基于景觀再造的非正規填埋場原位修復技術研究

戴小東

楊 旭

彭淑婧

杜 兵

董 健

非正規垃圾填埋場是指達不到國家標準和規范要求的垃圾填埋場，一般缺乏防滲措施和覆蓋導氣系統，存在大氣、水、土壤等污染隱患。自“十二五”以來，中國非正規垃圾填埋場治理項目超過3 000個[1]。通過實施好氧穩定化工程、污染隔離工程和覆蓋工程等原位修復技術后，這些原本不斷向場外釋放填埋氣和滲濾液的污染源被隔離或消除，使其影響范圍內的生態安全和人民健康進一步得到保障。

隨著我國社會不斷發展，經濟水平進一步提高，人民對生活環境的要求也更加精細化。對于環保項目來說，在如何保障治理效果的同時，進一步為人民提供文化、美學上的價值，是未來發展的方向。在國外，德國慕尼黑奧林匹克公園、柏林風景名勝公園及美國拜斯比公園[2]等填埋場景觀再造項目珠玉在前。在我國，也有諸如武漢金口[3]、武漢北洋橋、北京三海子[4]等項目，以建設園林、郊野公園等為修復目標，實現了場地的美學價值[5]。國外著名改造案例所在填埋場多是經過幾十年陳化腐熟的生活垃圾填埋場，或以建筑垃圾為主、可生化降解性弱的穩定填埋場；國內案例多為半腐熟或未腐熟的生活垃圾填埋場，使用好氧穩定化技術快速達到中度穩定化。

好氧穩定化技術是通過在堆體內部建設通風系統，并在堆體內制造氣流、形成好氧環境的一種穩定化技術。這種技術的修復過程分為2個階段：第一階段為滿負荷運行階段，在此階段通風系統以設計負荷不間斷運行，使有機質快速降解，該階段一般持續2年左右；第二階段為間歇運行階段，即填埋場達到中度穩定化后，通風系統在各項監測數據達到一定值時啟動，該階段一般持續3～8年。經好氧穩定化處理的填埋場表層往往留下通風系統地上部分和沉降觀測點等。金口填埋場作為園博園用地，在立項前期即確定了景觀方案，制定穩定化方案時，即通過覆土、造山等方法掩蓋、隱藏了穩定化系統遺留設施。

然而，對于更多中小型非正規填埋場治理項目來說，由于缺乏規劃和資金，景觀修復與場地修復往往是割裂的[6]。由于在制定修復方案時缺乏風景園林設計師的參與，場地整形方案和復綠方案多以達到封場規范中的技術要求為目標。場地交付風景園林設計師手中時，已經錯過了通過堆體整形獲得起伏地形的時機[7]，并且有明顯的設備遺留部分和沉降觀測點(圖1)。此外，由于缺乏與修復工程師的交流，風景園林工程師對穩定化后場地造景的注意事項和選擇邊界并不明確，往往遵循封場規范，選擇耐受甲烷、抗干旱、根系淺的植物[8]。這不僅在創造性方面受到制約[9]，也沒有體現出穩定化治理的優勢和價值。

圖1 修復遺留設施在景觀中的分布

因此，本文從景觀再造的角度出發，分析了穩定化工程對景觀設計的制約因素，并為消除或減少制約因素對工藝進行了改進。另外，通過比較封場和穩定化場地堆體散熱、產氣和穩定性方面的異同，對植物選擇條件進行了討論，期望能為穩定化場地后續的景觀再造提供更大自由度。

1 景觀設計的制約因素

1.1 穩定化工程對景觀再造的制約

穩定化工程對景觀再造的制約主要體現在2個方面：1)遺留的通風井對堆體表面形成切割，影響整體布局效果；2)后運行期的設備難以融入景觀，且其設備基礎的綠化與周圍環境不同步，易割裂景觀完整性[10]。

在好氧穩定化總平面布置中，修復設施的布置基本呈平行直線型(圖2-1)，這些設施包括通風系統的通風井、冷凝液井、監測井和各種氣、液管道等。圖2展示了傳統設計布局方法對場地的切割情況，可觀察到這些設施將場區切割為條紋狀(圖2-1)。后續景觀設計的本意為用植物形成俯瞰圖案(圖2-2)，而與地面遺留設施疊加后(圖2-3)，圖案被切割，遺留設施占位對植物的布局產生了不利影響，實景很難達到設計效果。

圖2 修復設施對場地景觀的切割影響圖2-1 通風系統管路布置圖2-2 景觀修復植物布置平面圖2-3 遺留設施對場地的切割效果

景觀工程實施的起點通常在穩定化工程滿負荷運營工段結束的時期。此后，在堆體達到高度穩定化之前，仍需間斷運行3～8年，在此期間應繼續對堆體內填埋氣產量、滲濾液水位和沉降性能進行監測。若堆體內污染物產量即將達到危險閾值，則啟動好氧穩定化系統繼續治理，直到堆體內環境趨于穩定。

也就是說，穩定化滿負荷運行期所需的一些構筑物，如煙囪、調節池等，在景觀工程實施時，還不能拆除。這部分設備在服役期便與環境格格不入，在拆除后空留一片硬化地面，在視覺上形成一塊突兀的異質斑塊。

1.2 植物選擇條件的制約

在常規的填埋場封場后植物篩選方案中，由于剛剛封場后的堆體內部有較為強烈的厭氧生化反應，甲烷在填埋氣中的含量通常超過50%。這就要求在篩選植物時，盡量選擇對甲烷氣體耐受性高的植物。

此外，由于有機質含量高，而厭氧微生物降解效率遠遠不如好氧微生物，堆體內有機質將緩慢而不斷地降解，時間可持續10～20年之久。在達到中度穩定化之前，不宜選擇較為復雜的植物方案，即喬木、灌木、草本植物交錯的景觀方案。否則，頂部負荷的不均勻將進一步加劇堆體的局部沉降，使得覆蓋層產生拉伸、撕裂效應，影響污染隔離效果。

在這種條件下，封場景觀工程通常直接選擇對甲烷氣體耐受性高的草本植物，如畫眉草、高羊茅、灰綠葵、狗牙根、麥冬和黑麥草[11]等。然而，對于已經達到中度穩定化的場地來說，遵循如上條件是非必要的。

2 穩定化工藝優化

2.1 減少通風井數量的嘗試

抽氣井和補氣井的間距一直以來都是按經驗數據確定。美國的Willamson County填埋場和New River Regional填埋場的注氣井間距為15m[12]，比較密集。我國黑石頭項目的注氣井影響半徑在15m左右[12]，按四邊形布局法，井間距應在21m左右。金口填埋場的注氣井間距基本為25m[12]，也取得了不錯的修復效果。井間距是否可以進一步擴大，為后續景觀修復工作賦予更大的自由度，這些疑問往往通過在現場進行抽氣實驗來解決。然而這種實驗往往基于給定的風量和風壓下進行，是否可以通過提高風量、風壓擴大影響半徑，擴大值如何計算，這些問題在設計中是欠考慮的。

為此，受準好氧通風系統計算模型[13]啟發，將好氧通風系統計算模型修正如下：

式中，Q表示總通風量，m3/s；S表示治理面積，m2；D表示井直徑，m；H表示井深，m；R表示影響半徑，m；Kh表示水平氣體擴散滲透系數，m2/(Pa·s)；表示一些幾何系數，在此省略解釋，無量綱。

該模型給出了風量、風壓和影響半徑的關系。通過上式模擬發現以下2點。

1)Kh較大[3×105～5×105m2/(Pa·s)]的情況下，影響半徑可達35～40m；Kh較小[1×106～4×106m2/(Pa·s)]的情況下，影響半徑可達15～25m。也就是說，對于Kh在105m2/(Pa·s)數量級的填埋場，以四邊形排布井位，井間距可以擴大至50m左右；在106m2/(Pa·s)數量級的填埋場，最大可以擴大至35m左右。

2)距風機越近的井，由于沿程損失較小，井口具有更大的風壓，其影響半徑更大，因此井間距也可以相應擴大。

通過該模型計算，打破井間距25m等距排布的常規設計：就場地間比較，Kh較大的場地可以采取更大井間距；對場地內來說，離風機越近的區域井間距可以越大。

原井位布置方案為均勻網格布置法(圖3-1)；而經過優化后的通風系統，井位布置半徑大小與井位-風機距離呈反比，可以風機房為中心，按類輻射法布井(圖3-2)。這種方式布井數量更少，井間距更稀疏，能為后續景觀再造提供更大自由度。

圖3 通風系統優化前(3-1)后(3-2)對比

2.2 模塊化的撬裝設備

為了解決設備基礎帶來的景觀改造不同步問題，對設備進行移動式撬裝化改進。這種改進能使控制系統、滲濾液處理系統(調節池)和除臭系統(包括煙囪)模塊化集成后在場地上運行，無須硬化地面。此方式保證了整個場區的景觀工程可同步實施，使視覺形象完整統一。

3 植物選擇范圍

如1.2節所述，面對好氧穩定化后的填埋場景觀修復工作時，無須嚴格遵循封場項目的植物篩選偏好。然而，這并不意味著可以忽視覆蓋系統的特征，單純從美學和象征意義的角度自由地設計。未達到高度穩定化的填埋場仍在緩慢產生填埋氣等污染物，因此，對于覆蓋系統的保護是必須考慮的。在這方面，可以參考屋頂綠化的植物選擇方法。

3.1 與封場植物選擇偏好的異同

以往的修復場地多依照封場復綠經驗選擇植株[14]。對于封場項目來說，由于堆體內部進行厭氧反應，植物在垃圾場上生長時要面臨填埋氣、最終覆土層下的高溫、堆體沉降和干旱等嚴峻的環境壓力[15]，因此多選擇淺根系的草本植物。

而對于實施好氧穩定化技術修復后的項目來說，填埋氣、高溫、沉降等惡劣條件都得到了極大緩解。制約植株選擇的主要因素是種植土層厚度，按照規范，種植土層厚度通常為50cm，比較薄，難持水，支撐性差。因此在選擇植物時，主要從抗旱、耐貧瘠和高度方面篩選。

3.2 與屋頂綠化植物選擇偏好的異同

屋頂綠化的技術問題主要集中在建筑荷載、防水安全和耐根穿刺防水層上(表1)。且由于多以簡單式和組合式為主，故屋頂綠化植物抗病蟲性差、植物成活率低[17]。與屋頂綠化相比，實施好氧穩定化技術修復后場地無須考慮建筑荷載和防水安全，但同樣需要防止覆蓋層中的HDPE膜被根系穿刺。

表1 屋頂綠化植物基質厚度要求[16]

3.3 好氧穩定化填埋場植物選擇偏好

根據填埋場的穩定性，可將治理后填埋場分為3類，便于風景園林工程師區分。與此3類相對應的植物選擇限制因素，根據工程設計經驗、《生活垃圾衛生填埋場封場技術規范》(GB 51220—2017)和《屋頂綠化規范》(DB11/T 281—2015)，總結如表2所示。

由表2可知，達到中度穩定化的剛結束滿負荷好氧穩定化治理的場地，在選擇植物時應注意植物根系的深度。由于還需進行3～8年的后運行時期，填埋場頂部的覆蓋層必須保持完整，尤其是其防滲層的HDPE膜，應杜絕被穿刺和撕裂的可能。

表2 不同類別穩定化場地植物選擇限制因素

在實施覆蓋工程時，種植土最小覆土量厚度為50cm。一般為了節約投資，覆土量均按最小厚度設計。此條件下，所選擇的植物根系深度不應超過50cm，更不應選擇喬木。一方面是因為喬木的根系普遍較深，易穿透至防滲層；另一方面是由于中度穩定化填埋場每年仍有10～30cm的沉降量，喬木所在位置的壓強較大，容易使堆體表面形成不均勻沉降，導致防滲膜拉伸撕裂。因此在選擇植種時，應主要選擇草本、地被及小灌木。

在好氧穩定化進入后運行階段4年左右，堆體沉降速度為5～10cm/年時，可以增加種植土厚度，補種喬木，構建更加豐富的植物群落[14]。此時應注意將喬木集中安排在堆體最高點，這樣即便產生不均勻沉降，防滲膜拉伸破裂的可能性也最小。

常規封場綠化項目在選擇植物時，多選擇畫眉草、麥冬、紫荊和紅葉石楠這些抗性強、填埋場耐性適生品種，使得填埋場的群落景觀較為趨同。與封場相比，經好氧穩定化后的場地甲烷含量在1%～5%。在后運行階段，堆體內甲烷氣產量一旦超過閾值即開啟通風系統換氣。因此，在植物的選擇上，無須過多考慮甲烷的影響。

4 案例

2018年伊始，對安徽省淮南市的10處非正規填埋場實施了修復工程，其中5處使用好氧穩定化技術。下面以李郢孜和李二礦2處臨近而相似的堆放點為例，介紹景觀設計思路。

4.1 場區概況

李郢孜和李二礦非正規垃圾填埋場均屬于謝家集區，場地間直線距離不超過1km(圖4)。李郢孜場區邊界距最近的居住密集區不到500m，緊挨著池塘，距老鱉湖0.9km，距舜耕山、八公山風景區6km。李二礦場區邊界距淮望二期小區不到500m，距老鱉湖1.3km，距舜耕山風景區5km。2塊場地的環境風險評價為高風險，綜合評價為中風險。

圖4 李郢孜和李二礦場址衛星圖

李郢孜和李二礦非正規垃圾填埋場的生態修復面積分別是2.43萬和1.62萬m2，治理庫容分別是21.83萬和17.82萬m3。

4.2 景觀設計的目標

李郢孜場地規劃為農林用地或采礦用地，李二礦場地規劃為城市建設用地或林地。場地利用人群主要為周邊務農、淡水養殖業人員。因此，在現階段景觀設計中，以園林景觀搭配休閑步道為主，不投入藝術雕塑、燈光、大型運動設施等，以防場地二次利用時造成拆除負擔。

4.3 修復工程

修復工程主要分為4個階段(圖5)：1)前期準備階段，對場地打孔勘探、測繪，采樣檢測以了解場區周圍生態、污染情況，根據結果制定穩定化和截污方案；2)穩定化修復及截污階段，主要工作為場地整形和通風、導滲、防滲、監測系統的施工建設及穩定化系統運營；3)生態終場階段，主要為封場覆蓋和景觀修復工作；4)景觀服務階段，該階段場地已可以作為中度穩定化場地使用，好氧穩定化系統進入后運行時期。

圖5 李郢孜非正規填埋場修復流程示意圖5-1 原地形勘探圖5-2 按設計坡度整形圖5-3 布置好氧穩定化通風系統圖5-4 垂直防滲和導滲系統圖5-5 覆蓋、雨水導排系統圖5-6 植被恢復系統圖5-7 景觀修復后衛星圖

以景觀設計為導向的修復技術改進主要發生在第二階段的場地整形工程和通風系統建設工程中。

4.3.1 場地整形工程

大型衛生填埋場堆體坡度一般為1:3，具有明顯的山型。如以色列的希瑞亞填埋場[18]，被參觀者稱為“巨型垃圾山”，頂部修建了人工湖，層層退臺種植了喬木，形成壯觀的森林景觀。而李郢孜、李二礦原地形較為平坦，難以效仿希瑞亞填埋場營造巍峨的視覺效果。不過，本項目仍試圖堆就出略有起伏的地形效果。

李郢孜場地原地形南邊較高、坡度極緩(圖5-1)。整形時利用了原地勢高差，將緩坡由北向南按高程分為3個區域。區域間邊界線按1:3坡度整形，區域內坡度不超過1:5(圖6-1)。視覺上整個場區形成3級臺階，為未來造景提供分區條件。

圖6 李郢孜(6-1)、李二礦(6-2)非正規填埋場地勢實景

李二礦場地原地形幾乎沒有起伏，只有多處垃圾形成的小鼓包。在整形時以場地平整為目標，平整線以上垃圾在東南區中心堆積后向外擴散攤鋪，坡度不超過1:8，形成極緩的緩坡，在視覺上形成明顯而不極度突出的中心，該中心可作為植物圖案和行人步道的中心(圖6-2)。

4.3.2 通風系統建設工程

由于李郢孜場址形狀狹長，難以按類輻射法布井(圖3-2)，因此僅擴大井間距。經模型試算，井間距可由25m擴大至35m，使建井數量減少約1/3。李二礦場地形狀較為均勻規整，經計算和調整，建井數量減少量接近原建井數量的1/2。

2個項目的設備間均采用移動式撬裝設備，減少硬化地面面積。從圖7也可以看出，通風井地上遺留部分較少，基本不影響景觀效果。

圖7 李二礦景觀重建后步道實景

4.4 景觀工程

景觀工程處于修復工程第三階段后期。在覆蓋工程完畢后，景觀工程根據設計目標、地形條件和當地優勢植種進行道路布局和植物圖案設計。

4.4.1 道路布局

在第二階段整形工程提供的地形條件下，李二礦和李郢孜均在原填埋場庫區邊界處修建了一圈環形步道，步道清晰地描繪出原填埋場邊界，與衛生填埋場環場道路設計概念相呼應。

在李二礦內部，修建了一圈中心步道，并向邊界延伸出4條道路，利用道路將場地切割為多個區塊，并種植不同顏色的植物。在李郢孜，僅在臺階處設置磚砌步道用于連接兩側道路，使地形特征得到突出。

4.4.2 植物選擇

結合3.3節提出的選擇原則，選取了當地10種易成活、根系淺、組合花期豐富的草本植物、灌木和喬木。

草本類以具有良好甲烷抗性的麥冬和抗性不突出的蔥蘭為主，2種植物生長勢頭不分伯仲，確定了在好氧穩定化景觀修復工程中，甲烷抗性并非植物成活的必要條件。

灌木類選取了狹葉十大功勞、火棘、小葉梔子、南天竹、金絲桃、紫葉小檗和豐花月季，共7種，高度多在1m左右，根系深度在50cm內，不易造成不均勻沉降，也不易穿透防滲膜。其中狹葉十大功勞和火棘在幾年后可長至2～3m高，易形成高低有致的植被效果。

為了豐富植物群落，選取了毛杜鵑填補喬木的空白，局部種植在沉降性較低的點位。毛杜鵑的高度在1.5～2.5m，屬于矮種樹，在封場層負荷承受范圍內。

10種植物遠遠達不到自然演替出的植物群落豐度，與周圍自然景觀相比十分明顯(圖7、8)。好在不同于屋頂花園，填埋場本身更易產生植物侵入、定植等植被演替過程[15]，能逐步形成人工起源植物和自然侵入植物共同組成的植物群落。待堆體沉降進一步減少后，可增覆種植土厚度至90cm以上，追加種植喬木，逐步形成以灌草為主、喬草為輔的特色景觀。

圖8 李二礦景觀重建后灌草植被實景

4.5 討論

通過以上案例的實施證明通風計算模型的可行性，也驗證了移動式撬裝設備的可用性。同時，采用當地常見、不耐受甲烷、根系淺的植物進行了景觀布置的實踐，種植結果顯示耐受甲烷的植物與不耐受甲烷的植物均能很好地生長在中度穩定化的場地上。

總體來說，非正規垃圾填埋場生態修復治理工程中，分別實施的修復工程和景觀再造工程如果獨立進行，則不能形成有機結合。好氧穩定化技術對景觀設計造成的不利影響主要包括遺留在表面的通風設施和設備基礎硬化地面。好氧穩定化遺留設施往往會成為景觀設計的制約，而單純依照封場條件選擇植物也限制了景觀設計的發揮。

通過優化工藝計算方法和設備布局方案，可以減少通風設施的數量和密度；通過對設備進行移動式撬裝化改進，減少硬化地面的面積；景觀設計早期介入，也可以結合修復工程的需求和景觀規劃，優化布置通風設施和撬裝化設備布局，實現雙贏。

優化穩定化工藝的目的之一是為景觀工程提供更自由的設計空間。非正規垃圾填埋場經過好氧穩定化后，在確定場地設計景觀方案時，就可以跳出垃圾填埋場耐性適生植物圈，根據當地氣候、土壤條件、植被特色等條件自由選擇植物。但為了保護覆蓋層，減少不均勻沉降，仍應注意選擇較為低矮、根系較淺的中、小型灌木及草本植物。喬木營造的視覺效果可以留待遠期實現。

同時，景觀設計的一些要求反過來完善了對工藝設計的認識。如結合《屋頂綠化規范》(DB11/T 281—2015)可確定，覆蓋層的HDPE膜應選擇1.5mm厚度，這為材料比選增加了一個新的比選維度。

5 結語

在場地沒有明確規劃作為綠化用地、提出景觀需求時，場地穩定化工藝工程師通常不從后續景觀再造的角度修改、優化治理工藝。隨著經濟發展，人民在提高生活水平的同時，對環境美學的要求也隨之提高。改善人居環境，需要環保工程師和風景園林工程師共同協作完成。本文從為后續景觀設計提供更大自由度入手，對修復工藝的計算方法、設計方案和設備制造做出優化，同時提出植物選擇范圍寬泛化的思路，并通過案例驗證了合理性，以期能為業內同行提供新的思路和便捷。

注：文中圖片均由楊旭拍攝或繪制。