新疆機(jī)場飛行區(qū)濕陷性黃土生態(tài)治理研究

摘要：新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱新疆）地域廣闊，地質(zhì)類型多樣，黃土作為新疆特殊土質(zhì)之一，其濕陷性特點易導(dǎo)致各類地質(zhì)災(zāi)害，因此濕陷性黃土在各類建設(shè)工程中被廣泛關(guān)注。飛行區(qū)運行安全保障是機(jī)場工作的重中之重，土質(zhì)病害會導(dǎo)致道面沉降破損、土面區(qū)坑洞沉陷等，嚴(yán)重影響航空安全。因此，以那拉提機(jī)場為例，研究新疆機(jī)場飛行區(qū)濕陷性黃土生態(tài)治理路徑，從而做好飛行區(qū)土質(zhì)病害防治，保障飛行區(qū)運行安全。

關(guān)鍵詞：機(jī)場飛行區(qū)；濕陷性黃土；生態(tài)治理；那拉提機(jī)場

中圖分類號：TU472；X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0091-03

Research on ecological management of collapsible loess in the airport flight area of Xinjiang

—Taking Nalati Airport as an Example

LIU Yang， TAO Runwen， JI Yuan

（Xinjiang Airport （Group） Co.， Ltd.， Urumqi 835000， China）

Abstract： Xinjiang Uygur Autonomous Region （hereinafter referred to as Xinjiang） has a vast territory and diverse geological types， as one of the special soils in Xinjiang， loess is prone to various geological hazards due to its collapsibility， therefore， collapsible loess has been widely concerned in various construction projects. Ensuring the safety of airport operations is of utmost importance in airport work， soil hazards can cause settlement and damage to the road surface， as well as subsidence of pits and holes in the soil surface area， seriously affecting aviation safety. Therefore， taking Nalati Airport as an example， the ecological management path of collapsible loess are studied in the airport flight area of Xinjiang， in order to prevent and control soil hazards in the flight area and ensure the safe operation of the flight area.

Keywords： airport flight area; collapsible loess; ecological management; Nalati Airport

作為新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱新疆）特殊土質(zhì)之一，黃土具有濕陷性，易導(dǎo)致各類地質(zhì)災(zāi)害，特別是遇水環(huán)境下土質(zhì)結(jié)構(gòu)迅速破壞，出現(xiàn)流失、下沉和變形現(xiàn)象，土體強度也大幅下降，因此濕陷性黃土在各類建設(shè)工程中被人們廣泛關(guān)注。近年來，隨著新疆經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，西部空中交通運輸服務(wù)的建設(shè)力度增大，航空運輸安全使命更加艱巨。飛行區(qū)運行安全保障是機(jī)場工作的重中之重，航空器跑滑系統(tǒng)、土面保護(hù)區(qū)等的安全性直接關(guān)乎每一架飛機(jī)的平安降落、啟航，飛行區(qū)因土質(zhì)病害導(dǎo)致的道面沉降破損、土面區(qū)坑洞沉陷等將會對航空安全造成嚴(yán)重影響。因此，機(jī)場飛行區(qū)土質(zhì)病害防治顯得尤為重要。

那拉提機(jī)場地處西天山自然保護(hù)區(qū)，位于伊犁河谷，場址土層為上更新統(tǒng)風(fēng)積物，巖性為耕土、黃土狀粉質(zhì)黏土，具有濕陷性，天然狀態(tài)下，土質(zhì)可保持高強度和低壓縮性，但當(dāng)遇到降水徑流、地下水等自然環(huán)境的侵蝕時，將出現(xiàn)多種土質(zhì)病害。機(jī)場飛行區(qū)土面區(qū)多為原狀土強夯、平整建設(shè)，土質(zhì)濕陷性病害明顯，加之草原地區(qū)鼠害嚴(yán)重，空曠的土面區(qū)易成為鼠類良居。冬春交替暴發(fā)融雪性洪水或發(fā)生強降水時，洪水徑流在飛行區(qū)內(nèi)易形成沖溝，土面區(qū)平整度無法滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響飛行安全環(huán)境。機(jī)場每年用于土質(zhì)病害治理（回填、夯實和碾壓）的人力、物力費用高達(dá)百萬元。

1 主要做法

1.1 歸于自然，利用生態(tài)學(xué)特性改變機(jī)場土質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)特性

經(jīng)分析，濕陷性黃土含水量低時，只有較薄的結(jié)合水膜包裹在細(xì)顆粒表面，其內(nèi)部帶有靜電引力的陰、陽離子將表面帶有負(fù)電荷的黏粒黏結(jié)在一起，土質(zhì)凝聚強度較高。當(dāng)有水侵蝕時，顆粒結(jié)合膜增厚，導(dǎo)致顆粒分離，土粒表面膨脹，體積增大，靜電引力減弱，凝聚強度降低，使黃土產(chǎn)生濕陷現(xiàn)象[1]，土質(zhì)透水性、抗腐蝕性和抗沖擊性均下降，產(chǎn)生不均勻沉降、水土流失、沖溝和地基承載力降低等問題，造成飛行區(qū)土面區(qū)濕陷性病害。荒漠治理中，土壤植被覆蓋度與土壤侵蝕量呈正相關(guān)?？烧覍みm應(yīng)本土氣候環(huán)境和濕陷性黃土特征的植被，在飛行區(qū)內(nèi)進(jìn)行種植，增強土質(zhì)濕陷性抑制效應(yīng)，穩(wěn)固土壤結(jié)構(gòu)，既可解決土壤侵蝕、鼠害肆虐問題，又可實現(xiàn)綠色環(huán)保、美化環(huán)境的目的。

1.2 因地制宜，找尋適用于機(jī)場濕陷性黃土環(huán)境改造的植被

1.2.1 植被篩選

經(jīng)實地調(diào)研，在本地高山、山前平原發(fā)現(xiàn)馬蓮、紅豆草、高羊茅、紫花苜蓿和狗牙根等植被，初步篩選后得到馬蓮、紅豆草、高羊茅3種備選植被。馬蓮為多年生草本植物，根系稠密發(fā)達(dá)，呈傘狀分布，具極強抗性和適應(yīng)性，多生于荒漠、路旁和山坡草地，過度放牧的鹽堿化草場生長較多。馬蓮的葉片直立密集，可減少水分蒸發(fā)，緩解雨水對地表的直接沖刷，具有較強的縛土保水能力，防止水土流失，綠期可達(dá)280 d。紅豆草為多年生深根型牧草，主根粗壯，側(cè)根隨土壤厚度增多，著生大量根瘤，耐干旱、寒冷、早霜、缺水和土壤貧瘠環(huán)境，適應(yīng)性較強，根莖中的根瘤菌可有效改善土壤成分、提高肥力，水土保持能力較好。高羊茅為多年生草本植物，多生于路旁、山坡，耐旱、耐踐踏、耐鹽堿、耐高溫，成活率高，抗病性、適應(yīng)性強，多貼近地表生長，可有效覆蓋裸露土面。

1.2.2 植被水流沖刷固土試驗

試驗儀器主要有試驗盆（長方形，6個）、試驗盤（6個）和噴槍，主要材料有那拉提機(jī)場飛行區(qū)濕陷性黃土、植被（馬蓮、紅豆草、高羊茅成株）、水和磚頭。每種植被開展2組試驗，分別栽種馬蓮、紅豆草和高羊茅，每組放置同質(zhì)量黃土，澆同成分、同質(zhì)量的水，待植被育養(yǎng)固定。將盆一側(cè)底部用磚頭墊高，使試驗盆形成一定傾斜度，底部放置試驗盤。用水柱沖擊試驗盆較高一側(cè)，觀察底部空盤內(nèi)的土壤流失量，并對土壤進(jìn)行稱量，計算植被固土率。

試驗結(jié)果顯示，馬蓮固土率為72.5%，紅豆草固土率為70.6%，高羊茅固土率為74.3%。3種植被均有一定的固土效果，均可作為濕陷性黃土生態(tài)治理植被。結(jié)合氣候環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、植被特性、生長環(huán)境、植株效益及固土試驗結(jié)果等，對3種植被進(jìn)行優(yōu)選。高羊茅須根特征明顯，土壤深層固定效果比馬蓮、紅豆草差。除考慮地表水侵蝕外，此次治理還需要考慮地下水侵蝕及土質(zhì)改良厚度，最終選取馬蓮、紅豆草分區(qū)種植。

1.3 深入探索，在飛行區(qū)試驗田內(nèi)種植不同植被

1.3.1 育種

馬蓮可采用播種育苗、分株育苗及根莖育苗等方式。采用播種育苗，提前對種子進(jìn)行水處理，分別在10、15、30、45、55 ℃水溫下對馬蓮進(jìn)行浸種催芽，前處理后播種，觀察不同處理條件下的馬蓮種子發(fā)芽情況。那拉提機(jī)場晝夜溫差大，冬季時間長，經(jīng)系列育種試驗，3月中旬至4月初使用30 ℃的水浸種，馬蓮種子催芽率較好[2]。紅豆草多以播種育苗，采用帶莢播種或前處理播種。因那拉提地區(qū)溫差較大，選取前處理播種方式，分別在10、15、30、45、55 ℃水溫下對紅豆草進(jìn)行浸種催芽，處理后以條播形式播種，對不同處理條件下的紅豆草種子發(fā)芽情況進(jìn)行觀察。經(jīng)系列育種試驗，紅豆草種子萌發(fā)條件比馬蓮好，春季、夏季和秋季均可播種生長，其中15～30 ℃浸種催芽率較佳。

1.3.2 試驗田種植觀測

飛行區(qū)內(nèi)選取3塊試驗樣方，單位樣方面積均為667 m2。1號為馬蓮樣方，2號為紅豆草樣方，3號為空白樣方（原始土質(zhì)，未種植馬蓮和紅豆草），如圖1所示。馬蓮樣方區(qū)除種植的馬蓮?fù)?，觀察到伴生天然植被稗草、無芒稗、野燕麥、金色狗尾草、狗尾草、大狗尾草和黑麥草等。紅豆草樣方區(qū)除種植的紅豆草外，觀察到蒲公英、苣荬菜、苦苣菜、旋覆花、野艾蒿、飛廉、刺兒菜和魁薊等伴生天然植被?？瞻讟臃絽^(qū)觀察到野苜蓿、紫花苜蓿、稗草、狗尾草、狼狗尾、芨芨草、棒頭草、菵草、西來稗和畫眉草等天然植被。3塊試驗樣方采用100 mm口徑水帶、0.4 MPa壓強水柱進(jìn)行沖擊，開展水土流失試驗，觀察土壤沖溝情況。馬蓮樣方產(chǎn)生的沖溝、凹坑共計8處，紅豆草樣方產(chǎn)生的沖溝、凹坑共計10處，空白樣方水流沖擊部位均產(chǎn)生沖溝、凹坑。

1.4 分區(qū)規(guī)模種植

結(jié)合馬蓮、紅豆草植被特性，在機(jī)場飛行區(qū)內(nèi)進(jìn)行分區(qū)種植，升降帶平整區(qū)以外土面區(qū)種植馬蓮（植被生長高度約30 cm），巡場路及圍界周邊土面區(qū)種植紅豆草（植被生長高度為60～80 cm）。目前，飛行區(qū)內(nèi)馬蓮種植面積達(dá)18.3萬m2，紅豆草種植面積達(dá)45.7萬m2，覆蓋面積約占飛行區(qū)的60.68%。

2 主要成效

2.1 濕陷性黃土環(huán)境得到明顯改善

那拉提機(jī)場從生態(tài)學(xué)角度著手，利用生物特性、科學(xué)手段進(jìn)行土面區(qū)治理。規(guī)模性種植馬蓮、紅豆草后，土質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，沖溝、坑洞和沉陷現(xiàn)象減少，濕陷性得到有效改善，年土面區(qū)維護(hù)費用降低75%[3]。

2.2 飛行區(qū)昆蟲數(shù)量顯著下降

隨著馬蓮、紅豆草的種植，飛行區(qū)內(nèi)生境類型發(fā)生變化，生物群落復(fù)雜度降低，治理區(qū)內(nèi)昆蟲種類由21種/m2下降至12種/m2，昆蟲災(zāi)害呈下降趨勢。

2.3 飛行區(qū)鼠害得到明顯緩解

對馬蓮、紅豆草樣地進(jìn)行鼠類調(diào)查，發(fā)現(xiàn)種植區(qū)內(nèi)鼠洞遠(yuǎn)少于原始土質(zhì)環(huán)境區(qū)域。馬蓮、紅豆草樣地的鼠洞平均數(shù)量為2個/m2，原始土質(zhì)環(huán)境鼠洞平均數(shù)量為5個/m2。經(jīng)跟蹤調(diào)查，隨著土質(zhì)生態(tài)治理項目的推進(jìn)，飛行區(qū)土面區(qū)病害明顯減輕，也驗證基于生態(tài)學(xué)方法開展?jié)裣菪渣S土治理的有效性與可行性，直接降低機(jī)場土面區(qū)病害風(fēng)險，間接降低昆蟲、鼠類活動數(shù)量及鳥擊航空器風(fēng)險，為航空運行安全裕度提供有力保障。

3 主要啟示

飛行區(qū)是機(jī)場安全運行保障的重點區(qū)域，其面積廣，風(fēng)險多，難點大，任何細(xì)節(jié)都有可能給飛行安全帶來嚴(yán)重隱患，特別是飛行區(qū)的基本組成部分——土面區(qū)，其安全狀態(tài)直接決定機(jī)場安全運行保障水平。那拉提機(jī)場面對土面區(qū)濕陷性黃土病害風(fēng)險，迎難而上，積極探索，經(jīng)過多年努力，研究出適用于機(jī)場可持續(xù)發(fā)展的土質(zhì)生態(tài)治理方法，給機(jī)場土面區(qū)運行安全保障帶來新的啟示。

一是利用生態(tài)學(xué)植被特性穩(wěn)固災(zāi)害土質(zhì)，降低土壤侵蝕風(fēng)險是有效、可行的。生態(tài)系統(tǒng)中的各類植被在病害土質(zhì)改良中可發(fā)揮巨大效用，隨著植株的頑強生長和土壤結(jié)構(gòu)的改變，根系與土質(zhì)環(huán)境的交錯重疊形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為水流侵蝕提供防護(hù)屏障，降低病害土質(zhì)的修復(fù)成本，也為機(jī)場飛行區(qū)運行安全提供可靠保障。二是隨著土面植被類型的改變，飛行區(qū)生態(tài)環(huán)境有效改善。在人工干預(yù)下，植被環(huán)境由多種類天然草原植被逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?yōu)勢種的簡單植被環(huán)境，隨著植被種類的減少，飛行區(qū)食物鏈類型得到有效改善。

4 結(jié)論

飛行區(qū)濕陷性黃土生態(tài)治理方法在機(jī)場土面區(qū)病害風(fēng)險防治中能夠發(fā)揮重要作用，通過選擇適宜的植被類型，不僅能穩(wěn)固土壤結(jié)構(gòu)，有效改善病害土質(zhì)環(huán)境，減輕水侵蝕造成的病害影響，還能改善飛行區(qū)生態(tài)環(huán)境，提高機(jī)場鳥擊防范水平。基于現(xiàn)有成果，那拉提機(jī)場將繼續(xù)深入研究，逐步完善病害土質(zhì)生態(tài)治理方法，為同類型土質(zhì)環(huán)境機(jī)場提供技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

1 姜鴻輝.濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)研究：以新疆伊犁典型公路為例[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2021.

2 梅 源.濕陷性黃土高填方地基處理技術(shù)及穩(wěn)定性試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2013.

3 洪 勃.黃土水氣熱傳導(dǎo)特性及其熱濕運移規(guī)律試驗研究[D].西安：長安大學(xué)，2020.