生物砖排水沟技术研发、应用与推广

殷春霞，黄成燕，胡 荣，孙发政

(深圳市大自然生态园林技术有限公司，广东深圳 518131)

1 生物砖排水沟技术研发背景及其意义

2002 年，深圳市大规模开展了裸露山体生态恢复项目，政府投资3亿多元进行裸露山体(采石场)的整治复绿。主管部门提出，通过大规模的采石场整治复绿工程，不仅要整治好遗留的裸露山体生态景观，还要出成果、出人才。在这场大规模的采石场生态复绿工作中，我公司参与并承担了龙岗30号路边坡、清林径水库2号采石场、宝安区芙蓉尾采石场等水土保持生态复绿工程。在实际施工过程中，我们遇到了采石场坡面排水的问题。

应该说，所有开发建设项目都离不开排水的问题，如公路、铁路、房地产、水利、园林、城建等。传统的排水沟是用浆砌石或水泥砖、红砖等材料砌筑而成，其排水功能是毫无疑问的，但是同时存在着一些负面问题。例如，几年前深圳成品油管道项目建设中在南坪快速道路沿线的山体上砌筑了大量浆砌石排水沟，对山体的自然景观影响很大，市民意见也大，这一情况曾被有关部门通报。在深圳市大规模开展的裸露山体生态恢复项目施工中，大量的浆砌石排水沟使生态恢复的成效失色不少，不仅表现在生态景观的负面影响上，还表现在:浆砌石排水沟在山体上施工时，施工材料搬运难度大，成本高;建成的浆砌石排水沟将大量的雨水快速排出，不利于水资源的利用和城市排洪压力的消解;此外，浆砌石排水沟的砌筑材料来源于被炸毁的山体，也不利于从源头上保护青山绿水。

传统的浆砌石排水沟在采石场高坡上施工造价高、景观差、生态负面影响大，生产实践推动着我们要思考和创新。为此，在采石场整治复绿工程中，我们开展了生物砖排水沟的试验研究，取得了突出成效。该项技术2007年被深圳市水土保持办公室列入深圳市开发建设项目水土保持方案编报指南新技术应用，2010年被列入科技部农业科技转化资金项目和水利部水利先进技术重点推广项目，并已通过了验收。

2 生物砖排水沟技术主要研发内容

开发生物砖排水沟是由我公司发明的一种既有排水功能又具近自然恢复生态的新型技术(专利号:ZL03224698.6;ZL201220110894.6)，该技术以留有种植孔的预制生物砖为材料，在坡面上砌成截、排水沟，然后在生物砖的种植孔内注满含有草籽的营养土，待草籽发芽长大后，绿草能够完全覆盖排水沟的生物砖砌体，绿草根系牢牢地将生物砖连结成整体，形成绿色草沟。

开发生物砖排水沟技术首先是要研究和解决生物砖材料的生产。如何进行综合利用，变废为宝，将采石场的下脚料石粉等制作成生物砖，是生物砖材料生产的研究环节之一。本项研究采用采石场的下脚料石粉或煤矸石、河沙等，加入适量的水和少量的水泥，搅拌均匀后，用制砖机进行震动和压制，再进行风干、养护后，即为生物砖成品。

其次，是生物砖砖体式样的研究。从3个方面解决了生物砖砖体式样的问题:一是每块生物砖留有种植孔，以便在种植孔内灌注营养土和草籽;二是生物砖砖体尺寸的大小，要有利于工程现场的搬运和施工，经过试验分析，生物砖砖体以40 cm×20 cm×20 cm为宜，砖孔以12 cm×12 cm为宜;三是生物砖与生物砖之间还要有咬合作用，使生物砖之间能够有效、稳定地镶嵌，因此决定采用砖体外缘凹凸的两种样式。

再次，是生物砖种植孔内营养土和草籽的配比及优化研究。选择哪几种草种和灌木种子，采用什么样的搭配和优化组合，对于生物砖排水沟生态景观恢复的效果具有重要的意义。生物砖在应用于不同的地点、不同的项目时，其草种和灌木种子的配比应有所不同:在山体创伤坡面的生态恢复工程中，选用狗牙根(Cynodon dactylon)、百喜草(Paspalum notatum)、类芦(Neyraudia reynaudiana)、山毛豆(Tephrosia candida)、猪屎豆(Crotalaria pallida)等混合草灌木种子效果较好，有利于实现生物多样性，使生态景观恢复效果与周边环境相协调;应用于河道坡面防护时，则以选择3～5种草种为宜，如狗牙根、假俭草(Eremochloa ophiuroides)、大叶油草(Axonopus compressus)等。注重豆科与禾本科植物的搭配有利于土壤的改良和植被恢复。

最后，从生产实际出发，还要考虑到生物砖材料生产的就地取材和就近生产，以减少运输费用。

3 生物砖排水沟技术与国内外同类技术的综合比较优势

(1)生物砖排水沟技术为国家专利技术，具有完全的自主知识产权，已经经过了严格的技术审查、创新性审查和国内外雷同性检索，证明是一项创新型的技术。从发达的欧美国家来看，他们应用地形变化排水和土质排水沟较多，因为土质排水沟生态和景观效果好，但土质排水沟容易被水流冲损，因此这些国家常常在排水的部位放置一些石块或碎石，以减缓水流的冲损;从欠发达的非洲国家来看，因为经济实力有限，费用昂贵的浆砌石、混凝土、红砖等硬质材料排水沟虽有所采用，但土质排水沟更为普遍，而土质排水沟冲损较多，水土流失严重。从国外的这些情况来看，生物砖排水沟在国际上也是一项创新技术，它将排水功能的稳定与生态、景观好和成本低等有机地结合了起来。

(2)在我国的公路、铁路、房地产、水利等建设项目中，大多数排水沟都是用浆砌石、混凝土、红砖等硬质材料砌筑，少数为土质排水沟。硬质材料排水沟在成本、景观、生态等方面都存在一定的缺陷;而土质排水沟虽然有草本植物的防护，生态、景观效果较好，但容易被水流冲毁或损坏，缺乏排水安全的保证。生物砖排水沟既能抗水流冲刷，又具有生态环保功效，避免了硬质材料排水沟在成本、景观、生态等方面存在的缺陷和土质排水沟容易被水流冲毁的缺陷，同时又兼具了硬质材料排水沟刚性防护牢固的优点和土质排水沟生态、景观效果好的优点，创新性尤为显著。

(3)我国北方地区较常采用土质排水沟，因为北方地区的降雨量较小，雨水对土质排水沟的损毁程度较轻;在我国南方地区也见到一些土质排水沟，但土质排水沟排水的安全性非常低。用硬质材料砌筑的排水沟在我国十分普遍，这是因为这种排水沟的安全性较可靠，但硬质材料排水沟造价高，生态和景观效果都不好。生物砖排水沟技术具有了硬质材料排水沟的安全性和土质排水沟的生态、景观好和成本低的优势，推广前景十分广阔。我公司从2002年开始研制生物砖排水沟技术，到2003年获得专利，至今已有10年的历史，该项技术已推广应用到很多建设项目中，获得了建设单位的好评与肯定。

(4)生物砖技术应用在河道整治中，也取得了生态、景观好和成本低的效果。对于河道的整治，过去常常用浆砌片石或水泥砂浆进行河道边坡防护，使活生生的河道变得僵硬、呆板，隔绝了河道中的水与河道两岸土壤的交换。生物砖技术在河道整治护坡中的应用，既保护了河道边坡的安全稳定，其砖孔内的植物枝叶又能完全覆盖生物砖砌体，形成绿色河道边坡，同时生物砖砖孔内的植物根系盘根错节地将生物砖与生物砖、生物砖与河岸边坡土壤牢牢地连结成一个整体，有效地保护了河道边坡的稳定与安全。

4 生物砖排水沟技术取得的主要成果

(1)在知识创新方面已取得的成就。我国水土保持从概念到内涵在当代已发生了很大的变化，同时在水土保持理念上也有重大变化，水土保持生态建设已成为我国生态建设的主要内容。这些变化落实到具体的应用案例上，生物砖排水沟技术是一个生动的事例，它将水土保持中的排水技术实现了历史性的变革，使生态的理念融入到生物砖排水沟技术之中，实现了排水措施与生态、景观的有机结合。这一生动的技术创新案例，也推动了对传统水土保持理论的思考，并有了水土生态理论的产生。

(2)在技术创新方面已取得的成就。生物砖排水沟技术是一种既有排水功能又具近自然生态恢复的新型排水沟，其创新特点是:①生物砖排水沟是由多孔的生物砖砌筑而成，砖孔内的植物根系将每块生物砖牢牢地连结成一个整体，兼具软性和刚性防护的功能;②生物砖排水沟在创伤坡面上布设后，将雨水在坡面形成的大股流分解成小股流，小股流分散成面流，在植被的作用下有效地保护了坡面，实现了坡面的近自然恢复;③生物砖排水沟有利于土壤保墒和植被恢复，减少水资源浪费;④生物砖排水沟施工轻巧、便捷、快速，同时由于是干砌，因此在雨天可以照常施工;⑤生物砖排水沟在松软的边坡上可以整体沉降，所以不至于因边坡沉降而产生裂缝或断裂导致水流冲毁;⑥生物砖排水沟比传统的浆砌片石排水沟造价低;⑦生物砖材料的主要成分是河沙或石粉等下脚料，有利于变废为宝，综合利用，并且从源头上保护青山绿水;⑧生物砖排水沟技术在河流治理中运用，具有生态景观和护坡功能的双重功效，有利于实现河流的生态恢复。

(3)在工艺创新方面已取得的成就。生物砖的生产实现了对采石场石粉等下脚料的综合利用，变废为宝;实现了就地取材和就近生产，大大减少了生物砖材料的运输费用。生物砖砖体式样围绕排水问题从3个方面取得了适宜的参数:一是每块生物砖留有种植孔，砖孔以12 cm×12 cm有利于灌注营养土和草籽、灌木的生长;二是生物砖砖体尺寸以40 cm×20 cm×20 cm有利于工程现场的搬运和施工;三是生物砖之间设计了咬合和镶嵌，有利于防护边坡的稳定。

(4)对解决产业发展问题所作的贡献及形成的产业前景。农业、水利、园林、城建等领域中的水土保持措施都不能没有排水沟，特别是在开发建设项目水土保持措施中，排水沟是一项不可或缺的技术措施，但传统的排水沟所存在的缺陷越来越突出。生物砖排水沟技术是对传统排水沟技术的一场变革，既环保，又生态，更经济，其市场前景十分广阔。例如，深圳市重大项目深圳天然气高压管道工程，在管线长达149 km、面积达298万m2的水土保持生态恢复中，因采用了生物砖排水沟技术，节省水土保持工程投资达50%。这些年来，我公司已在深圳水官高速天然气管线、LNG管线、采石场、公路边坡等水土保持整治复绿工程中应用生物砖排水沟技术，取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。因此，生物砖排水沟在建设“资源节约型、环境友好型社会”中有着重要作用，不仅已成功应用于开发建设项目水土保持工程中，而且被逐步推广到了农业、水利、园林、房地产等领域。