高山風(fēng)電場建設(shè)中邊坡生態(tài)防護(hù)工程的應(yīng)用研究

桂思睿,張 斌

(國家電投集團(tuán)江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司,南昌 330029)

0 引言

傳統(tǒng)的邊坡生態(tài)防護(hù)以客土植草防護(hù)為主,但在高山地區(qū)邊坡修復(fù)應(yīng)用中存在著一些問題。高山地區(qū)坡度較大且風(fēng)電場護(hù)坡施工主要集中在雨季進(jìn)行,導(dǎo)致客土植草成坪前種植土容易被雨水沖刷,影響坡面植被的覆蓋率。坡面土質(zhì)條件較差還會導(dǎo)致客土植草中后期生長力不足。風(fēng)電場護(hù)坡工作面主要在山上,而山上很少有種植土,需從山下運輸,成本較高,取水工作難度較大[1-2]。

為解決傳統(tǒng)的客土植草防護(hù)中存在的問題,提出利用客纖維土植草來實現(xiàn)邊坡生態(tài)防護(hù),其具有以下優(yōu)勢：①減少種植土需求量。使用種植土與植物纖維混合作為植生基質(zhì)原料,需要的種植土量少,極大節(jié)約了成本。②水土保持效果好。客纖維土植草將纖維素類纖維與土壤混合形成一種多孔性材料,能夠增加土壤的孔隙度及儲水能力,增加保水性能,減少水分蒸發(fā)及徑流,可有效降低水土流失的風(fēng)險[3]?？屠w維土植草形成的土壤結(jié)構(gòu)可起到滯留水分的作用,減緩水流速度,避免水流迅速沖刷,使水分有更多的時間滲入土壤,降低水土流失的可能性。噴播材料中配有一定比例的黏合劑及穩(wěn)定劑,可使噴播的纖維土與種子即時穩(wěn)固在邊坡表面,形成可防雨水沖刷的纖維保護(hù)層,令土和種子不被雨水沖掉。③增加中后期肥力。噴播材料中配有適量的保水劑和經(jīng)過合理配比的微生物及腐殖酸肥料,能合理精確地補(bǔ)充土壤中缺少的元素成分及養(yǎng)料,經(jīng)微生物作用,客纖維土植草可分解產(chǎn)生有機(jī)質(zhì),加快生土層的有機(jī)化,豐富土壤養(yǎng)分,改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力。④抗風(fēng)蝕效果好?？屠w維土植草中的纖維素類纖維可與土壤顆粒形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增加土壤內(nèi)聚力及穩(wěn)定性[4],還能吸收土壤中的水分及養(yǎng)分,形成黏著劑,增加土壤顆粒間的黏結(jié)力,這些結(jié)構(gòu)可有效抵抗風(fēng)力侵蝕及沖刷。此外,植草初期,植物的根系與尚未完全分解的纖維素類纖維相互交錯形成一個結(jié)實的支撐系統(tǒng),使植物更加牢固地扎根于土壤中,降低風(fēng)力對植物的影響,對植物起到一定的保護(hù)作用[5]。

1 邊坡生態(tài)防護(hù)的植前準(zhǔn)備

1.1 坡面清理

評估邊坡坡度、坡高、坡面材質(zhì)等情況,確定清理難度和所需工具設(shè)備,根據(jù)具體情況清理坡面上的木材、石塊等大型垃圾及雜物與雜草、樹葉、碎石、樹枝等細(xì)小雜物并運送到指定地點,對坡面進(jìn)行平整。清理前,應(yīng)注意設(shè)置警示標(biāo)志,劃定清理區(qū)域,避免人員誤入。清理后,檢查坡面的穩(wěn)固性,避免施工中坡面坍塌造成人員傷亡[6]。

1.2 坡面排水

坡面排水是邊坡生態(tài)防護(hù)工程中的重要一環(huán)?？蓪⑵旅嫔系慕涤晁骺焖儆行У匾龑?dǎo)并排除,以減少水流對邊坡的侵蝕及破壞,保持邊坡穩(wěn)定性,防止滑坡、沖刷及液化等災(zāi)害的發(fā)生。進(jìn)行坡面排水時,需沿著坡度走向根據(jù)坡度、降雨量等因素設(shè)置主排水溝及支排水溝,收集并引導(dǎo)坡面上的降雨水流。主排水溝設(shè)置在坡頂及坡腳處,負(fù)責(zé)收集并引導(dǎo)較大的水流。支排水溝位于中間位置,將較小的水流引導(dǎo)到主排水溝。部分需加速排出位置,在邊坡內(nèi)部或地表下埋設(shè)排水管,通過重力作用將水流引導(dǎo)到指定位置。在坡面中部設(shè)置蓄水池,臨時儲存降雨的大水流,減緩水流速度及沖擊力,使水流逐漸排出[7]。

1.3 掛網(wǎng)與錨固

掛網(wǎng)是通過網(wǎng)材的拉伸及抵抗作用來增加邊坡的抗剪強(qiáng)度及抗滑能力,起到固定噴播材料的作用。采用鋼絲網(wǎng)為網(wǎng)材進(jìn)行掛網(wǎng)及多點錨固方式進(jìn)行固定。在坡面上開設(shè)預(yù)埋孔,將錨桿(材料為鋼筋)插入預(yù)埋孔內(nèi),注入適當(dāng)?shù)哪z漿,增加錨桿與周圍土體之間的摩擦阻力及黏結(jié)力。將網(wǎng)材鋪展在邊坡表面,張緊并固定連接錨桿及網(wǎng)材,使網(wǎng)材與邊坡緊密結(jié)合,確保網(wǎng)材張力均勻分布,提高掛網(wǎng)的穩(wěn)定性及抗滑性能。

2 噴播材料

2.1 噴播植物種類

對風(fēng)電場周邊展開植物調(diào)查,以確定噴播植物種類。在周邊隨機(jī)選取5塊20 m×20 m的調(diào)查樣地,在樣地對角線設(shè)置3個5 m×5 m的大樣方,在樣方左下角設(shè)置1個2 m×2 m的小樣方。在大樣方中進(jìn)行木本植物調(diào)查,在小樣方中進(jìn)行草本植物調(diào)查[8],分別計算喬木、灌木及草本的植株數(shù)量,綜合考慮植物的觀賞性,確定噴播植物種類,詳見表1。

表1 植物種類配比Tab.1 Plant species ratio

2.2 植生基質(zhì)原料

植物基質(zhì)原料包括牛糞、有機(jī)菌肥、水、噴播土、大包纖維及復(fù)合肥料。為確定植生基質(zhì)原料的最優(yōu)配比,在開展邊坡生態(tài)防護(hù)前進(jìn)行預(yù)實驗。在高山風(fēng)電場邊坡上設(shè)置4個10 m×20 m的實驗區(qū),使用不同植生基質(zhì)原料配比(表2),分別在4個不同實驗區(qū)進(jìn)行噴播。噴播3個月后,采用5點采樣法在不同實驗區(qū)內(nèi)設(shè)置5個1 m×1 m的小樣方開展植被調(diào)查,根據(jù)植物群落密度及蓋度確定植生基質(zhì)原料的最優(yōu)配比。

表2 噴播材料用量Tab.2 Amount of spraying materials

經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn),在4種不同的植生基質(zhì)原料配比中,密度與蓋度均存在極其顯著的差異(P<0.01)。多重比較結(jié)果表明(表3),3個不同層次下,不同植生基質(zhì)原料配比的植株密度情況一致,均為第1種配比下的植株密度最高,且與其他3種蓋度之間存在顯著差異(P<0.05)。喬木、灌木及草本的密度分別為4.1±0.1株/m2、14.9±0.2株/m2、111.2±1.1株/m2。其次為第2種配比下的植株密度,且與其他兩種蓋度之間存在顯著差異(P<0.05)。喬木、灌木及草本的密度分別為3.6±0.2株/m2、13.1±0.3株/m2、101.2±2.1株/m2。第3、4種配比下的植株密度最低,二者之間未見顯著差異(P>0.05)。喬木、灌木及草本的密度分別為2.5±0.2株/m2、10.9±0.5 株/m2、82.4±2.1株/m2(第3種配比)及2.1±0.2株/m2、10.6±0.3株/m2、80.1±1.5株/m2(第4種配比)。

表3 不同植生基質(zhì)配比下的植物生長情況Tab.3 Plant growth under different ratios of vegetative substrates

3個不同層次下,喬木與灌木不同植生基質(zhì)原料配比的植株蓋度情況一致,均為第1種配比下的植株蓋度最高,且與其他3種蓋度之間存在顯著差異(P<0.05)。喬木與灌木的蓋度分別為5.7%±0.1%、10.1%±0.1%。其次為第2種配比下的植株蓋度,且與其他兩種蓋度之間存在顯著差異(P<0.05)。喬木、灌木及草本的蓋度分別為4.2%±0.1%、9.3%±0.4%、51.5%±1.2%。第3、4種配比下的植株蓋度最低,二者之間未見顯著差異(P>0.05)。喬木與灌木的蓋度分別為2.7%±0.2%、7.3%±0.4%。草本層次下,第1、2種配比下的植株蓋度最高,蓋度分別為55.2%±1.9%、51.5%±1.2%,且與其他兩種蓋度之間存在顯著差異(P<0.05),但二者之間未見顯著差異(P>0.05),而第3、4種配比下的植株蓋度最低,蓋度分別為36.3%±2.5%、32.7%±1.5%,但二者之間未見顯著差異(P>0.05)。

綜上所述,第1種植生基質(zhì)原料配比下植株生長狀況最好,故采用該植生基質(zhì)配比用于邊坡生態(tài)防護(hù)工程的噴播,即牛糞500 kg、水5～6 m3、土4 m3、大包纖維14～16包及復(fù)合肥20～25 kg。

3 防護(hù)操作

3.1 噴播

噴播裝置由動力系統(tǒng)、噴播裝置、裝料系統(tǒng)及控制系統(tǒng)構(gòu)成,其中動力系統(tǒng)包括柴油機(jī)與噴播泵,可為其他裝置提供動力。噴播裝置主要用于噴播植生基質(zhì)。攪拌裝置用于填裝噴播材料,通過攪拌罐將不同植生基質(zhì)充分?jǐn)嚢杌旌稀？刂葡到y(tǒng)由液晶顯示屏、按鈕及控制閥等組成,用于對客土噴播機(jī)各項操作進(jìn)行監(jiān)控并對噴灑速度、范圍、壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整及控制,噴播前對土壤進(jìn)行粗略粉碎處理,使用小型篩土機(jī)進(jìn)行篩選,篩選土壤粒徑為3 cm以下。將植生基質(zhì)按照設(shè)定好的配比放入攪拌罐進(jìn)行充分混合攪拌,加入適量的黏合劑,采用多次噴射的方式進(jìn)行噴播,根據(jù)作物類型及播種深度要求調(diào)整噴灑設(shè)備的高度。通常情況下,噴灑高度適中,可使種子均勻分布在土壤表面。噴播時控制噴灑速度并保持連續(xù)性及一致性可防止種子過度集中及播種不均勻,同時進(jìn)行修整工作,可確?；呐c坡面較高的結(jié)合度[9]。

3.2 遮陰網(wǎng)覆蓋

噴播完成后立即進(jìn)行遮陰網(wǎng)覆蓋處理,以減少雨水對坡面的沖刷。遮陰網(wǎng)材質(zhì)為聚乙烯合成材料,具有輕便、堅固、耐候性強(qiáng)的特點。初始遮陰率設(shè)置為50%,根據(jù)氣候變化及作物需求控制遮陰程度。氣溫炎熱時應(yīng)適當(dāng)降低遮陰率,提高光照及溫度。溫度稍低時適當(dāng)增加遮陰率,降低光照及溫度。噴播完成一個月后可根據(jù)植株生長情況撤掉遮陰網(wǎng),一般苗高5 cm左右即可拆除[10]。

3.3 日常養(yǎng)護(hù)

定期巡查監(jiān)測。邊坡生態(tài)防護(hù)工程完成后按計劃進(jìn)行定期巡查,記錄邊坡變化情況,關(guān)注下雨后的泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險,如發(fā)現(xiàn)問題,及時采取措施修復(fù),防止災(zāi)害的發(fā)生及擴(kuò)大。

雨水管理。在邊坡生態(tài)防護(hù)工程中進(jìn)行雨水設(shè)計,注意日常雨水管理,尤其是降雨季節(jié)可能存在雨量超量的情況,應(yīng)采取措施收集并排放雨水,令邊坡處于適宜的濕度,避免過多的雨水導(dǎo)致土壤失去穩(wěn)定性,加劇邊坡滑坡風(fēng)險。

維護(hù)排水系統(tǒng)。定期清理沿邊坡設(shè)置的排水溝,其中可能會積聚泥沙、樹葉、雜草等雜物,導(dǎo)致排水不暢,影響坡體排水功能。檢查沿邊坡鋪設(shè)的排水管道是否有堵塞、破損等問題,用水沖洗排水管道,清除其中的雜物及泥沙,清理溝內(nèi)雜物,確保排水通暢。并定期進(jìn)行檢測,觀察排水系統(tǒng)的排水效果。用水進(jìn)行模擬排水測試,觀察排水速度及排水量是否符合要求,如有異常情況需及時調(diào)整或修復(fù)排水系統(tǒng)。

定期修剪。為了保持植被的良好生長,確保邊坡穩(wěn)定性,需定期進(jìn)行修剪,控制植被密度,促進(jìn)植物側(cè)枝生長,增加植物根系,提高植被牢固度。定期除草,減少資源競爭,保持養(yǎng)分及水分供應(yīng)平衡,促進(jìn)邊坡主要植物的生長,增加植被通風(fēng)透氣性,減少濕度,防止霉菌及病蟲害滋生。通過合理施肥為植被提供養(yǎng)分,提升其抵抗病蟲害的能力。但應(yīng)避免過量施肥,防止其對環(huán)境造成負(fù)面影響。

定期修復(fù)及加固。邊坡使用一段時間后,由于各種因素的影響可能產(chǎn)生裂縫、坍塌等問題,如發(fā)現(xiàn)邊坡存在安全隱患,應(yīng)采取加固措施,如重新噴播土壤保持劑、加強(qiáng)植被覆蓋等,以確保邊坡穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

現(xiàn)有邊坡表層土體硬度高,養(yǎng)分低,不易恢復(fù)植被。提出一種客纖維土植草方法,以新型植被種植裝置為工具進(jìn)行邊坡生態(tài)防護(hù),相比傳統(tǒng)工藝,該方案具有成本低、效果穩(wěn)定、生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢,可實現(xiàn)土壤肥效的長久保持、透氣透水性及適中黏性,在邊坡生態(tài)防護(hù)中起到顯著作用。通過預(yù)實驗確定了噴播植生基質(zhì)的最優(yōu)配比為：牛糞500 kg、水5～6 m3、土4 m3、大包纖維14～16包及復(fù)合肥20～25 kg,采用牛糞替代傳統(tǒng)有機(jī)菌肥,極大降低了生產(chǎn)成本。