椰壳纤维卷毯技术在河道生态恢复中的应用

椰壳纤维卷毯技术在河道生态恢复中的应用

人口数量的快速增长增加了对道路和桥梁的需求，破坏了更多野生动物的栖息地。在保护和改进公路工程中,生物工程起着很大作用,生物技术不仅广泛地应用于河岸恢复,且用于边坡和河道恢复、公路削填坡、公路和管道工程的美化。与以前那些硬化衬砌的方法相比,显得更经济。目前较常用的耐受性强的乡土植物材料有土壤包技术、椰壳纤维卷毯技术。纤维材料是椰工业的一种副产品,是目前自然纤维中强度和柔韧性最理想的材料。传统的椰壳纤维工艺是先将椰壳在淡水中浸泡至少100d,使椰壳纤维变为黑褐色,同时也加强了纤维的强度和柔韧性。依据纤维的长度分为不同的等级,再用来制造不同的产品。用于水土保持工程的制品有椰纤维板块、椰枕、椰捆、椰棕垫、椰毯。2006年美国学者CalistaR.Santha报道了美国椰纤维制品在水土保持工程中应用,别具一格,独树一帜。对我国研究生物工程技术在水土保持工程中应用,确有借鉴作用。1各种椰子纤维制品1.1椰纤维厚度对土壤排泄率的影响最流行的土壤生物技术是土壤层积法。如美国已引用20多年的土工格栅或椰纤维编织品和非纺品包裹成土层。最近,这项措施已上升到持久性研究。在可持续的植被建立之前,当椰纤维的厚度不能充分保持土层压力时,土壤就会泻流导致工程失败。2002年,在吸取了纤维包裹土壤层积法失败经验后,椰纤维板块专利被用于美国土壤层积构筑。它的特点是纤维附着于纤维块上(见图1),是由23cm×40cm×305cm的椰纤维板块和椰毯紧密裹在一起。使椰毯紧紧地包在椰板块的3个面上,另一面用来填土,每一块前后通过插接口连接牢固,这样,增强了土壤层积面强度并确保了接合部的安全。1.2椰垫、织物和外网椰枕是美国若干年前用来固定河堤岸脚的一种椰纤维制品(见图2)。是用椰垫紧裹在一起的管状物,在外面用5cm×5cm机织网包扎。外网的强度要求将密集的纤维心体包裹起来。椰枕的强度及力度取决于密度,密度越大强度越大,一般常用椰枕的直径有30cm、40cm、45cm、50cm。1.3椰床和机织网包装此种产品最初用于建筑业,是由干净的椰纤维垫做成疏松的管状物,外部以5cm×5cm的机织网包扎。和椰枕的外貌极为相似。用来过滤拦截泥沙,在公路旁有植物覆盖的水道中充当可生物降解的谷坊。它们的直径有15cm、23cm、30cm。1.4百生物降解子系统最初由混合纤维编织在一起(见图3)。1993年改进了纤维编织机,将织品变得又长又结实。这种百分之百生物降解的垫子具有很强的韧性,可使用4～6a。安装时又有很强的抗性,可以保持水分,为种子发芽、幼苗生长提供优良的条件,它具有不需切割就可种植的优点。主要用于河道、边坡等生物工程中。通过对植物生长状况研究得知:半永久性的自然椰棕垫优于永久性的人工合成毯子(图4)其宽度可为1m、2m、3m、4m。1.5椰子垫椰垫厚度规格为1.2～10cm,用于土壤条件差的地方恢复植被,也可用于苗圃或快速绿化地。2中小企业生态驳岸施工野生动植物和人类都需要平衡的生态系统。适宜的规划和施工会减小对生态系统的破环。一般条件下生物工程不仅代替传统的硬化衬砌习惯,而且也比硬化衬砌工程环境更美。在设计和使用这些技术时需要考虑一些重要因素。2.1纤维块与土壤植物的连接将椰纤维板块和乡土乔灌草结合构筑土层,是公路工程、河岸及削填坡稳定的好方法。椰纤维块建造土层要比单独使用纤维容易得多,椰纤维块可形成高度一致的土层厚度(40cm),极大地减少了施工时间和劳动强度。23cm厚的椰纤维块能很好的支撑住后面的土壤。这种具有前后插接口的产品可以将各块体连接成结实、安全、稳定的整体(见图5)。上下层块与块接面应错开至少23cm,不要一个个垂直垒在一起。纤维层的数量取决于坡长,纤维块有3种长度。可以通过以下3种方法提高边坡的安全性能:(1)选择较长的椰纤维块体系;(2)初始坡体安全性可以通过增加锚杆的数量来实现;(3)坡体长期稳定与安全需要通过适宜的植被类型来实现。工程期间,块底部纤维用木楔或铁钉固定在地表。土壤被填入40cm高的纤维块里,拍实盖住上部纤维并锚固好,然后在上面栽植或播种适合的植物。两个相邻的块体通过两端的插接口连接(图5)。铁钉与木楔用来锚固纤维块,锚的长度及铁钉和木楔数量取决于土壤类型,若为河岸工程则视水流速度而定。根据需要可重复进行(图6)。公路的削填坡上每一层都可栽植木本植物(见图7),而混合一些非木本植物则可以有效地覆盖地表。选择的混植植物应根系发达、耐旱、地上生物量高、易覆盖地表的多年生植物。乡土植物应咨询当地的植物专家。在河岸恢复工程中,河堤岸脚不应种植木本植物,这些植物会在暴雨期阻碍水流。最好种植一些抗旱、耐洪水浸泡等非木本植物(如芦苇,莎草科植物)。2.2铁钉、木栈、椰睡眠及种植乡土滨水植物在河岸恢复工程中,椰枕一般用于抵挡波浪冲刷、减小流速,起到固岸护堤作用。将椰枕安全地固定在地面上。锚固的长度及需要的铁钉和木楔数量取决于椰枕直径、土壤类型、安装方式及水流速度多数情况下,一个木楔加一个钉子可将椰枕的上部固定在地面上(图8),再用椰纤维绳捆绑在木楔上就更牢固了。若水流速度极大,则用铁丝捆绑。安装完毕后,即可在椰枕脚上栽植抗旱、抗洪的乡土滨水植物。随着时间的推移,泥沙会沉积在椰枕周围,使密集的滨水植被覆盖而永久控制侵蚀。2.3椰毯和渠底固定在公路工程中,当达到侵蚀防护标准时,应及时修建排水渠道,因为暴雨径流会破坏土壤裸露的河道,携带大量泥沙冲入附近的水体。沿着渠道铺装椰棕垫,并用椰捆做谷坊,就能容易解决上述问题(见图9)。渠道平整好移走石块后,先喷洒一些乡土植物混合种子,再盖上椰棕垫。覆盖物应够宽并完全覆盖渠道,否则,雨期渠道边上的水流会破坏河道并带走两侧大量泥沙。如要将覆盖毯安置在渠道中且从渠底到两侧都安全地固定好,会使椰毯和地面有良好接触,工程才能正常运行。固定椰毯时,若先两侧后渠底,则容易产生椰毯和渠底分离,水便从椰毯下面流过,会产生侵蚀并冲走种子。用直径23cm或30cm的椰棕垫以305cm为间隔设置谷坊,可以使椰毯和渠底紧密连在一起,减缓水流。用顶上带钉子的木楔在下游把椰捆固定好,在上游用铁钉把椰捆底部固定好(图10)。这样就能防止水从椰捆下流过,种上植物种子,一周内发芽,当幼苗长出时,应及时施肥。在公路工程中,用这种弹性极好的椰捆控制泥沙。如保护边上的进水口,缩短坡长。因为它可以承受工程设备的质量而不变形,椰捆在交通区它们可以有效地沉积泥沙,而且这种百分之百生物降解的椰捆,可用于拦截泥沙,在工程结束后自然彻底分解,木楔也同样被降解掉。这就降低了废弃物处理的成本。2.4种植植物的施工椰垫主要用于在坚硬的材料上种植植物,例如铁丝石笼。用纤维绳或铁丝将椰垫捆绑在石笼上。如果工程设计合理,椰垫也可在苗圃里种植合适的植物(图11)。但要及时浇水。当植物栽植到椰垫上后,根系很快深入到泥土中,且会持续稳定地向下延伸。在公路工程中,使用土壤生物工程方法,不仅减小了对环境的破坏,而且会美化环境。这些方法也可用来恢复公路两旁被破坏的生境。因此,这些技术不仅可以改善生境和美化环境。而且工程结束后减少了需转运废弃物的