工程堆積體生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐與研究的發(fā)展方向＊

劉濤

（廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530029）

0 引言

各類工程建設(shè)不可避免地會(huì)產(chǎn)生數(shù)量、類型、形式不同的工程堆積體。例如，在公路建設(shè)過程中，路塹的開挖、路堤的填筑、隧道的開挖、棄土的堆放都會(huì)形成堆積體，這些堆積體極易導(dǎo)致水土流失和植被破壞，造成生態(tài)環(huán)境問題。為了避讓基本農(nóng)田，保護(hù)有限的耕地，公路的選線多處于山高陡坡等較易發(fā)生水土流失的地形地貌中，會(huì)產(chǎn)生較大的挖方和填方量，多余的棄渣被就近堆放，形成堆積體。由于管理方式粗放，加上受地形、氣候等因素的影響，工程堆積體成為工程區(qū)域新增水土流失的主要來源［1］。工程堆積體作為一種人造地貌單元，表層土質(zhì)松散且缺乏有機(jī)質(zhì)，抗沖能力較差［2］，暴雨來臨時(shí)其裸露的坡面極易產(chǎn)生水土流失，侵蝕模數(shù)甚至可達(dá)原地貌的800 倍［3］，特別在短時(shí)強(qiáng)降雨的沖刷下，沒有植被等覆蓋物保護(hù)的土質(zhì)堆積體容易順著石質(zhì)縫隙流走，導(dǎo)致植物無法生存，堆積體表面裸露，加劇水土流失，而堆積體大量流動(dòng)又容易造成堆積體滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害。在工程實(shí)踐中，必須對(duì)堆積體進(jìn)行穩(wěn)定、加固、復(fù)綠等措施，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，盡量減少水土流失，消除工程災(zāi)害隱患［4］。目前，工程技術(shù)界和學(xué)術(shù)界針對(duì)工程堆積體的生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行了深入的工程實(shí)踐和科學(xué)研究［5-8］，總結(jié)了不少的堆積體生態(tài)恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)?，F(xiàn)有的技術(shù)基本能滿足堆積體水土流失防治的需要，但由于在治理中忽視了堆積體與地理景觀單元之間的復(fù)雜關(guān)系，缺乏全局性、長(zhǎng)期性的治理規(guī)劃，使生態(tài)恢復(fù)治理工作停留在堆積體加固、復(fù)綠的單一層面上，達(dá)不到應(yīng)有的治理效果。本文從工程土石堆積體生態(tài)恢復(fù)應(yīng)遵循的基本原則出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的治理實(shí)踐中存在的問題及相關(guān)研究中存在的短板進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，提出相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策。

1 工程堆積體生態(tài)恢復(fù)應(yīng)遵循的原則

1.1 堆積體穩(wěn)定性原則

堆積體的穩(wěn)定性首先由設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)保證，不同方量、不同土石配比、不同堆積場(chǎng)地形狀下的堆積體設(shè)計(jì)，首先要保證堆積體在一般氣象條件下保持穩(wěn)定，并留有設(shè)計(jì)冗余。只有堆積體本身穩(wěn)定，才能為后續(xù)生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施創(chuàng)造必要條件。其次需要特別注意堆積體上方有集水區(qū)的情況，在較強(qiáng)降雨條件下，上方來水可能會(huì)對(duì)堆積體造成嚴(yán)重沖刷。針對(duì)此情況，有必要在堆積體上方及周圍適當(dāng)位置設(shè)置排水設(shè)施。此外，堆積體內(nèi)部的土石混雜排列，當(dāng)雨水滲入內(nèi)部，石塊之間的土壤物質(zhì)被沖淋散失，石塊之間失去支撐點(diǎn)，堆積體就可能局部失穩(wěn)，引發(fā)大的崩塌或滑坡。因此，堆積施工過程中需要采取一定的分層碾壓措施，提高堆積體應(yīng)對(duì)水流滲透破壞的能力。為防止邊坡坡度較大的堆積體崩塌，還有必要采用掛網(wǎng)錨固等預(yù)防措施。

1.2 工程措施與植物措施相結(jié)合原則

工程堆積體以土石無規(guī)則混雜為主要特征，表層及內(nèi)部均不適宜被破壞的植物直接、迅速地恢復(fù)。在實(shí)施植物措施前，有必要采取工程措施作為植物措施實(shí)施的基礎(chǔ)。此處所述的工程措施不包括上述的堆積體穩(wěn)定措施，而是指為植被迅速恢復(fù)所采取的立地整理措施。該類措施最主要的形式是客土回填，提供堆積體表層植物附著的基底。但在實(shí)際情況中，大面積的客土回填面臨土方來源緊張等問題，這在南方喀斯特地貌區(qū)尤為突出，所以必須因地制宜地采用減少客土用量的技術(shù)。例如，采用等高帶狀回填固土技術(shù)，一方面可以減少土方用量，另一方面更適用于邊坡較為陡峭的堆積體恢復(fù)工程。合理實(shí)施工程措施的關(guān)鍵在于減少施工成本，同時(shí)保證恢復(fù)足夠的植被覆蓋度，這需要根據(jù)堆積體的體積、形狀、客土來源、工程所在地等因素綜合判斷和設(shè)計(jì)。

1.3 堆積體與景觀生態(tài)系統(tǒng)相適應(yīng)原則

工程堆積體在極短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)在原有景觀格局中，無論體積大小、分布面積大小或分布形狀，都會(huì)對(duì)原有的景觀格局產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)不同的堆積情況，堆積體有可能在原有基底上形成新的斑塊或廊道，但也有可能是覆蓋了原有的斑塊或阻塞了原有的廊道，這2種情況都將對(duì)景觀生態(tài)系統(tǒng)原有的各類物質(zhì)和能量流動(dòng)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。此外，在對(duì)堆積體進(jìn)行復(fù)綠的過程中，如果不注意選擇植物種類，將在原有景觀格局內(nèi)造成新的不可預(yù)見的擾動(dòng)。堆積體本身所處的地點(diǎn)和體積、形狀受工程總體設(shè)計(jì)、造價(jià)等因素制約，調(diào)整的空間有限，因此在堆積體生態(tài)恢復(fù)的實(shí)施過程中，應(yīng)盡量扭轉(zhuǎn)其對(duì)原有景觀格局的影響，植物種類的選擇以鄉(xiāng)土植物為主，注重灌草的搭配。

1.4 自行修復(fù)和人工修復(fù)相結(jié)合原則

生態(tài)修復(fù)包括生態(tài)自行修復(fù)和人工修復(fù)2 個(gè)方面。生態(tài)自行修復(fù)是通過封禁等管理手段，依靠生態(tài)系統(tǒng)自行修復(fù)能力，改善生態(tài)環(huán)境。自行修復(fù)主要用適于生態(tài)系統(tǒng)受損程度未超過自行修復(fù)負(fù)荷并可逆轉(zhuǎn)的情況；人工修復(fù)是通過工程措施、植物措施和臨時(shí)措施進(jìn)行人工干預(yù)，使受損系統(tǒng)得到恢復(fù)，主要適用于生態(tài)系統(tǒng)受損超過負(fù)荷并不可逆轉(zhuǎn)的情況［9-10］。公路建設(shè)項(xiàng)目形成的棄渣場(chǎng)規(guī)模較大，難以依靠生態(tài)自行修復(fù)，必須借助人工修復(fù)方法，復(fù)合種植技術(shù)是人工生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的重要組成內(nèi)容。

1.5 長(zhǎng)期規(guī)劃和綜合開發(fā)原則

要樹立辯證、整體的環(huán)境觀，把堆積體對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響的工程結(jié)果，通過生態(tài)恢復(fù)使之轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N新的景觀營(yíng)造結(jié)果。如果充分挖掘設(shè)計(jì)潛力，對(duì)生態(tài)恢復(fù)后的堆積體進(jìn)行一定程度的開發(fā)，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，例如把堆積體恢復(fù)為林草地，作為放牧場(chǎng)地甚至經(jīng)濟(jì)林地。要設(shè)計(jì)出適宜的開發(fā)規(guī)劃，就必須詳細(xì)調(diào)查堆積體周邊的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)情況，與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)對(duì)接需求并邀請(qǐng)居民參與規(guī)劃。

2 工程堆積體生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中存在的不足

2.1 缺乏科學(xué)的管理技術(shù)體系

堆積體在工程修建中作為附屬工程，在設(shè)計(jì)和施工過程中經(jīng)常得不到足夠的重視，亂堆亂棄、棄后不管的現(xiàn)象比較普遍。傳統(tǒng)的堆積體治理主要面臨成本較大、技術(shù)缺乏等問題。在項(xiàng)目前期，建設(shè)單位未編制水土保持方案報(bào)告書，未將各項(xiàng)水土保持措施納入主體工程設(shè)計(jì)，對(duì)堆積體等重要防護(hù)對(duì)象沒有開展重點(diǎn)設(shè)計(jì)，沒有做到水土保持工程與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。在施工過程中，沒有開展水土保持監(jiān)測(cè)，對(duì)于堆積體位置不當(dāng)引起的水土流失問題，也未給予足夠的關(guān)注。隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越受到重視，堆積體成為整個(gè)水土保持工程驗(yàn)收的核心，堆積體管理工作將直接制約工程是否能順利通過驗(yàn)收。

2.2 缺乏簡(jiǎn)便的表面抗侵蝕和快速恢復(fù)技術(shù)體系

因?yàn)橐灾脖恢亟橹鞯亩逊e體生態(tài)恢復(fù)有一個(gè)過程，在草本植被足以保護(hù)堆積體表面土壤之前，降雨會(huì)造成嚴(yán)重沖刷，所以需要實(shí)施臨時(shí)苫蓋等坡面保護(hù)措施，在植被充分恢復(fù)之前起到防治侵蝕的作用。雖然目前使用的噴播技術(shù)、植生袋技術(shù)等相關(guān)技術(shù)均考慮了植被恢復(fù)初期的土壤侵蝕防治，但是存在施工局限性大及成本控制難的問題。如果不解決堆積體生態(tài)恢復(fù)初期的侵蝕問題，土壤流失將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的生態(tài)恢復(fù)過程遭遇極大的困難，水土流失也會(huì)對(duì)周邊產(chǎn)生較大的環(huán)境壓力。

2.3 缺乏植被群落配置技術(shù)體系

由于工程堆積體土石混雜，恢復(fù)立地條件較差，僅有的少量土壤中自然種子庫(kù)含量較低，如果通過自然恢復(fù)，過程較緩慢，也難以形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。因此，需要通過人工配置植被群落，加速恢復(fù)進(jìn)程。然而，通過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果僅依靠粗略的技術(shù)規(guī)程選擇植物的種類，所選擇的植物往往是一個(gè)大的地理區(qū)域的代表性物種，不一定適用于堆積體所在地的小氣候和微生環(huán)境，其結(jié)果是植物初期或后期生長(zhǎng)不良，難以持續(xù)、穩(wěn)定地生長(zhǎng)。

2.4 缺乏科學(xué)的生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)體系

從總體上看，現(xiàn)有的工程堆積體生態(tài)恢復(fù)在竣工驗(yàn)收完畢后，缺少后期的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。對(duì)于松散堆積物質(zhì)體而言，數(shù)年甚至數(shù)10 年的時(shí)間尺度下都存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)該對(duì)堆積體生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)。然而，目前仍缺少相應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，例如簡(jiǎn)便高效的侵蝕觀測(cè)技術(shù)、堆積體內(nèi)部失穩(wěn)預(yù)警技術(shù)、堆積體土壤健康恢復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)、植被群落穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)等。技術(shù)體系的缺乏，不僅使現(xiàn)有的堆積體生態(tài)恢復(fù)狀況難以被掌握，也使相關(guān)經(jīng)驗(yàn)得不到總結(jié)，無法指導(dǎo)后續(xù)工程項(xiàng)目的實(shí)施。

3 工程堆積體生態(tài)恢復(fù)研究發(fā)展方向

3.1 加強(qiáng)對(duì)堆積體管理方法的提升

在項(xiàng)目前期，建設(shè)單位應(yīng)組織編制水土保持方案報(bào)告書，明確堆積體重點(diǎn)位置的防治措施。需要堅(jiān)持貫徹落實(shí)水土保持與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用的“三同時(shí)”要求，將水土保持方案設(shè)計(jì)的各項(xiàng)水土保持措施納入主體工程設(shè)計(jì)，在初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段要有水土保持專項(xiàng)設(shè)計(jì)，尤其要對(duì)堆積體等重要防護(hù)對(duì)象開展重點(diǎn)設(shè)計(jì)，多種措施并舉，確保水土保持工程達(dá)到要求。堆積體在使用過程中須嚴(yán)格按照以下要求進(jìn)行管理：①堆渣前要將剝離的表土集中堆放于場(chǎng)內(nèi)上部，采用袋裝土和密目網(wǎng)覆蓋進(jìn)行攔擋和防護(hù)；②堆渣期間修筑擋渣墻、截排水溝、急流槽、沉沙池；③邊坡成型后進(jìn)行整治并回覆表土，采取灌草混播進(jìn)行綠化；④堆渣完成后進(jìn)行臺(tái)面整治并回覆表土，采用喬灌草結(jié)合的方式進(jìn)行綠化或復(fù)耕。

3.2 加強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)初期侵蝕防治技術(shù)攻關(guān)

應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)工程堆積體堆積完畢后和有效恢復(fù)前的這一階段的土壤侵蝕防治技術(shù)研究，尤其是施工便利、成本低廉的坡面防侵蝕技術(shù)。該類技術(shù)有幾個(gè)需要重點(diǎn)突破的方面：一是不需要大型專用設(shè)備，以便提高技術(shù)的地域適用性、復(fù)雜地形適應(yīng)性和施工組織便利性；二是防侵蝕產(chǎn)品的形態(tài)應(yīng)盡量為液體或粉粒物料，便于運(yùn)輸與施用；三是材料具有環(huán)?；?、生態(tài)化特點(diǎn)，防侵蝕能力只需在生態(tài)恢復(fù)初期具備，因此隨著植被恢復(fù)趨于完成，防侵蝕材料也應(yīng)隨之完成降解。

3.3 展開全面的堆積體生態(tài)恢復(fù)適生植物種類配置研究

依據(jù)工程堆積體的來源、地域，可以大致確定堆積體土壤類型、礫石的礦物種類、客土類型等信息，可依此展開適宜當(dāng)?shù)氐幕謴?fù)植物種類的篩選和搭配試驗(yàn)。恢復(fù)植物以草本植物為主，適量配置灌木樹種。植物種類配置試驗(yàn)過程中，要持續(xù)觀測(cè)成活率、保存率、植物地上部分及根系的生長(zhǎng)狀況、植株空間分布格局變化等狀況，探尋堆積體恢復(fù)植被群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化特征?？上鄳?yīng)地研發(fā)一些適于當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土草本植物生長(zhǎng)的草皮，用于草本群落的快速建植。

3.4 堆積體地質(zhì)災(zāi)害隱患預(yù)警技術(shù)

在堆積體表面植被得到一定程度恢復(fù)的情況下，即使外在景觀達(dá)到了既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，植被群落也能穩(wěn)定存在，但由于堆積體是松散堆積物質(zhì)體系，沒有完全達(dá)到力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，在遭遇極端暴雨等情況下可能發(fā)生較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，致使生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程中斷。因此，工程實(shí)踐中必須嚴(yán)密監(jiān)測(cè)堆積體的地質(zhì)災(zāi)害隱患，特別是在堆積體已經(jīng)進(jìn)行了深度開發(fā)規(guī)劃的情況下，更需要保證堆積體本身的穩(wěn)定。對(duì)于這方面的研究，要以自動(dòng)化、信息化為主要標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)接觸式與非接觸式精密測(cè)量技術(shù)，例如堆積體外部形態(tài)變化非接觸式探測(cè)分析技術(shù)，或是在堆積體堆積過程中分層預(yù)埋設(shè)傳感器，不間斷地監(jiān)測(cè)堆積體內(nèi)部的應(yīng)力變化和土石的相對(duì)位移。

4 結(jié)語

確保工程堆積體穩(wěn)定性是開展生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)，工程措施與植物措施相結(jié)合可使生態(tài)修復(fù)快速起效，而堆積體與景觀生態(tài)系統(tǒng)相適應(yīng)，能長(zhǎng)久地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，堆積體的自行修復(fù)和人工修復(fù)相結(jié)合，則能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、穩(wěn)固生態(tài)修復(fù)。通過長(zhǎng)期規(guī)劃和綜合開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)堆積體的生態(tài)修復(fù)和綜合利用，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。本文針對(duì)工程堆積體生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中存在的一些問題，提出今后的研究可以圍繞堆積體科學(xué)管理、侵蝕防治技術(shù)、堆積體生態(tài)恢復(fù)適生植物種類配置、堆積體地質(zhì)災(zāi)害隱患預(yù)警等方面的問題進(jìn)行理論和技術(shù)攻關(guān)。