基于生態(tài)修復(fù)理念的取土場(chǎng)水土流失分析與治理對(duì)策研究

夏敦寧，葛 波，陳莉莎，殷承啟，王玉紅，郭曉峰

(1.南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 211800； 2.華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210037)

取土場(chǎng)為城市快速發(fā)展提供了大量的土石方，但是土石方的大量開(kāi)采也導(dǎo)致了取土場(chǎng)存在嚴(yán)重的生態(tài)安全問(wèn)題，尤以水土流失最為突出。常見(jiàn)的取土方式主要有崗地取土、切坡取土和溝邊取土[1]，這三種取土方式直接造成了土壤地表裸露，并形成高陡邊坡，存在極大的安全隱患，在降雨沖刷下，造成嚴(yán)重的水土流失。但是在現(xiàn)今取土場(chǎng)治理當(dāng)中，存在著場(chǎng)地治理設(shè)計(jì)深度不足、治理措施雜亂隨意、場(chǎng)地恢復(fù)缺乏科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題[2]，而隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，取土場(chǎng)的綜合治理成為重中之重[3]，如何科學(xué)、合理、生態(tài)地治理好廢棄取土場(chǎng)成為急需解決的問(wèn)題。巢湖開(kāi)發(fā)區(qū)位于安徽省合肥市東南方向，巢湖北岸，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要增長(zhǎng)極，而區(qū)域內(nèi)取土場(chǎng)的存在，直接威脅著開(kāi)發(fā)區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[4]，因此本研究以巢湖開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的3處取土場(chǎng)為例，結(jié)合生態(tài)恢復(fù)理念，提出切實(shí)可行的治理方案，為區(qū)域水土流失治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

巢湖經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)于1995年經(jīng)安徽省人民政府批準(zhǔn)設(shè)立，是2004年經(jīng)國(guó)務(wù)院核準(zhǔn)保留的規(guī)模較大的省級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)，安徽省投資環(huán)境十佳開(kāi)發(fā)區(qū)。目前全區(qū)管轄面積58 km2，其中工業(yè)總體規(guī)劃面積20 km2、溫泉養(yǎng)生度假區(qū)10 km2、高鐵站區(qū)5 km2等，近期規(guī)劃擴(kuò)至100 km2。巢湖經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)地處江淮丘陵以南，江淮分水嶺橫貫東西，形成較低緩的魚(yú)背狀地帶。區(qū)內(nèi)丘陵起伏，海拔5.8～595 m。開(kāi)發(fā)區(qū)屬中緯度地區(qū)，冬冷夏熱，春秋溫和。土壤以黃棕壤、水稻土為主，約占全部土壤的85%，其余為石灰土、紫色土和砂黑土。境內(nèi)土壤一般中性偏酸，較適宜各種植物生長(zhǎng)。植被類型以落葉闊葉樹(shù)種為主，并含有少量北亞熱帶落葉與常綠闊葉混交林。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水土流失情況，選取了公路取土場(chǎng)、切坡取土場(chǎng)和崗地取土場(chǎng)作為典型取土場(chǎng)進(jìn)行分析，從現(xiàn)狀分析和措施布設(shè)兩個(gè)角度結(jié)合生態(tài)理念進(jìn)行綜合分析。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析

2.1 崗地取土場(chǎng)

在崗地取土場(chǎng)設(shè)置調(diào)查點(diǎn)位，該調(diào)查點(diǎn)因原工程施工對(duì)原地貌結(jié)構(gòu)大肆破壞，留下挖損地約1.38萬(wàn)m2，地勢(shì)起伏較大，裂隙發(fā)達(dá)，地表裸露程度約為98%，場(chǎng)地內(nèi)存有大量已發(fā)生崩落的松散碎石，以坡腳處最為嚴(yán)重，部分巖石下部懸空，成為坡面浮石，發(fā)生崩塌的可能性較大(圖1)。

圖1 崗地取土場(chǎng)現(xiàn)狀

為充分了解該調(diào)查點(diǎn)水土流失情況，分別在坡上、坡中和坡腳三個(gè)位置取土樣并測(cè)量其干質(zhì)量、濕質(zhì)量、容重及含水量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土樣調(diào)查結(jié)果

分析可知，坡腳挖損地由于積水蓄水，含水率相對(duì)較高。該調(diào)查點(diǎn)平均容重為1.496 g/cm3，表明土壤中礦物質(zhì)含量較多，結(jié)構(gòu)偏差。根據(jù)地形地貌、水土流失程度，將該調(diào)查點(diǎn)劃分為邊坡防治區(qū)和挖損地防治區(qū)兩個(gè)區(qū)域，分別對(duì)其進(jìn)行分析、防護(hù)及治理。

(1)邊坡防治區(qū)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)量，該防治區(qū)占地5 650 m2，邊坡長(zhǎng)約220 m，總體坡度較大，坡頂?shù)钠露冗_(dá)75°～85°，坡底由于上方巖土崩落，形成相對(duì)較緩坡面，坡度為45°～60°。調(diào)查點(diǎn)邊坡兩端高差小，為5～6 m，中間高差大，為11～13 m。邊坡防治區(qū)的表層土壤和植被遭大面積破壞，土壤與巖石幾乎全部裸露，裂隙發(fā)達(dá)，部分巖石下部懸空，存在崩塌和滑坡危險(xiǎn)。坡腳處存在大量已發(fā)生崩落的土壤和松散碎石，易水蝕風(fēng)化，穩(wěn)定性較差(圖2)。

圖2 邊坡防治區(qū)現(xiàn)狀

該防治區(qū)土層較厚，同時(shí)所在地區(qū)降雨條件較好，確定其植被自然恢復(fù)年限為1～3 a，但由于坡面坡度>35°，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取重度。結(jié)合調(diào)查點(diǎn)的土層厚度與可能的年侵蝕厚度，算得其抗蝕年限為50～80 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取中度。水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)中的較高值，該調(diào)查點(diǎn)的水土流失危險(xiǎn)程度取重度。

(2)挖損地防治區(qū)。挖損地防治區(qū)占地8 150 m2，受施工開(kāi)挖和擾動(dòng)影響，土壤結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，無(wú)植被覆蓋。場(chǎng)地內(nèi)起伏較大，并形成多個(gè)坑洼地，降雨后積水(圖3)。該防治區(qū)土層相對(duì)邊坡防治區(qū)較薄，且含有大量石塊，但其土層也可滿足草灌植物生長(zhǎng)，同時(shí)區(qū)內(nèi)降雨條件較好，確定其植被自然恢復(fù)年限為1～3 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取輕度。結(jié)合調(diào)查點(diǎn)的土層厚度與可能的年侵蝕厚度，算得其抗蝕年限為20～50 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取中度。水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)中的較

圖3 挖損地防治區(qū)現(xiàn)狀

高值，該調(diào)查點(diǎn)的水土流失危險(xiǎn)程度取中度。

2.2 公路取土場(chǎng)

該調(diào)查點(diǎn)是工程取土后形成的廢棄取土場(chǎng)，地面完全破壞，地表裸露程度約87%，容易引發(fā)水土流失。土樣測(cè)定發(fā)現(xiàn)該區(qū)域平均容重為1.307 g/cm3，表明土壤中礦物質(zhì)含量較少，含有較多有機(jī)質(zhì)，土壤結(jié)構(gòu)良好。調(diào)查點(diǎn)邊坡長(zhǎng)約350 m，總體坡度較大，平均坡度約為37.8°，整體高差不大，為2～3 m。

邊坡區(qū)域土層較厚，同時(shí)所在地區(qū)降雨條件較好，確定其植被自然恢復(fù)年限為1～3 a，但由于坡面坡度>35°，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取重度；結(jié)合調(diào)查點(diǎn)的土層厚度與可能的年侵蝕厚度，算得其抗蝕年限為50～80 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取中度。水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)中的較高值，該調(diào)查點(diǎn)的水土流失危險(xiǎn)程度取重度。

坡腳位置由于大量取土，表層土壤與地表植被遭受嚴(yán)重破壞，僅含有部分草本、灌木和小喬木，土壤裸露程度約83%。場(chǎng)地內(nèi)部分區(qū)域含有大量碎石，存在多個(gè)坑洼地，降雨后積水(圖4)。多處地形起伏較大，坡度為25°～35°，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取中度。結(jié)合調(diào)查點(diǎn)的土層厚度與可能的年侵蝕厚度，算得其抗蝕年限為20～50 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取中度。水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)中的較高值，該調(diào)查點(diǎn)的水土流失危險(xiǎn)程度取中度。

圖4 公路取土場(chǎng)現(xiàn)狀

2.3 切坡取土場(chǎng)

切坡取土場(chǎng)位于湯山以南，龍泉路以北，占地面積1.89萬(wàn)m2，主要由采石后留下的一面峭壁與采空區(qū)的場(chǎng)地組成，露天挖采產(chǎn)生大面積的挖損地，導(dǎo)致大面積的巖石裸露，自然山體的輪廓遭到嚴(yán)重破壞，山體上無(wú)攔擋措施，易風(fēng)化崩落。峭壁長(zhǎng)約350 m，占地面積7 760 m2，峭壁坡度70°～90°，植被覆蓋度僅約3%。峭壁上無(wú)任何攔擋、排水措施，坡地已有大量崩落巖石，坡面存在大量懸空浮石，易受風(fēng)化、重力或雨水沖刷等作用，形成坍塌、滑坡等現(xiàn)象(圖5)。

圖5 切坡取土場(chǎng)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合調(diào)查點(diǎn)的土層厚度與可能的年侵蝕厚度，算得其抗蝕年限小于35 a，水力侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取極度。該地區(qū)降雨條件較好，但調(diào)查點(diǎn)幾乎無(wú)土層覆蓋，植被難以恢復(fù)，峭壁坡度>35°，侵蝕類型主要為水力侵蝕和重力侵蝕，侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)取極度。由于兩者侵蝕危險(xiǎn)程度等級(jí)相同，故該調(diào)查點(diǎn)的水土流失危險(xiǎn)程度取極度。

3 修復(fù)理念與修復(fù)方案

3.1 修復(fù)理念

(1)科學(xué)修復(fù)、因地制宜。因地制宜，積極采用治理新工藝，重建區(qū)域穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)修復(fù)能力[5]。

(2)綜合治理、功能優(yōu)先。堅(jiān)持綜合治理，工程措施與植物措施相結(jié)合，按照近自然施工方法，采用多重治理手段，充分發(fā)揮植被自然恢復(fù)能力。

(3)生態(tài)為主、兼顧景觀。在保持水土的基礎(chǔ)上，妥善處理好自然景觀的過(guò)度，簡(jiǎn)單復(fù)綠，合理留景，適度造景[6]，達(dá)到與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、自然，做到環(huán)境與資源、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的互促共進(jìn)[7]。

3.2 修復(fù)方案

對(duì)取土場(chǎng)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，首先對(duì)取土造成的陡峭邊坡進(jìn)行削坡處理，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，其次配套以完善的護(hù)坡工程，并進(jìn)行土地整治和排水工程，唯有多措施綜合實(shí)施[7]，才能有效防治水土流失。

(1)崗地取土場(chǎng)。該區(qū)域的水土流失危險(xiǎn)程度為重度，首先對(duì)其邊坡進(jìn)行削坡，修建截排水工程，進(jìn)而恢復(fù)綠化。①削坡減載。對(duì)邊坡進(jìn)行削坡，使其趨于平緩，減少重力侵蝕，促進(jìn)植物的生根發(fā)育，從而降低水土流失。②排水工程。為防止坡頂匯水對(duì)坡面沖刷，在坡頂部布設(shè)截排水溝，排水溝走向依地勢(shì)自然開(kāi)挖，排水方向由西南至東北。③生態(tài)復(fù)綠。對(duì)已放緩的邊坡進(jìn)行綠化，以固持土壤，植被以草本和灌木為主，推薦使用高羊茅、狗牙根、多年生黑麥草、馬棘、冬青等，也可采用植生毯、生態(tài)袋等防護(hù)措施。

(2)公路取土場(chǎng)。公路取土場(chǎng)最嚴(yán)重的問(wèn)題在于地表裸露、土層松軟，發(fā)生降雨時(shí)極易發(fā)生水土流失，因此該區(qū)域的治理重點(diǎn)在于如何快速恢復(fù)地表覆蓋，增強(qiáng)地表抗沖抗蝕性。①綠化。對(duì)邊坡稍作平整后進(jìn)行綠化，以草灌為主，推薦使用高羊茅、狗牙根、多年生黑麥草、馬棘、冬青等品種。在進(jìn)行生態(tài)復(fù)綠時(shí)，主要采用植生毯、生態(tài)袋等防護(hù)措施，確保綠化效果。②場(chǎng)地平整?？油莶黄降牡乇硪彩窃搮^(qū)域形成嚴(yán)重水土流失的重要原因，因此進(jìn)行場(chǎng)地平整，可有效減少水土流失。

(3)切坡取土場(chǎng)。該區(qū)域的水土流失危險(xiǎn)程度為極度，峭壁坡面巖石易崩落，考慮進(jìn)行人工清理坡面碎石、浮石和松動(dòng)層，修筑排水工程，同時(shí)進(jìn)行噴播，恢復(fù)綠化。①分級(jí)削坡。通過(guò)分級(jí)削坡，構(gòu)建三維植被防護(hù)體系，縮短邊坡長(zhǎng)度，改變植被立地條件[8]，同時(shí)在削坡的坡腳布置生態(tài)袋防護(hù)，內(nèi)置植物種。坡面上橫向布設(shè)生態(tài)棒和綠化藤架。②坡面清理。對(duì)坡面進(jìn)行全面清理修整，保證坡面及施工安全。③生態(tài)復(fù)綠。對(duì)削坡、清理后的峭壁進(jìn)行恢復(fù)綠化，以有效遏制巖石風(fēng)化，保持水土，降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。綠化采用噴播方式，利用特制噴射機(jī)將草種、保水劑等有機(jī)基材噴射到坡面上，有機(jī)基材在壓力的作用下與坡面緊密結(jié)合，形成一層可供植物生長(zhǎng)發(fā)育的基質(zhì)層，有利于植物生長(zhǎng)，同時(shí)可種植攀緣植物，以恢復(fù)綠化。④坡頂排水。為防止坡頂匯水對(duì)坡面的沖刷，在坡頂部布設(shè)截排水溝，排水溝依地勢(shì)自然開(kāi)挖，水流沿山體排向兩側(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

選取三種典型的取土場(chǎng)類型，通過(guò)對(duì)取土場(chǎng)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，評(píng)估了取土場(chǎng)水土流失危險(xiǎn)程度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)修復(fù)理念，在傳統(tǒng)的分級(jí)削坡、邊坡防護(hù)的修復(fù)方案基礎(chǔ)上，增加了景觀綠化、排水工程、土地整治等修復(fù)措施，積極引進(jìn)了生態(tài)棒、生態(tài)袋等治理方法，形成了生態(tài)、綠色與高效的治理體系，可為其他相似取土場(chǎng)的防治提供借鑒。