工程堆積體生態恢復實踐與研究的發展方向＊

劉濤

（廣西交通設計集團有限公司，廣西南寧 530029）

0 引言

各類工程建設不可避免地會產生數量、類型、形式不同的工程堆積體。例如，在公路建設過程中，路塹的開挖、路堤的填筑、隧道的開挖、棄土的堆放都會形成堆積體，這些堆積體極易導致水土流失和植被破壞，造成生態環境問題。為了避讓基本農田，保護有限的耕地，公路的選線多處于山高陡坡等較易發生水土流失的地形地貌中，會產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，表層土質松散且缺乏有機質，抗沖能力較差［2］，暴雨來臨時其裸露的坡面極易產生水土流失，侵蝕模數甚至可達原地貌的800 倍［3］，特別在短時強降雨的沖刷下，沒有植被等覆蓋物保護的土質堆積體容易順著石質縫隙流走，導致植物無法生存，堆積體表面裸露，加劇水土流失，而堆積體大量流動又容易造成堆積體滑坡、崩塌、泥石流等自然災害。在工程實踐中，必須對堆積體進行穩定、加固、復綠等措施，進行生態恢復，盡量減少水土流失，消除工程災害隱患［4］。目前，工程技術界和學術界針對工程堆積體的生態恢復進行了深入的工程實踐和科學研究［5-8］，總結了不少的堆積體生態恢復經驗和技術。現有的技術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雜關系，缺乏全局性、長期性的治理規劃，使生態恢復治理工作停留在堆積體加固、復綠的單一層面上，達不到應有的治理效果。本文從工程土石堆積體生態恢復應遵循的基本原則出發，對現有的治理實踐中存在的問題及相關研究中存在的短板進行簡要分析，提出相應的發展對策。

1 工程堆積體生態恢復應遵循的原則

1.1 堆積體穩定性原則

堆積體的穩定性首先由設計環節保證，不同方量、不同土石配比、不同堆積場地形狀下的堆積體設計，首先要保證堆積體在一般氣象條件下保持穩定，并留有設計冗余。只有堆積體本身穩定，才能為后續生態恢復工程的實施創造必要條件。其次需要特別注意堆積體上方有集水區的情況，在較強降雨條件下，上方來水可能會對堆積體造成嚴重沖刷。針對此情況，有必要在堆積體上方及周圍適當位置設置排水設施。此外，堆積體內部的土石混雜排列，當雨水滲入內部，石塊之間的土壤物質被沖淋散失，石塊之間失去支撐點，堆積體就可能局部失穩，引發大的崩塌或滑坡。因此，堆積施工過程中需要采取一定的分層碾壓措施，提高堆積體應對水流滲透破壞的能力。為防止邊坡坡度較大的堆積體崩塌，還有必要采用掛網錨固等預防措施。

1.2 工程措施與植物措施相結合原則

工程堆積體以土石無規則混雜為主要特征，表層及內部均不適宜被破壞的植物直接、迅速地恢復。在實施植物措施前，有必要采取工程措施作為植物措施實施的基礎。此處所述的工程措施不包括上述的堆積體穩定措施，而是指為植被迅速恢復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尤為突出，所以必須因地制宜地采用減少客土用量的技術。例如，采用等高帶狀回填固土技術，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工程。合理實施工程措施的關鍵在于減少施工成本，同時保證恢復足夠的植被覆蓋度，這需要根據堆積體的體積、形狀、客土來源、工程所在地等因素綜合判斷和設計。

1.3 堆積體與景觀生態系統相適應原則

工程堆積體在極短的時間內出現在原有景觀格局中，無論體積大小、分布面積大小或分布形狀，都會對原有的景觀格局產生不同程度的影響。根據不同的堆積情況，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種情況都將對景觀生態系統原有的各類物質和能量流動產生較大的負面影響。此外，在對堆積體進行復綠的過程中，如果不注意選擇植物種類，將在原有景觀格局內造成新的不可預見的擾動。堆積體本身所處的地點和體積、形狀受工程總體設計、造價等因素制約，調整的空間有限，因此在堆積體生態恢復的實施過程中，應盡量扭轉其對原有景觀格局的影響，植物種類的選擇以鄉土植物為主，注重灌草的搭配。

1.4 自行修復和人工修復相結合原則

生態修復包括生態自行修復和人工修復2 個方面。生態自行修復是通過封禁等管理手段，依靠生態系統自行修復能力，改善生態環境。自行修復主要用適于生態系統受損程度未超過自行修復負荷并可逆轉的情況；人工修復是通過工程措施、植物措施和臨時措施進行人工干預，使受損系統得到恢復，主要適用于生態系統受損超過負荷并不可逆轉的情況［9-10］。公路建設項目形成的棄渣場規模較大，難以依靠生態自行修復，必須借助人工修復方法，復合種植技術是人工生態修復系統的重要組成內容。

1.5 長期規劃和綜合開發原則

要樹立辯證、整體的環境觀，把堆積體對環境有負面影響的工程結果，通過生態恢復使之轉變為另一種新的景觀營造結果。如果充分挖掘設計潛力，對生態恢復后的堆積體進行一定程度的開發，還能產生一定的經濟效益，例如把堆積體恢復為林草地，作為放牧場地甚至經濟林地。要設計出適宜的開發規劃，就必須詳細調查堆積體周邊的社會和經濟情況，與當地社區對接需求并邀請居民參與規劃。

2 工程堆積體生態恢復實踐中存在的不足

2.1 缺乏科學的管理技術體系

堆積體在工程修建中作為附屬工程，在設計和施工過程中經常得不到足夠的重視，亂堆亂棄、棄后不管的現象比較普遍。傳統的堆積體治理主要面臨成本較大、技術缺乏等問題。在項目前期，建設單位未編制水土保持方案報告書，未將各項水土保持措施納入主體工程設計，對堆積體等重要防護對象沒有開展重點設計，沒有做到水土保持工程與主體工程同時設計、同時施工、同時投入使用。在施工過程中，沒有開展水土保持監測，對于堆積體位置不當引起的水土流失問題，也未給予足夠的關注。隨著生態環境保護越來越受到重視，堆積體成為整個水土保持工程驗收的核心，堆積體管理工作將直接制約工程是否能順利通過驗收。

2.2 缺乏簡便的表面抗侵蝕和快速恢復技術體系

因為以植被重建為主的堆積體生態恢復有一個過程，在草本植被足以保護堆積體表面土壤之前，降雨會造成嚴重沖刷，所以需要實施臨時苫蓋等坡面保護措施，在植被充分恢復之前起到防治侵蝕的作用。雖然目前使用的噴播技術、植生袋技術等相關技術均考慮了植被恢復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恢復初期的侵蝕問題，土壤流失將會導致后續的生態恢復過程遭遇極大的困難，水土流失也會對周邊產生較大的環境壓力。

2.3 缺乏植被群落配置技術體系

由于工程堆積體土石混雜，恢復立地條件較差，僅有的少量土壤中自然種子庫含量較低，如果通過自然恢復，過程較緩慢，也難以形成穩定的群落結構。因此，需要通過人工配置植被群落，加速恢復進程。然而，通過長期的工程實踐發現，如果僅依靠粗略的技術規程選擇植物的種類，所選擇的植物往往是一個大的地理區域的代表性物種，不一定適用于堆積體所在地的小氣候和微生環境，其結果是植物初期或后期生長不良，難以持續、穩定地生長。

2.4 缺乏科學的生態恢復進程監測技術體系

從總體上看，現有的工程堆積體生態恢復在竣工驗收完畢后，缺少后期的長期監測。對于松散堆積物質體而言，數年甚至數10 年的時間尺度下都存在失穩的風險，所以應該對堆積體生態恢復進程進行持續的監測。然而，目前仍缺少相應的監測技術手段，例如簡便高效的侵蝕觀測技術、堆積體內部失穩預警技術、堆積體土壤健康恢復監測技術、植被群落穩定性監測技術等。技術體系的缺乏，不僅使現有的堆積體生態恢復狀況難以被掌握，也使相關經驗得不到總結，無法指導后續工程項目的實施。

3 工程堆積體生態恢復研究發展方向

3.1 加強對堆積體管理方法的提升

在項目前期，建設單位應組織編制水土保持方案報告書，明確堆積體重點位置的防治措施。需要堅持貫徹落實水土保持與主體工程同時設計、同時施工、同時投入使用的“三同時”要求，將水土保持方案設計的各項水土保持措施納入主體工程設計，在初步設計和施工圖設計階段要有水土保持專項設計，尤其要對堆積體等重要防護對象開展重點設計，多種措施并舉，確保水土保持工程達到要求。堆積體在使用過程中須嚴格按照以下要求進行管理：①堆渣前要將剝離的表土集中堆放于場內上部，采用袋裝土和密目網覆蓋進行攔擋和防護；②堆渣期間修筑擋渣墻、截排水溝、急流槽、沉沙池；③邊坡成型后進行整治并回覆表土，采取灌草混播進行綠化；④堆渣完成后進行臺面整治并回覆表土，采用喬灌草結合的方式進行綠化或復耕。

3.2 加強生態恢復初期侵蝕防治技術攻關

應繼續加強工程堆積體堆積完畢后和有效恢復前的這一階段的土壤侵蝕防治技術研究，尤其是施工便利、成本低廉的坡面防侵蝕技術。該類技術有幾個需要重點突破的方面：一是不需要大型專用設備，以便提高技術的地域適用性、復雜地形適應性和施工組織便利性；二是防侵蝕產品的形態應盡量為液體或粉粒物料，便于運輸與施用；三是材料具有環保化、生態化特點，防侵蝕能力只需在生態恢復初期具備，因此隨著植被恢復趨于完成，防侵蝕材料也應隨之完成降解。

3.3 展開全面的堆積體生態恢復適生植物種類配置研究

依據工程堆積體的來源、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，可依此展開適宜當地的恢復植物種類的篩選和搭配試驗。恢復植物以草本植物為主，適量配置灌木樹種。植物種類配置試驗過程中，要持續觀測成活率、保存率、植物地上部分及根系的生長狀況、植株空間分布格局變化等狀況，探尋堆積體恢復植被群落結構的動態變化特征。可相應地研發一些適于當地鄉土草本植物生長的草皮，用于草本群落的快速建植。

3.4 堆積體地質災害隱患預警技術

在堆積體表面植被得到一定程度恢復的情況下，即使外在景觀達到了既定的設計標準，植被群落也能穩定存在，但由于堆積體是松散堆積物質體系，沒有完全達到力學穩定狀態，在遭遇極端暴雨等情況下可能發生較為嚴重的地質災害，致使生態恢復進程中斷。因此，工程實踐中必須嚴密監測堆積體的地質災害隱患，特別是在堆積體已經進行了深度開發規劃的情況下，更需要保證堆積體本身的穩定。對于這方面的研究，要以自動化、信息化為主要標準，研發接觸式與非接觸式精密測量技術，例如堆積體外部形態變化非接觸式探測分析技術，或是在堆積體堆積過程中分層預埋設傳感器，不間斷地監測堆積體內部的應力變化和土石的相對位移。

4 結語

確保工程堆積體穩定性是開展生態修復的基礎，工程措施與植物措施相結合可使生態修復快速起效，而堆積體與景觀生態系統相適應，能長久地進行生態修復，堆積體的自行修復和人工修復相結合，則能優勢互補、穩固生態修復。通過長期規劃和綜合開發，可實現對堆積體的生態修復和綜合利用，產生一定的經濟效益。本文針對工程堆積體生態恢復實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管理、侵蝕防治技術、堆積體生態恢復適生植物種類配置、堆積體地質災害隱患預警等方面的問題進行理論和技術攻關。