(fù)工程有較好的啟發(fā)和借鑒作用。

高陡邊坡 厚層基材噴播 穩(wěn)定性 抗侵蝕性 生態(tài)再造

南山礦露天采場(chǎng)邊坡陡(65°～70°)，面積大，巖石風(fēng)化,呈酸性，容易受日曬、雨淋、氧化、分解等影響和暴雨沖刷侵蝕形成表面沖溝或塌落，如不及時(shí)防護(hù)會(huì)影響邊坡穩(wěn)定。如大面積采用物理防護(hù)(掛柔性防護(hù)網(wǎng)或噴混凝土)勢(shì)必影響礦山生態(tài)景觀，而直接在養(yǎng)分貧乏的陡峭邊坡上進(jìn)行常規(guī)綠化種植會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定，草木也會(huì)生長(zhǎng)不良。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高和國(guó)家大力發(fā)展綠色礦業(yè)，綠色技術(shù)將會(huì)更多地應(yīng)用到礦山開采過程中，植被護(hù)坡也將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)支護(hù)措施。因此，探索利用植被護(hù)坡方法維護(hù)露天高陡邊坡具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

南山礦凹山采場(chǎng)西南幫邊坡主要由閃長(zhǎng)玢巖、凝灰?guī)r、角礫巖等組成，遭受地表塌陷影響及長(zhǎng)時(shí)間不同程度的風(fēng)化、蝕變，巖體裂隙發(fā)育，完整性變差[1]，臺(tái)階高15 m，邊坡角為65°～70°，邊坡土壤含量少，植被自然恢復(fù)期長(zhǎng)。針對(duì)此種情況選取凹山采場(chǎng)西南幫15～45 m臺(tái)階巖石和黃土裸露、寸草不生的約5 000 m2邊坡進(jìn)行植被恢復(fù)、生態(tài)再造試驗(yàn)。試驗(yàn)坡段邊坡原貌見圖1。

圖1 試驗(yàn)坡段邊坡原貌

2 生態(tài)再造技術(shù)

2.1 植被護(hù)坡

開挖邊坡或人工填土后種植植物,利用植物與土體的相互作用(根系錨固作用)對(duì)邊坡表層進(jìn)行防護(hù)、加固,使之既能滿足設(shè)計(jì)對(duì)邊坡表層穩(wěn)定的要求,又能恢復(fù)被破壞的自然生態(tài)環(huán)境,這種護(hù)坡方式稱為植被護(hù)坡或邊坡綠化[2]。植被護(hù)坡作用機(jī)理可概括為根系的力學(xué)效應(yīng)和植物莖葉的水文效應(yīng)。植被護(hù)坡機(jī)理見圖2。

圖2 植被護(hù)坡機(jī)理

2.2 厚層基材噴播工藝

厚層基材噴播綠化工藝是利用空氣動(dòng)力學(xué)原理在巖石表面及金屬網(wǎng)上噴附由表土、泥炭土、木纖維、保水劑、粘合劑、肥料、植物種子等混合物，形成具有類似天然土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的基質(zhì)土層進(jìn)行邊坡綠化的機(jī)械施工工藝，能在65°以上的高陡硬巖坡面上應(yīng)用, 制造較厚并有強(qiáng)大抗沖刷性能的基質(zhì)層，并且無論是前期還是后期都將有良好的綠化效果[3]。厚層基材噴播綠化工藝見圖3。

圖3 厚層基材噴播綠化工藝原理

3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)思路

(1)通過植被加強(qiáng)邊坡防護(hù)，維護(hù)和提高邊坡的穩(wěn)定性。

(2)通過邊坡綠化實(shí)現(xiàn)裸露巖石邊坡上的景觀再造和生態(tài)修復(fù)。

3.2 邊坡綠化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)以厚層基材噴播綠化為主，苗木移植為輔,即在坡面上全面進(jìn)行厚層基材噴播綠化，再在坡面的凹陷多土處、平臺(tái)處栽植綠化。

在掛網(wǎng)后的巖石邊坡上采用機(jī)械化手段進(jìn)行厚層基材噴播，在巖石表面覆蓋12 cm基質(zhì)土層，借助基質(zhì)層的保護(hù)及長(zhǎng)出的植物，植物根系與包塑鐵絲網(wǎng)的相互作用來強(qiáng)化植被固坡，通過植被冠層和根系土層的共同作用抵抗雨水對(duì)邊坡原有巖土層及基質(zhì)層的侵蝕,起到水土保持的作用?；|(zhì)層還起到保護(hù)邊坡原有巖土層免受日曬、雨淋、氧化、凍融等影響的作用。

3.3 施工過程

本試驗(yàn)段邊坡綠化施工流程包括清坡、厚層基材噴播綠化施工、苗木移植和養(yǎng)護(hù)管理。

3.3.1 清 坡

人工清除坡面浮石，盡可能平整坡面，利于基質(zhì)與坡面結(jié)合。

3.3.2 厚層基材噴播綠化施工

該工序一般包括掛網(wǎng)、釘網(wǎng)、布設(shè)方木條、掛管狀植生袋、噴附基材和種子等。鋪設(shè)包塑鐵絲網(wǎng)先期可以起到是固定基質(zhì)的作用，后期為植物根系提供附著物，鐵絲網(wǎng)用土釘固定;然后，布設(shè)方木條和管狀植生袋，在鐵絲網(wǎng)的凹陷部分墊方木條，使鐵絲網(wǎng)整體平整，便于噴播基質(zhì)，將管狀植生袋用鐵絲綁在鐵絲網(wǎng)上，橫向布設(shè)，縱向距離為100 cm，植生袋內(nèi)裝有混合好植物種子的基質(zhì);最后，將綠化基材、植土壤、植物種子和水充分混合后輸送至特制混噴機(jī)腔內(nèi)，利用壓縮空氣均勻噴附到坡面上，凹凸部分要充分注意，噴射厚度為12 cm，噴播用基質(zhì)原材料配比見表1，噴播植物種子名稱及配比見表2。施工過程見圖4。

表1 噴播用基質(zhì)原材料配比

3.3.3 苗木移植

移植苗木是指在已噴播基質(zhì)層后邊坡面的凹陷多土處、平臺(tái)處再栽植綠化。根據(jù)地形坡面點(diǎn)綴種植鄉(xiāng)土常綠植物(側(cè)柏、濕地松、小葉女貞、大葉女貞、火棘、青岡、夾竹桃等)、彩葉植物(黃櫨、楓香、繼木、紅葉石楠等) 和開花植物(泡桐、映山紅、紫微等)穴盤苗以使邊坡植被冬季有綠、秋季有彩、平時(shí)有花。植物根據(jù)市場(chǎng)采購的可獲得性而定，物種盡量多樣豐富，每4 m2坡面1～2株即可。

表2 噴播植物種子名稱及配比

圖4 厚層基材噴播作業(yè)

本生態(tài)再造工程除了一般邊坡綠化的效果以外，還要有景觀。因本邊坡位置重要，恰好處在外來參觀者的腳下。

3.3.4 綠化養(yǎng)護(hù)

因礦山坡陡，陽光紫外線強(qiáng)，夏季溫度高，風(fēng)大，且又是生態(tài)和景觀要求較高的區(qū)域，因而噴播復(fù)綠施工及其后2 a邊坡上必須安裝簡(jiǎn)易噴灌系統(tǒng)。簡(jiǎn)易噴灌系統(tǒng)由水泵、PVC管和噴頭等組成，個(gè)別噴灌不到的區(qū)域用人工拉皮管輔助澆灌。采取高壓水泵將附近水輸送到通往邊坡的至少φ5 cm增強(qiáng)管道中，管道上安置足夠數(shù)量的自動(dòng)噴頭，縱向管道之間的橫向間距小于15 m。

邊坡復(fù)綠無論是施工還是養(yǎng)護(hù)，與平地上的園林綠化以及土山上的林木種植有很大不同，能否維持本工程邊坡植被的生長(zhǎng)、演替，還需要合理、規(guī)范、科學(xué)的養(yǎng)護(hù)管理措施。養(yǎng)護(hù)包括灌溉、施肥、病蟲害防治、基質(zhì)修補(bǔ)、補(bǔ)噴、間苗等工作，實(shí)現(xiàn)以建立與周邊環(huán)境相融的近自然植被為最終目標(biāo)，要從初期的“精養(yǎng)護(hù)”向中期的“簡(jiǎn)養(yǎng)護(hù)”，再向遠(yuǎn)期的“免養(yǎng)護(hù)”過渡。

4 試驗(yàn)效果及分析

4.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的制定參考國(guó)內(nèi)相關(guān)案例[4-5]，對(duì)試驗(yàn)邊坡的植被蓋度、物種豐富度指數(shù)、景觀協(xié)調(diào)性等指標(biāo)進(jìn)行了定期跟蹤取樣。各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

4.2 試驗(yàn)坡段效果及分析

在不同天氣狀況下對(duì)試驗(yàn)坡段邊坡復(fù)綠效果進(jìn)行觀測(cè)記錄，見圖5。

表3 護(hù)坡效果評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

圖5 試驗(yàn)坡段效果

從圖5可以看出：

(1)生長(zhǎng)初期部分區(qū)域因自然降雨的液力沖刷而產(chǎn)生流失現(xiàn)象，但經(jīng)過半年生長(zhǎng)，流失現(xiàn)象未擴(kuò)大，護(hù)坡效果良好，植被覆蓋率達(dá)90%以上。

(2)經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)邊坡復(fù)綠效果連續(xù)6個(gè)月的觀察，目前，邊坡形成了草灌結(jié)合、物種搭配合理的先鋒植物群落，而且不同季節(jié)物種有更替，冬季仍有綠色可見，物種豐富度高。

(3)此試驗(yàn)坡段位于凹山車間觀禮臺(tái)下，前來參觀的人比較多，景觀美感豐富，與未試驗(yàn)坡段景觀對(duì)比明顯。

(4)目前凹山車間生態(tài)護(hù)坡工程效果的評(píng)價(jià)體系還不夠完善，尤其是生態(tài)護(hù)坡的一些理化指標(biāo)無法獨(dú)立持續(xù)監(jiān)測(cè)，還需要在未來的實(shí)踐中不斷加以修正和完善。但就目前觀測(cè)的情況而言，生態(tài)護(hù)坡工程的作用是顯而易見的。

(5)生態(tài)護(hù)坡與工程加固措施相比,初期效果不是很顯著，但隨著植物的生長(zhǎng)和繁殖，對(duì)增加邊坡穩(wěn)定和抗侵蝕的作用會(huì)越來越大。

5 結(jié) 語

本次礦山邊坡生態(tài)再造工程總面積約5 000 m2，通過清坡排險(xiǎn)，消除落石隱患，掛網(wǎng)和噴播基質(zhì)，為植物提供良好的生長(zhǎng)基礎(chǔ)，發(fā)揮了人工植被的護(hù)坡、固土、滯塵、涵水、固碳、釋氧和改善微環(huán)境小氣候的生態(tài)服務(wù)功能。同時(shí)使覆蓋基質(zhì)層和植被的邊坡巖石面減少因光、溫、水、氣變化導(dǎo)致的分化，減弱降雨對(duì)邊坡的沖刷，減少次生地質(zhì)災(zāi)害隱患，給參觀游覽者和礦山工人帶來良好美感和愉悅心情。馬鋼南山礦凹山采場(chǎng)邊坡植被重建和生態(tài)修復(fù)示范工程為其他采類似礦山提供了示范樣本。

[1] 馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司.凹山采場(chǎng)西南幫礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程實(shí)施方案設(shè)計(jì)[R].馬鞍山:馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,2013.

[2] 毛伶俐.生態(tài)護(hù)坡中植被根系的力學(xué)分析[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2007.

[3] 浙江大學(xué),馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司.馬鋼南山礦凹山采場(chǎng)局部高陡邊坡生態(tài)再造設(shè)計(jì)方案[R].杭州:浙江大學(xué)，2014.

[4] 龍 鳳，李紹才，孫海龍,等.巖石邊坡生態(tài)護(hù)坡效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(S1):3095-3101.

[5] 朱海駿，陳征宙，余小奎.某廢棄采石場(chǎng)的邊坡治理與景觀設(shè)計(jì)探討[J].金屬礦山，2006(5):63-65.

Practice of the Ecological Reconstruction of High and Steep Slope in Aoshan Stope

Zhang Qiwen Huang Kebin Chuai Xin

(Nanshan Mining Company, Maanshan Iron and Steel Group)

In order to analyze the feasibility and ecological benefits of maintaining the high and steep open-pit slope by using vegetation slope protection method, vegetation reconstruction and ecological reconstruction experiments are conducted at the slope which is loess naked and bare of 5 000 m2with steps of 15～45 m at the southwest region in Aoshan stope. The index of vegetation coverage, species richness and landscape coordination are analyzed. The experimental results show that the slope constructed by the thick layer base material spraying technology is able to resist the rain erosion and avoid loss matrix, the vegetation coverage is reached to more than 90% by six months maintenance, the effects of maintaining slope stability and erosion resistance are appeared, the mountain are repaired, the visual pollution of the bare slope in the governance area is eliminated, the mining landscape is improved. The research results in this paper can provide reference for the ecological restoration project in the other metal mines in our country.

High and steep slope, Thick layer base material spraying, Stability, Erosion resistance, Ecological reconstruction

2015-05-06)

張啟文(1970—)，男，工程師，243031 安徽省馬鞍山市雨山區(qū)向山鎮(zhèn)。