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喀斯特地區(qū)路域環(huán)境評(píng)價(jià)與生態(tài)恢復(fù)措施研究

2014-10-13 07:38曹智偉劉昆赟吳永軍
關(guān)鍵詞:路域喀斯特項(xiàng)目區(qū)

曹智偉,劉昆赟,吳永軍

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院,云南 昆明 650216)

我國山區(qū)面積廣大,占國土面積的2/3,在西部某些省份,山區(qū)面積占95%以上,是最主要的地貌類型。喀斯特地貌是西南地區(qū)典型的地貌單元,其生態(tài)環(huán)境具有敏感性、脆弱性和難恢復(fù)性,具體表現(xiàn)為:形成土壤的物質(zhì)少,且成土速度慢;土壤含水量小,土壤極易流失;植物生長緩慢,植被覆蓋率低;生態(tài)結(jié)構(gòu)簡單脆弱;生態(tài)系統(tǒng)承載能力低,使得巖溶地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)有強(qiáng)烈的脆弱性[1]。公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將對(duì)喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞??λ固氐貐^(qū)路域生態(tài)恢復(fù)對(duì)保護(hù)喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境意義重大,將促進(jìn)喀斯特地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)和諧發(fā)展。

美國、日本和法國路域生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究和應(yīng)用比較成熟。20世紀(jì)20年代,美國修建風(fēng)景區(qū)道路時(shí)就開始進(jìn)行專門的景觀設(shè)計(jì)[2],成為公路生態(tài)景觀設(shè)計(jì)的雛形。日本于1976年制定了公路綠化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),研究并應(yīng)用客土噴播、三維網(wǎng)護(hù)坡、復(fù)合綠生袋、噴附綠化、袋筋綠化及防災(zāi)綠化等許多針對(duì)不同類型坡面的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。我國對(duì)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的研究還比較落后。以喀斯特地區(qū)廣西崇左——靖西高速公路為依托工程,進(jìn)行生態(tài)本底環(huán)境的分析與評(píng)價(jià),基于總體分布和評(píng)價(jià)結(jié)果,針對(duì)不同路域生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的研究,以保護(hù)喀斯特地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,使工程項(xiàng)目發(fā)揮整體效益。

1 路域生態(tài)環(huán)境狀況

植被資源、水環(huán)境狀況、土壤流失狀況、地形坡度指標(biāo)和土地資源利用現(xiàn)狀可以反映喀斯特地貌路域生態(tài)環(huán)境狀況的好壞,所以主要對(duì)這5方面進(jìn)行調(diào)查。

1.1 植被資源

根據(jù)對(duì)工程影響區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查,得出項(xiàng)目區(qū)地帶性植被為常綠季節(jié)性雨林和石灰?guī)r常綠季節(jié)性雨林。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的原生性植被是北熱帶季雨林和以蜆木林為代表的石灰?guī)r季雨林。然而,由于人類活動(dòng)的長期影響,天然植被已經(jīng)明顯破碎化。除了自然保護(hù)區(qū)內(nèi)村落附近“風(fēng)水林”中還有呈小塊狀分布的蜆木林,大樹已不多見,為封山育林恢復(fù)起來的次生林;有時(shí)甚至蜆木的優(yōu)勢不明顯,和海南蒲桃、木棉、任豆等組成混交林。其它占優(yōu)勢的是次生的闊葉林和各種灌叢,闊葉林以楓香、菜豆樹、楹樹、儀花、海紅豆等為優(yōu)勢種;有些地方受破壞嚴(yán)重,反復(fù)放牧樵采,演替為紅背山麻桿、灰毛漿果楝、八角楓、毛桐等灌叢。不同演替階段的不同群落鑲嵌分布,雜亂無章[3],項(xiàng)目區(qū)路域植被類型調(diào)查結(jié)果見圖1。

圖1 路域植被類型調(diào)查圖

1.2 水環(huán)境

喀斯特地貌地表水系發(fā)育較差,大部分地表水經(jīng)巖溶通道潛入地下,但地下水埋藏淺,潛流與明流的交替十分頻繁而普遍。高等級(jí)公路建設(shè)將對(duì)喀斯特地區(qū)路域水環(huán)境造成嚴(yán)重破壞和污染。路線位于廣西西南部,處于左江及其支流黑水河,屬珠江流域,地表水系發(fā)育較差[4]。

1.3 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)地形處于向華南丘陵盆地過渡的云貴高原西南端,整個(gè)區(qū)域主要為峰叢、峰林巖溶分布區(qū),地勢北高南低,西高東低。由E3和D1y的砂巖、泥質(zhì)砂巖和泥頁巖或者S3B花崗巖構(gòu)成的中山、低山溝谷地貌,山頂多呈圓緩脊?fàn)?,高?00~1 200 m,地形有一定起伏,切深150~300 m,坡角較緩,為15°~25°,谷溝斷面多呈較寬緩的“V”形,山體有8~20 m厚的風(fēng)化帶,表層有1~3 m厚的殘坡積土,此地貌區(qū)呈10~100 km2的條帶狀或片狀分布,多為當(dāng)?shù)亓謪^(qū)或果園。此類地貌在項(xiàng)目區(qū)成片發(fā)育于線路南東段的攬圩—那隆—新民一帶和線路的起始段,構(gòu)成巖石為T1、P2、P1、C1的有碎屑巖夾層的碳酸鹽巖段,巖層傾角一般較緩(多<20°)。石峰形態(tài)呈渾圓或橢圓的錐狀峰,峰體斜坡較緩(10°~30°),構(gòu)成坡地,坡麓有厚度數(shù)m的第四系坡殘積黏性土堆積,丘間谷溝短促而起伏不平。與峰叢、峰林谷地為同一地貌演化階段產(chǎn)物,但巖溶發(fā)育中等~強(qiáng)烈。各種公路災(zāi)害都與地形地貌有關(guān)。

1.4 土壤資源

從成土母質(zhì)分析,喀斯特地貌主要有殘積物、坡積物、洪積物、河積物、紅土物質(zhì)等??λ固氐貐^(qū)土壤分8個(gè)土類,21個(gè)亞類,49個(gè)土屬,133個(gè)土種。主要有水稻土、紅壤、磚紅壤、紫色土、石灰?guī)r土、沖積土、沼澤土等。其中磚紅壤分布比較廣泛,約占土地面積的50%,耕地土類總體狀況是有機(jī)質(zhì)偏低,嚴(yán)重缺磷、缺鉀,保肥性能差,耕作層淺薄。公路建設(shè)會(huì)對(duì)喀斯特地區(qū)路域土壤造成更加嚴(yán)重的破壞。

1.5 土地資源利用現(xiàn)狀

土地利用類型主要有耕地、林地、草地、旱地、水庫或水塘用地、公路等基礎(chǔ)設(shè)施用地、村莊用地、城市用地等。喀斯特地區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)占用了大量的農(nóng)田、草地、林地和居民用地。土地利用現(xiàn)狀中以農(nóng)用地為主,沿線各縣市農(nóng)用地占土地總面積的比例大部分超過88%,其中線路所經(jīng)過的大新縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高,達(dá)到95.44%。在農(nóng)用地中,林地、耕地所占的比例較大。項(xiàng)目區(qū)耕地面積比例較高,路線經(jīng)過的鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)耕地面積在國土面積中所占的比例均值為34.98%,項(xiàng)目區(qū)土地利用現(xiàn)狀見圖2。項(xiàng)目區(qū)未利用土地所占比例較高,說明土地的開發(fā)利用潛力不大。沿線所經(jīng)縣城中未利用土地占國土面積的最大比例為7.31%,均值為1.96%。

圖2 項(xiàng)目區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖

2 路域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

2.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為了客觀、真實(shí)反映喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況,需要對(duì)每個(gè)指標(biāo)賦予影響權(quán)重。采用模糊綜合評(píng)價(jià)法,建立模糊關(guān)系矩陣、確定指標(biāo)權(quán)重和模糊綜合評(píng)價(jià)[5]。

1)基于模糊關(guān)系函數(shù),建立模糊關(guān)系矩陣

設(shè) Sij為第 i個(gè)指標(biāo)第 j等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值,i=1,2,…k(評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)),j=1,2,3,4,5??λ固氐貐^(qū)路域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)選取了植被資源、水環(huán)境、土壤資源、地形地貌和土地資源利用現(xiàn)狀5個(gè)指標(biāo)對(duì)該地區(qū)生態(tài)本底進(jìn)行研究。若評(píng)價(jià)指標(biāo)i的實(shí)測值為Ci,則評(píng)價(jià)指標(biāo)i對(duì)5個(gè)等級(jí)的模糊關(guān)系函數(shù)表達(dá)式可以寫成

①Ci屬于第1等級(jí)的隸屬程度

②Ci屬于第2、3、4等級(jí)的隸屬程度

③Ci屬于第5等級(jí)的隸屬程度

基于以上模糊關(guān)系表達(dá)式,對(duì)研究對(duì)象的所有k個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行隸屬度計(jì)算,即可得到研究對(duì)象的模糊關(guān)系矩陣R5k為

2)確定指標(biāo)權(quán)重集W

指標(biāo)權(quán)重是指喀斯特地區(qū)路域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響程度,其權(quán)重的大小對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。采用聚類權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。

設(shè)Wij是第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第j個(gè)級(jí)別的權(quán)重,則

因此,聚類權(quán)法確定的第j等級(jí)的指標(biāo)權(quán)重矩陣Wj為

通過計(jì)算,得到喀斯特地區(qū)生態(tài)本底各指標(biāo)的權(quán)重值,如表1所示。

表1 項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)與分析

通過調(diào)查喀斯特地貌路域生態(tài)環(huán)境狀況,利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法確定各調(diào)查指標(biāo)的權(quán)重[6],建立喀斯特地貌生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型。運(yùn)用評(píng)價(jià)模型,對(duì)調(diào)查指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,得到項(xiàng)目區(qū)路域生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)分級(jí)圖,將項(xiàng)目區(qū)分為優(yōu)、良、中、差、極差5個(gè)等級(jí)[7]。

項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)等面積為43.5 km2,占總面積的10.3%。該區(qū)域的特點(diǎn)是植被覆蓋密度大,水環(huán)境質(zhì)量好,土壤侵蝕程度很輕,地形平坦,主要分布項(xiàng)目區(qū)的中部區(qū)域[8]。良等生態(tài)環(huán)境面積為74 km2,占總面積的17.5%,該區(qū)域植被覆蓋密度大,水環(huán)境質(zhì)量較好,有輕度土壤侵蝕,地形較平坦,分布在項(xiàng)目區(qū)的北部。中等生態(tài)本底區(qū)域面積為34.6 km2,占總面積的8.2%,植被資源較好,水環(huán)境、土壤資源破壞嚴(yán)重,地形地貌較平坦,主要分布在項(xiàng)目區(qū)的南部和北部。差等生態(tài)本底區(qū)域面積為225 km2,占總面積的53.3%,植被覆蓋密度較低,水環(huán)境質(zhì)量較差,土壤侵蝕程度嚴(yán)重,地形坡度較大分布廣泛。項(xiàng)目區(qū)極差生態(tài)環(huán)境面積為45.2 km2,占總面積的比例為10.7%,植被破壞嚴(yán)重,水環(huán)境破壞嚴(yán)重,水土流失嚴(yán)重,地形地貌破壞大,主要分布在項(xiàng)目區(qū)的北部[9]。

3 路域生態(tài)恢復(fù)措施

在公路路域生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行喀斯特地區(qū)公路路域生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的研究。公路建設(shè)中,土石方填挖直接破壞地表植被,改變原地貌形態(tài),極易造成生態(tài)破壞。堆放大量棄土、棄渣會(huì)引起水土流失、污染水體甚至淤塞河道,邊坡開挖面和路側(cè)裸露表土?xí)硪幌盗猩鷳B(tài)環(huán)境問題,靠自然界自身的力量恢復(fù)生態(tài)平衡需要較長的時(shí)間,對(duì)路域環(huán)境進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),需要進(jìn)行系統(tǒng)的考慮和處理。

3.1 植物綠化措施及動(dòng)植物保護(hù)措施

1)植物綠化措施

由于喀斯特地區(qū)土源缺少,施工結(jié)束后復(fù)耕和綠化用土需遠(yuǎn)運(yùn),很不經(jīng)濟(jì),且所運(yùn)生土不利于植物生長。在施工前期進(jìn)行場地平整時(shí),就近選擇適當(dāng)?shù)奈恢脤?duì)棄土場的表土進(jìn)行收集,并進(jìn)行擋護(hù)、遮蓋,防止流失。施工結(jié)束后,用儲(chǔ)存的表土覆蓋棄渣表面。

克服沿線不良地質(zhì)條件,配合周邊自然環(huán)境,剛性結(jié)構(gòu)與柔性結(jié)構(gòu)相結(jié)合,在有條件的地段采用柔性支護(hù)、綠色防護(hù),力求既起到防護(hù)的作用、又利于豐富路容景觀[10]。運(yùn)用人工挖穴點(diǎn)植、生態(tài)袋護(hù)坡、爬藤植物綠化巖石邊坡等技術(shù),并結(jié)合當(dāng)?shù)孛嫔骄G化工程進(jìn)行路側(cè)草灌喬多層次混植,改善綠化效果。沿線大多數(shù)路段立地條件較差,邊坡的生態(tài)防護(hù)需考慮根系發(fā)達(dá),抗旱性強(qiáng)的植物品種,巖石邊坡綠化主要采用攀緣植物,立地條件差的地段采用噴播、混播綠化,盡量增加綠化面積。

植樹造林采用穴植法,填土踏實(shí)的穴面比原地表低約為3 cm,栽植樹苗時(shí),樹苗要扶正栽植,填土?xí)r應(yīng)先填表土、濕土,后填生土干土,澆灌透水,再覆一層虛土,以利保墑[11]。

2)植物保護(hù)措施

路側(cè)野生植物是可以利用的資源,在施工前期場地清理時(shí),對(duì)道路用地范圍內(nèi)可以在后期用于綠化工程的植物進(jìn)行假植,待完工后栽植到路側(cè)需要綠化的區(qū)域,可以減少環(huán)境破壞,并保持路側(cè)植物的鄉(xiāng)土特性。在路側(cè)國家二級(jí)保護(hù)野生植物樟樹、金毛狗及古樹黃角榕所在地設(shè)置標(biāo)志,上面標(biāo)明樹種名稱、保護(hù)級(jí)別、照片,禁止在保護(hù)植物及黃角榕內(nèi)設(shè)置取棄土場[12]。

3)動(dòng)物保護(hù)措施

設(shè)計(jì)階段分析沿線動(dòng)物的生存環(huán)境、生態(tài)行為,在連接成片的農(nóng)田區(qū)、植被密集區(qū)、水源的周邊、河溝地帶、復(fù)雜地形地貌區(qū)等地段建立動(dòng)物通道。野生動(dòng)物通道有上跨式、下穿式,在國內(nèi)通常使用的為下穿式,即路基下為野生動(dòng)物通道。經(jīng)過溝溪生態(tài)處治的橋梁和涵洞可以作為路基下野生動(dòng)物通道,在動(dòng)物遷徙區(qū)加密涵洞設(shè)置,并對(duì)涵洞孔徑進(jìn)行加大處理。在森林植被覆蓋率較高、可能有野生動(dòng)物出沒的路基路段,設(shè)置預(yù)告、禁止鳴笛等標(biāo)志;在村寨附近的路旁設(shè)置宣傳欄,倡導(dǎo)生態(tài)文明,培養(yǎng)群眾自覺愛護(hù)動(dòng)物的意識(shí)。

3.2 工程區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施

1)主體工程生態(tài)恢復(fù)措施

對(duì)路基占地范圍內(nèi)進(jìn)行清表,表土臨時(shí)堆放場設(shè)置在匯水較少的支毛溝內(nèi),在表土坡腳處設(shè)置臨時(shí)攔擋,采用編織袋裝土進(jìn)行攔擋防護(hù),場地使用完畢后拆除臨時(shí)攔擋。在堆放表土前,在堆放場周邊布設(shè)土質(zhì)排水溝,排水溝出口設(shè)置沉砂池,堆放表土?xí)r需對(duì)表面進(jìn)行拍實(shí),并注意進(jìn)行灑水。施工完畢后,對(duì)場地進(jìn)行土地整治,撒播馬尼拉草進(jìn)行短期綠化防護(hù),防止表土養(yǎng)分流失以及占地區(qū)域水土流失,便于當(dāng)?shù)剡M(jìn)行復(fù)耕[13]。

2)橋梁鉆渣生態(tài)恢復(fù)措施

橋梁鉆渣前,在該橋梁挖方堆放場周邊設(shè)臨時(shí)攔擋,采用編織袋裝土進(jìn)行防護(hù)并在周邊布設(shè)土質(zhì)排水溝,排水溝出口設(shè)置沉砂池,堆放橋梁鉆渣時(shí)需對(duì)其表面進(jìn)行拍實(shí),并注意灑水。橋梁工程基礎(chǔ)工程完畢后,將所有橋梁挖方均勻回填到橋梁下遠(yuǎn)離河流處,占地處撒播馬尼拉草進(jìn)行綠化。

3)取土場和棄渣場生態(tài)恢復(fù)措施

對(duì)于坡面取土場,削坡開級(jí),并設(shè)邊坡平臺(tái);對(duì)于山包取土場,開挖后形成平地[14]。

取料前先將該取土場的表土進(jìn)行剝離,集中堆放于場地內(nèi)不影響施工的一角,堆放時(shí)需對(duì)堆放表土進(jìn)行壓實(shí),及時(shí)灑水,并采用臨時(shí)措施進(jìn)行防護(hù),保持其水分,防止表土流失。取料完畢后,作為綠化用土或復(fù)耕用土進(jìn)行返還。

對(duì)于坡面取土場,在進(jìn)行開采之前先沿征地界限開挖周邊漿砌片石截排水溝,并在排水溝出口設(shè)漿砌片石沉砂池對(duì)徑流中泥沙進(jìn)行沉淀。

對(duì)于山包取土場,在進(jìn)行開采之前先沿征地地界開挖周邊土質(zhì)排水溝,排水溝出口設(shè)土質(zhì)沉砂池對(duì)徑流中泥沙進(jìn)行沉淀,并利用排水溝開挖土方在其外緣修建擋水土埂。取料完畢后,對(duì)開挖造成的坡面進(jìn)行植物恢復(fù),而開挖形成的平地則在返還表土并進(jìn)行土地整治后,歸還當(dāng)?shù)剡M(jìn)行耕種。

對(duì)削坡開級(jí)形成的邊坡及級(jí)間平臺(tái)進(jìn)行植物恢復(fù),在邊坡覆土后坡腳以及坡面平臺(tái)栽植爬山虎進(jìn)行垂直綠化,并在坡面撒播馬尼拉草草籽,以便在短時(shí)間增加地表覆蓋,避免水土流失[15]。

溝道棄渣場上游設(shè)置截水溝,在坡面平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)截水溝,徑流被截流后排向急流槽,急流槽末端設(shè)置消力池,最后將徑流排至渣場下游附近的溝渠。棄渣前于溝口采用漿砌塊石擋渣墻進(jìn)行攔擋防護(hù)。山凹地棄渣場則在棄渣場周邊設(shè)置截、排水溝,以匯集坡面來水,最后將來水排入蓄水池,所蓄水用于復(fù)耕用地或植被恢復(fù)。山凹地棄渣場則將所匯集來水排入蓄水池。

4)生產(chǎn)生活區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施

施工前先將表層熟土進(jìn)行剝離,在其堆放處周邊設(shè)編織袋裝土臨時(shí)攔擋,并布設(shè)周邊臨時(shí)排水溝,后期表土進(jìn)行返還后,拆除臨時(shí)攔擋。施工完畢后清除施工生產(chǎn)生活區(qū)的硬化層及建筑垃圾,并返還表土,注意保證場地恢復(fù)平整,防止局部造成嚴(yán)重的水土流失[16]。對(duì)于原地貌為耕地的,進(jìn)行土地整治后歸還當(dāng)?shù)剡M(jìn)行復(fù)耕。土地使用完畢返還表土后,撒播生長迅速的草種,在短時(shí)間增加地表覆蓋,同時(shí)不影響后期復(fù)耕造林等綜合利用。

5)施工便道生態(tài)恢復(fù)措施

在施工便道來水一側(cè)修建土質(zhì)邊溝。對(duì)便道路堤及路塹邊坡進(jìn)行灌草綠化防護(hù)。草種選擇生長迅速的狗牙根,灌木選用黃荊或桃金娘。

施工完畢后,對(duì)占用農(nóng)用地的一部分施工便道,施工完畢后進(jìn)行土地整治,滿足復(fù)耕要求,返還當(dāng)?shù)剡M(jìn)行復(fù)耕,其它占地則進(jìn)行植被恢復(fù)。

4 結(jié)語

在調(diào)查喀斯特地貌路域植被資源、水環(huán)境狀況、土壤流失狀況、地形坡度指標(biāo)和土地資源利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,利用模糊綜合評(píng)價(jià)法,確定喀斯特地貌路域生態(tài)環(huán)境5大評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,對(duì)喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上,從路側(cè)及邊坡綠化、動(dòng)植物保護(hù)、主體工程生態(tài)恢復(fù)、取土場和棄渣場生態(tài)恢復(fù)、生產(chǎn)生活區(qū)生態(tài)恢復(fù)和施工便道生態(tài)恢復(fù)等方面對(duì)喀斯特地貌路域生態(tài)環(huán)境提出了針對(duì)性的生態(tài)恢復(fù)措施。

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