工程堆积体生态恢复实践与研究的发展方向＊

刘涛

（广西交通设计集团有限公司，广西南宁 530029）

0 引言

各类工程建设不可避免地会产生数量、类型、形式不同的工程堆积体。例如，在公路建设过程中，路堑的开挖、路堤的填筑、隧道的开挖、弃土的堆放都会形成堆积体，这些堆积体极易导致水土流失和植被破坏，造成生态环境问题。为了避让基本农田，保护有限的耕地，公路的选线多处于山高陡坡等较易发生水土流失的地形地貌中，会产生较大的挖方和填方量，多余的弃渣被就近堆放，形成堆积体。由于管理方式粗放，加上受地形、气候等因素的影响，工程堆积体成为工程区域新增水土流失的主要来源［1］。工程堆积体作为一种人造地貌单元，表层土质松散且缺乏有机质，抗冲能力较差［2］，暴雨来临时其裸露的坡面极易产生水土流失，侵蚀模数甚至可达原地貌的800 倍［3］，特别在短时强降雨的冲刷下，没有植被等覆盖物保护的土质堆积体容易顺着石质缝隙流走，导致植物无法生存，堆积体表面裸露，加剧水土流失，而堆积体大量流动又容易造成堆积体滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害。在工程实践中，必须对堆积体进行稳定、加固、复绿等措施，进行生态恢复，尽量减少水土流失，消除工程灾害隐患［4］。目前，工程技术界和学术界针对工程堆积体的生态恢复进行了深入的工程实践和科学研究［5-8］，总结了不少的堆积体生态恢复经验和技术。现有的技术基本能满足堆积体水土流失防治的需要，但由于在治理中忽视了堆积体与地理景观单元之间的复杂关系，缺乏全局性、长期性的治理规划，使生态恢复治理工作停留在堆积体加固、复绿的单一层面上，达不到应有的治理效果。本文从工程土石堆积体生态恢复应遵循的基本原则出发，对现有的治理实践中存在的问题及相关研究中存在的短板进行简要分析，提出相应的发展对策。

1 工程堆积体生态恢复应遵循的原则

1.1 堆积体稳定性原则

堆积体的稳定性首先由设计环节保证，不同方量、不同土石配比、不同堆积场地形状下的堆积体设计，首先要保证堆积体在一般气象条件下保持稳定，并留有设计冗余。只有堆积体本身稳定，才能为后续生态恢复工程的实施创造必要条件。其次需要特别注意堆积体上方有集水区的情况，在较强降雨条件下，上方来水可能会对堆积体造成严重冲刷。针对此情况，有必要在堆积体上方及周围适当位置设置排水设施。此外，堆积体内部的土石混杂排列，当雨水渗入内部，石块之间的土壤物质被冲淋散失，石块之间失去支撑点，堆积体就可能局部失稳，引发大的崩塌或滑坡。因此，堆积施工过程中需要采取一定的分层碾压措施，提高堆积体应对水流渗透破坏的能力。为防止边坡坡度较大的堆积体崩塌，还有必要采用挂网锚固等预防措施。

1.2 工程措施与植物措施相结合原则

工程堆积体以土石无规则混杂为主要特征，表层及内部均不适宜被破坏的植物直接、迅速地恢复。在实施植物措施前，有必要采取工程措施作为植物措施实施的基础。此处所述的工程措施不包括上述的堆积体稳定措施，而是指为植被迅速恢复所采取的立地整理措施。该类措施最主要的形式是客土回填，提供堆积体表层植物附着的基底。但在实际情况中，大面积的客土回填面临土方来源紧张等问题，这在南方喀斯特地貌区尤为突出，所以必须因地制宜地采用减少客土用量的技术。例如，采用等高带状回填固土技术，一方面可以减少土方用量，另一方面更适用于边坡较为陡峭的堆积体恢复工程。合理实施工程措施的关键在于减少施工成本，同时保证恢复足够的植被覆盖度，这需要根据堆积体的体积、形状、客土来源、工程所在地等因素综合判断和设计。

1.3 堆积体与景观生态系统相适应原则

工程堆积体在极短的时间内出现在原有景观格局中，无论体积大小、分布面积大小或分布形状，都会对原有的景观格局产生不同程度的影响。根据不同的堆积情况，堆积体有可能在原有基底上形成新的斑块或廊道，但也有可能是覆盖了原有的斑块或阻塞了原有的廊道，这2种情况都将对景观生态系统原有的各类物质和能量流动产生较大的负面影响。此外，在对堆积体进行复绿的过程中，如果不注意选择植物种类，将在原有景观格局内造成新的不可预见的扰动。堆积体本身所处的地点和体积、形状受工程总体设计、造价等因素制约，调整的空间有限，因此在堆积体生态恢复的实施过程中，应尽量扭转其对原有景观格局的影响，植物种类的选择以乡土植物为主，注重灌草的搭配。

1.4 自行修复和人工修复相结合原则

生态修复包括生态自行修复和人工修复2 个方面。生态自行修复是通过封禁等管理手段，依靠生态系统自行修复能力，改善生态环境。自行修复主要用适于生态系统受损程度未超过自行修复负荷并可逆转的情况；人工修复是通过工程措施、植物措施和临时措施进行人工干预，使受损系统得到恢复，主要适用于生态系统受损超过负荷并不可逆转的情况［9-10］。公路建设项目形成的弃渣场规模较大，难以依靠生态自行修复，必须借助人工修复方法，复合种植技术是人工生态修复系统的重要组成内容。

1.5 长期规划和综合开发原则

要树立辩证、整体的环境观，把堆积体对环境有负面影响的工程结果，通过生态恢复使之转变为另一种新的景观营造结果。如果充分挖掘设计潜力，对生态恢复后的堆积体进行一定程度的开发，还能产生一定的经济效益，例如把堆积体恢复为林草地，作为放牧场地甚至经济林地。要设计出适宜的开发规划，就必须详细调查堆积体周边的社会和经济情况，与当地社区对接需求并邀请居民参与规划。

2 工程堆积体生态恢复实践中存在的不足

2.1 缺乏科学的管理技术体系

堆积体在工程修建中作为附属工程，在设计和施工过程中经常得不到足够的重视，乱堆乱弃、弃后不管的现象比较普遍。传统的堆积体治理主要面临成本较大、技术缺乏等问题。在项目前期，建设单位未编制水土保持方案报告书，未将各项水土保持措施纳入主体工程设计，对堆积体等重要防护对象没有开展重点设计，没有做到水土保持工程与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。在施工过程中，没有开展水土保持监测，对于堆积体位置不当引起的水土流失问题，也未给予足够的关注。随着生态环境保护越来越受到重视，堆积体成为整个水土保持工程验收的核心，堆积体管理工作将直接制约工程是否能顺利通过验收。

2.2 缺乏简便的表面抗侵蚀和快速恢复技术体系

因为以植被重建为主的堆积体生态恢复有一个过程，在草本植被足以保护堆积体表面土壤之前，降雨会造成严重冲刷，所以需要实施临时苫盖等坡面保护措施，在植被充分恢复之前起到防治侵蚀的作用。虽然目前使用的喷播技术、植生袋技术等相关技术均考虑了植被恢复初期的土壤侵蚀防治，但是存在施工局限性大及成本控制难的问题。如果不解决堆积体生态恢复初期的侵蚀问题，土壤流失将会导致后续的生态恢复过程遭遇极大的困难，水土流失也会对周边产生较大的环境压力。

2.3 缺乏植被群落配置技术体系

由于工程堆积体土石混杂，恢复立地条件较差，仅有的少量土壤中自然种子库含量较低，如果通过自然恢复，过程较缓慢，也难以形成稳定的群落结构。因此，需要通过人工配置植被群落，加速恢复进程。然而，通过长期的工程实践发现，如果仅依靠粗略的技术规程选择植物的种类，所选择的植物往往是一个大的地理区域的代表性物种，不一定适用于堆积体所在地的小气候和微生环境，其结果是植物初期或后期生长不良，难以持续、稳定地生长。

2.4 缺乏科学的生态恢复进程监测技术体系

从总体上看，现有的工程堆积体生态恢复在竣工验收完毕后，缺少后期的长期监测。对于松散堆积物质体而言，数年甚至数10 年的时间尺度下都存在失稳的风险，所以应该对堆积体生态恢复进程进行持续的监测。然而，目前仍缺少相应的监测技术手段，例如简便高效的侵蚀观测技术、堆积体内部失稳预警技术、堆积体土壤健康恢复监测技术、植被群落稳定性监测技术等。技术体系的缺乏，不仅使现有的堆积体生态恢复状况难以被掌握，也使相关经验得不到总结，无法指导后续工程项目的实施。

3 工程堆积体生态恢复研究发展方向

3.1 加强对堆积体管理方法的提升

在项目前期，建设单位应组织编制水土保持方案报告书，明确堆积体重点位置的防治措施。需要坚持贯彻落实水土保持与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的“三同时”要求，将水土保持方案设计的各项水土保持措施纳入主体工程设计，在初步设计和施工图设计阶段要有水土保持专项设计，尤其要对堆积体等重要防护对象开展重点设计，多种措施并举，确保水土保持工程达到要求。堆积体在使用过程中须严格按照以下要求进行管理：①堆渣前要将剥离的表土集中堆放于场内上部，采用袋装土和密目网覆盖进行拦挡和防护；②堆渣期间修筑挡渣墙、截排水沟、急流槽、沉沙池；③边坡成型后进行整治并回覆表土，采取灌草混播进行绿化；④堆渣完成后进行台面整治并回覆表土，采用乔灌草结合的方式进行绿化或复耕。

3.2 加强生态恢复初期侵蚀防治技术攻关

应继续加强工程堆积体堆积完毕后和有效恢复前的这一阶段的土壤侵蚀防治技术研究，尤其是施工便利、成本低廉的坡面防侵蚀技术。该类技术有几个需要重点突破的方面：一是不需要大型专用设备，以便提高技术的地域适用性、复杂地形适应性和施工组织便利性；二是防侵蚀产品的形态应尽量为液体或粉粒物料，便于运输与施用；三是材料具有环保化、生态化特点，防侵蚀能力只需在生态恢复初期具备，因此随着植被恢复趋于完成，防侵蚀材料也应随之完成降解。

3.3 展开全面的堆积体生态恢复适生植物种类配置研究

依据工程堆积体的来源、地域，可以大致确定堆积体土壤类型、砾石的矿物种类、客土类型等信息，可依此展开适宜当地的恢复植物种类的筛选和搭配试验。恢复植物以草本植物为主，适量配置灌木树种。植物种类配置试验过程中，要持续观测成活率、保存率、植物地上部分及根系的生长状况、植株空间分布格局变化等状况，探寻堆积体恢复植被群落结构的动态变化特征。可相应地研发一些适于当地乡土草本植物生长的草皮，用于草本群落的快速建植。

3.4 堆积体地质灾害隐患预警技术

在堆积体表面植被得到一定程度恢复的情况下，即使外在景观达到了既定的设计标准，植被群落也能稳定存在，但由于堆积体是松散堆积物质体系，没有完全达到力学稳定状态，在遭遇极端暴雨等情况下可能发生较为严重的地质灾害，致使生态恢复进程中断。因此，工程实践中必须严密监测堆积体的地质灾害隐患，特别是在堆积体已经进行了深度开发规划的情况下，更需要保证堆积体本身的稳定。对于这方面的研究，要以自动化、信息化为主要标准，研发接触式与非接触式精密测量技术，例如堆积体外部形态变化非接触式探测分析技术，或是在堆积体堆积过程中分层预埋设传感器，不间断地监测堆积体内部的应力变化和土石的相对位移。

4 结语

确保工程堆积体稳定性是开展生态修复的基础，工程措施与植物措施相结合可使生态修复快速起效，而堆积体与景观生态系统相适应，能长久地进行生态修复，堆积体的自行修复和人工修复相结合，则能优势互补、稳固生态修复。通过长期规划和综合开发，可实现对堆积体的生态修复和综合利用，产生一定的经济效益。本文针对工程堆积体生态恢复实践中存在的一些问题，提出今后的研究可以围绕堆积体科学管理、侵蚀防治技术、堆积体生态恢复适生植物种类配置、堆积体地质灾害隐患预警等方面的问题进行理论和技术攻关。