高山風電場建設中邊坡生態防護工程的應用研究

桂思睿,張 斌

(國家電投集團江西電力有限公司新能源發電分公司,南昌 330029)

0 引言

傳統的邊坡生態防護以客土植草防護為主,但在高山地區邊坡修復應用中存在著一些問題。高山地區坡度較大且風電場護坡施工主要集中在雨季進行,導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。坡面土質條件較差還會導致客土植草中后期生長力不足。風電場護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]。

為解決傳統的客土植草防護中存在的問題,提出利用客纖維土植草來實現邊坡生態防護,其具有以下優勢：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原料,需要的種植土量少,極大節約了成本。②水土保持效果好?？屠w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,減少水分蒸發及徑流,可有效降低水土流失的風險[3]?？屠w維土植草形成的土壤結構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定劑,可使噴播的纖維土與種子即時穩固在邊坡表面,形成可防雨水沖刷的纖維保護層,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過合理配比的微生物及腐殖酸肥料,能合理精確地補充土壤中缺少的元素成分及養料,經微生物作用,客纖維土植草可分解產生有機質,加快生土層的有機化,豐富土壤養分,改善土壤結構,提高土壤肥力。④抗風蝕效果好?？屠w維土植草中的纖維素類纖維可與土壤顆粒形成網狀結構,增加土壤內聚力及穩定性[4],還能吸收土壤中的水分及養分,形成黏著劑,增加土壤顆粒間的黏結力,這些結構可有效抵抗風力侵蝕及沖刷。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實的支撐系統,使植物更加牢固地扎根于土壤中,降低風力對植物的影響,對植物起到一定的保護作用[5]。

1 邊坡生態防護的植前準備

1.1 坡面清理

評估邊坡坡度、坡高、坡面材質等情況,確定清理難度和所需工具設備,根據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、樹枝等細小雜物并運送到指定地點,對坡面進行平整。清理前,應注意設置警示標志,劃定清理區域,避免人員誤入。清理后,檢查坡面的穩固性,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防護工程中的重要一環?？蓪⑵旅嫔系慕涤晁骺焖儆行У匾龑Р⑴懦?以減少水流對邊坡的侵蝕及破壞,保持邊坡穩定性,防止滑坡、沖刷及液化等災害的發生。進行坡面排水時,需沿著坡度走向根據坡度、降雨量等因素設置主排水溝及支排水溝,收集并引導坡面上的降雨水流。主排水溝設置在坡頂及坡腳處,負責收集并引導較大的水流。支排水溝位于中間位置,將較小的水流引導到主排水溝。部分需加速排出位置,在邊坡內部或地表下埋設排水管,通過重力作用將水流引導到指定位置。在坡面中部設置蓄水池,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 掛網與錨固

掛網是通過網材的拉伸及抵抗作用來增加邊坡的抗剪強度及抗滑能力,起到固定噴播材料的作用。采用鋼絲網為網材進行掛網及多點錨固方式進行固定。在坡面上開設預埋孔,將錨桿(材料為鋼筋)插入預埋孔內,注入適當的膠漿,增加錨桿與周圍土體之間的摩擦阻力及黏結力。將網材鋪展在邊坡表面,張緊并固定連接錨桿及網材,使網材與邊坡緊密結合,確保網材張力均勻分布,提高掛網的穩定性及抗滑性能。

2 噴播材料

2.1 噴播植物種類

對風電場周邊展開植物調查,以確定噴播植物種類。在周邊隨機選取5塊20 m×20 m的調查樣地,在樣地對角線設置3個5 m×5 m的大樣方,在樣方左下角設置1個2 m×2 m的小樣方。在大樣方中進行木本植物調查,在小樣方中進行草本植物調查[8],分別計算喬木、灌木及草本的植株數量,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 植生基質原料

植物基質原料包括牛糞、有機菌肥、水、噴播土、大包纖維及復合肥料。為確定植生基質原料的最優配比,在開展邊坡生態防護前進行預實驗。在高山風電場邊坡上設置4個10 m×20 m的實驗區,使用不同植生基質原料配比(表2),分別在4個不同實驗區進行噴播。噴播3個月后,采用5點采樣法在不同實驗區內設置5個1 m×1 m的小樣方開展植被調查,根據植物群落密度及蓋度確定植生基質原料的最優配比。

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

經方差分析發現,在4種不同的植生基質原料配比中,密度與蓋度均存在極其顯著的差異(P<0.01)。多重比較結果表明(表3),3個不同層次下,不同植生基質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種植生基質原料配比下植株生長狀況最好,故采用該植生基質配比用于邊坡生態防護工程的噴播,即牛糞500 kg、水5～6 m3、土4 m3、大包纖維14～16包及復合肥20～25 kg。

3 防護操作

3.1 噴播

噴播裝置由動力系統、噴播裝置、裝料系統及控制系統構成,其中動力系統包括柴油機與噴播泵,可為其他裝置提供動力。噴播裝置主要用于噴播植生基質。攪拌裝置用于填裝噴播材料,通過攪拌罐將不同植生基質充分攪拌混合?？刂葡到y由液晶顯示屏、按鈕及控制閥等組成,用于對客土噴播機各項操作進行監控并對噴灑速度、范圍、壓力等參數進行調整及控制,噴播前對土壤進行粗略粉碎處理,使用小型篩土機進行篩選,篩選土壤粒徑為3 cm以下。將植生基質按照設定好的配比放入攪拌罐進行充分混合攪拌,加入適量的黏合劑,采用多次噴射的方式進行噴播,根據作物類型及播種深度要求調整噴灑設備的高度。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性及一致性可防止種子過度集中及播種不均勻,同時進行修整工作,可確?；呐c坡面較高的結合度[9]。

3.2 遮陰網覆蓋

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

3.3 日常養護

定期巡查監測。邊坡生態防護工程完成后按計劃進行定期巡查,記錄邊坡變化情況,關注下雨后的泥石流、滑坡等地質災害風險,如發現問題,及時采取措施修復,防止災害的發生及擴大。

雨水管理。在邊坡生態防護工程中進行雨水設計,注意日常雨水管理,尤其是降雨季節可能存在雨量超量的情況,應采取措施收集并排放雨水,令邊坡處于適宜的濕度,避免過多的雨水導致土壤失去穩定性,加劇邊坡滑坡風險。

維護排水系統。定期清理沿邊坡設置的排水溝,其中可能會積聚泥沙、樹葉、雜草等雜物,導致排水不暢,影響坡體排水功能。檢查沿邊坡鋪設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,清理溝內雜物,確保排水通暢。并定期進行檢測,觀察排水系統的排水效果。用水進行模擬排水測試,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整或修復排水系統。

定期修剪。為了保持植被的良好生長,確保邊坡穩定性,需定期進行修剪,控制植被密度,促進植物側枝生長,增加植物根系,提高植被牢固度。定期除草,減少資源競爭,保持養分及水分供應平衡,促進邊坡主要植物的生長,增加植被通風透氣性,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分,提升其抵抗病蟲害的能力。但應避免過量施肥,防止其對環境造成負面影響。

定期修復及加固。邊坡使用一段時間后,由于各種因素的影響可能產生裂縫、坍塌等問題,如發現邊坡存在安全隱患,應采取加固措施,如重新噴播土壤保持劑、加強植被覆蓋等,以確保邊坡穩定性。

4 結論

現有邊坡表層土體硬度高,養分低,不易恢復植被。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行邊坡生態防護,相比傳統工藝,該方案具有成本低、效果穩定、生態適應性強等優勢,可實現土壤肥效的長久保持、透氣透水性及適中黏性,在邊坡生態防護中起到顯著作用。通過預實驗確定了噴播植生基質的最優配比為：牛糞500 kg、水5～6 m3、土4 m3、大包纖維14～16包及復合肥20～25 kg,采用牛糞替代傳統有機菌肥,極大降低了生產成本。