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国土空间生态修复用到哪些工程技术?

北极星环境修复网  来源:国土空间生态修复  作者:吴次芳 等  2020/5/7 9:47:04  我要投稿  

北极星环境修复网讯:一、土方施工工程技术

国土空间生态修复中的土方施工主要是指消除地质灾害隐患的削坡工程、农田平整工程、道路与沟渠等配套设施的土方开挖等涉及土方挖填的地貌重塑施工。在土方施工中,首先要进行土方量计算,可以采用方格网法计算所需土方量。在确定土方量之后,要进行土方调配的方案设计,以确定挖、填方区土方的调配方向、调配量及运输距离,通过多方案的比较,从中选出经济效率较优的土方调配方案。

农田、道路、沟渠的土方施工要结合工程量、工程进度要求、工程预算等选择适宜的施工方法,如人工土方挖运和机械土方挖运。同时,土方施工方案应初步拟定生态环境防护措施,防止挖填土方对生态完整性的破坏,以及防止土方废弃物随意堆占破坏生物生境。

二、地力修复工程技术

对于国土空间生态修复中的农用地整治内容,要加强农地肥力的培育、保护和修复。地力修复技术应优先采取生态化修复技术,按照土壤理化性状和培肥特点,采用物理和生物手段,保护土壤耕作层,并逐步用绿色化、生态化的育肥和种植模式代替化肥使用。提高土壤有机质含量,大力推广绿肥,通过适宜的作物种植还田,改善土壤结构,增加土壤养分含量,增强农地的生产能力。

三、污染修复工程技术

国土空间生态修复中要加强对土壤污染的修复,积极实施土壤改良工程和污染修复工程。在全面查清区域污染源和土壤污染状况的基础上,重点做好土壤污染源防控,有效治理点源污染,控制面源污染,防止污染物进一步扩散及耕地质量连片下降。对已污染的土壤,按污染物质成分和组合关系,有针对性地采用工程措施、化学措施、生物措施,如污染土壤的剥离深埋,或采用土层深翻,或通过化学物质来消除、降低污染土壤的污染程度;各种污染防治措施的施工工艺和要求也不同,应加强研究和实践经验总结、推广。

污染防治工程竣工后还应注重土壤质量动态、连续检测,防止出现二次污染。同时,结合地方实际,开展耕作层剥离再利用工程,减少建设项目对耕作土壤的占用和破坏,保护和再利用优质土壤,实现高质量土壤的空间转移。

四、水土流失修复工程技术

对于生态脆弱地区,尤其是降水频繁、自然灾害频发的区域,国土空间生态修复要特别注重水土流失防治技术的应用。结合区域地形、降水以及历史记载资料,综合分析水土流失易发的区域,划分水土流失严重区、重点防范区、重点治理区,在多功能土地整治的规划设计以及工程实施中做好水土流失的重点预防。对不同的区域和工程建设项目,采取针对性的水土流失防治技术,适度提高水土流失防治的标准及水土保持等级,加强防范应急措施。

五、村庄生态修复工程技术

村庄生态修复包括田园、沟渠、道路、森林、湿地、河流、村落等生态系统的修复。其工程技术主要包括乡村景观生态修复工程技术、田园景观生态修复工程技术、森林生态系统修复工程技术、生物栖息地生态修复工程技术、河流水系生态修复工程技术等。

其重点:①对原有植被种类进行保护,丰富植被类型,保护传统村落的山水林资源,保持生态平衡。

②推进河流水系整治保护,坚持人与自然和谐为本、可持续发展的原则,着力推进河流水系综合治理,持续改善水生态环境和水文景观,维持“水清、面洁、岸绿、有景”的河道水环境面貌。

③加强耕地保护,农耕文化是古村落曾经历史辉煌的体现,农村与农地是密不可分的,加强村庄周边农地的保护和生态修复,使得数百年来农村日出而作、日落而息的农耕文明得以传承与延续,也是对村庄进行保护和修复的重要内容之一。

六、城市生态修复工程技术

城市生态系统由于自然要素所占的比例很低,而且由于人类在生产活动和日常生活中所产生的大量废弃物不能完全在本系统内分解和再利用,因此城市通常会造成热岛效应、湿地面积减少、地下水水位下降、污染严重等一系列生态问题。国土空间的城市生态修复工程技术重点围绕水系、森林和生态网络的修复而展开。

原则上,森林的生态修复要尽量建设成近似于圆的形状,带状绿地的自我更新和长期保留在生态学上是较为困难的。在以北美的鸟类为对象的研究中,甚至得出了边缘幅度宽达60米,为了确保核心环境,面积最小要有113公顷(1695亩)的结论(龟山章等,2011)。

七、矿区土地修复工程技术

(一)采复一体化(边采边复)理念与技术

采复一体化的理念最早起源于国外露天矿山,露天煤矿剥离-采矿-回填-复垦的一体化工艺过程,提出了横跨采场倒堆内排工艺的露天矿“采复一体化”的基本原理及定量化表达。胡振琪等针对井工煤矿创新性地提出了采复一体化的“边开采边复垦”的概念和技术原理,充分考虑地下开采与地面复垦措施的耦合,通过合理减轻土地损毁的开采措施和沉陷前或沉陷过程中的复垦时机与方案的优选,实现采矿与复垦同步进行的一种复垦思想,是对以往沉陷稳定后再复垦技术的革新(胡振琪,2019;肖武,2012)。

(二)土壤重构原理与方法

采取适当的采矿和重构技术工艺,应用工程措施及物理、化学、生物、生态措施,重新构造一个适宜的土壤剖面和土壤肥力因素,在较短的时间内恢复和提高重构土壤的生产力,并改善重构土壤的环境质量。胡振琪提出了“分层剥离、交错回填”的土壤重构原理并构建了数学模型,同时成功应用于露天矿采矿-复垦一体化土壤重构和采煤沉陷地“挖深垫浅”复垦土壤剖面重构模型与方法的描述。近年提出的“夹层式土壤剖面重构原理与方法”为充填复垦技术的革新奠定了理论基础(胡振琪,2018)。

(三)采煤沉陷地治理技术

采煤沉陷地的治理一直是煤矿区土地复垦与生态修复的研究重点,在高潜水位采煤沉陷地复垦方面,由最初提出的疏排法、挖深垫浅法、泥浆泵法等非充填复垦的技术方法,到使用煤矸石、粉煤灰、黄河泥沙等作为充填材料的充填复垦技术,都有很大进展。

最新研发的黄河泥沙充填复垦技术,攻克了取沙输沙技术、土工布排水固结技术,提出了间隔条带式充填沉陷地复垦技术工艺流程及交替多层多次充填复垦技术,这一技术减少了充填过程中细粒径泥沙流失,加快了充填后期饱和泥沙的侧向排水,缩短了复垦工期,该技术不仅解决了充填材料不足的问题,而且也解决了黄河泥沙淤积问题。

以上这些采煤沉陷地治理技术都是“先破坏、后复垦”的末端治理方法,即在土地稳沉后再采取复垦治理措施,这时生态环境已经遭到极大的破坏,复垦施工难度增大,成本增加,因此,为了更好地保护生态环境,提高复垦效率,相关学者提出了边采边复技术。

由于边采边复技术是在地面沉陷前或沉陷过程中采取的复垦措施,从而促进了“末端治理”向“源头和过程控制与治理”的转变,极大地提高了土地复垦率,减少了对土地的破坏。

«土地复垦规定»(1988年颁布)颁布后的前20年里,我国主要对东部高潜水位矿区进行了大量复垦技术研究和实践。近10年来在西部采煤沉陷地治理的研究才得到重视,并取得飞速发展:如西部风沙区采煤沉陷存在自修复现象及分区治理模式、保水采煤技术等,煤矿复垦方面7项国家科技进步奖中的5项都是近10年围绕西部矿区而产生的。随着国家对生态环境保护日益重视,开展了矿区受损土地建设城市景观湿地的技术研究,并在多个地区建立试点,取得良好的效果。

目前采煤沉陷湿地治理主要是通过采取水质净化、水系连通、基底改造、植物修复和景观设计等治理技术,使采煤沉陷湿地成为水质优良、景观优美的稳定、功能多样的湿地生态系统。近几年,我国采煤湿地的规划和治理方向主要是湿地公园、水产养殖、水库(或蓄水池)和人工湿地污水处理系统等。通过采煤沉陷湿地治理,采煤塌陷地的生态环境得到很大程度的改善。

(四)煤矸石山生态修复技术

煤矸石是煤矿生产的必然产物,是矿区的主要污染源之一。即使我国煤矸石的综合利用率有了大幅度的提高,但是仍有很多煤矸石堆积如山。煤矸石山一方面占用大量土地,另一方面酸性煤矸石山的自燃易造成大气污染,甚至引发矸石山爆炸,严重影响矿区周边百姓生命安全。

目前煤矸石山的生态修复主要从非酸性煤矸石山绿化、自燃煤矸石山的综合治理等方面着手。非酸性煤矸石山研究,从矸石山整地方式、绿化植被的选择、种植及管理方式等方面总结出了一套完整的煤矸石山绿化技术。

后期随着研究的不断深入,又提出了以“配土栽植”为核心的煤矸石山无覆土绿化技术,重点研究植被恢复技术及其效应,筛选出适合煤矸石山生长的植被类。为了促进煤矸石山植被的生长,通过接种丛植菌根促进植被的生长发育,提高煤矸石山植被的成活率。通过物种的筛选及植被生境的改善,不断优化煤矸石山绿化技术。酸性煤矸石山往往自燃和容易复燃,是治理的难点。

传统采用注浆与黄土覆盖相结合的灭火方法,但实践表明,经此方法治理后的煤矸石山复燃现象比较严重,针对此问题,提出了在煤矸石与覆盖土壤之间增加隔离层的方法。随着煤矸石山灭火技术的不断发展,提出了通过利用杀菌剂抑制煤矸石山酸化以防止煤矸石山的自燃与复燃,形成了酸性自燃煤矸石山原位治理与生态修复一体化技术,实现控灭防一体化自燃煤矸石山的综合治理。

(五)露天矿复垦技术

我国露天煤矿相对较少,起步较晚,技术标准的要求与国外有一定差距。最初露天矿复垦没能有计划、有组织地进行复垦,只在排土场及采空区开垦种植,且多数为个体的“小开荒”,复田地块零落,没有统一规划。但随着复垦规划的不断完善,露天矿的复垦从过去的以外排土场复垦为主,发展为采矿-复垦一体化的治理技术。该技术实现了采矿过程的各个工序有序结合,同时结合GPS、GIS及三维可视化技术,对露天矿采场、排土场复垦前后情况进行虚拟展示,实现边开采、边复垦、边预控的目的。

随着对复垦土壤质量的要求不断提高,相关研究采用植被修复与微生物修复的方式来改良排土场复垦土壤质量。目前露天矿复垦已经达到了国际先进水平,尤其是我国独特的黄土高原大型露天煤矿土地复垦与生态修复技术与实践,取得了显著的成效。

(六)金属矿山生态修复技术

金属矿山,特别是有色金属矿山除了面临与煤矿山类似塌陷、裂缝、边坡等地质环境问题以外,污染问题是尤其需要重视的方面。

金属矿山生态修复主要包括:

①自然修复技术。自然修复是针对受人为干扰或非人为干扰的生态系统,凭借自身调整、更新、适应性改变等恢复力,辅以生物因素恢复技术、封育技术等,在不通过大规模的工程措施恢复到原有生态系统结构和功能基础上的生态修复方法。

②生物修复技术。生物修复技术通过综合利用动物、植物、微生物的新陈代谢活动———吸收、转化、降解土壤环境和水环境有害物质,使土壤和水环境中污染物得以去除和稳定,从而提高或改善其质量。它的优点是可以原位进行,对环境影响小,能最大限度地降低污染物浓度,同时一般不会形成二次污染,缺点是耗时长,应用条件相对苛刻(生物新陈代谢易受环境条件变化的影响)、修复效果不稳定,并非所有有害物质都能被生物所利用。生物修复技术包括动物修复、植物修复、微生物修复、菌根生物修复、现代生物修复技术等5种。

③土壤修复技术。土壤为植物生长提供养分和水分,同时也作为植物根系伸展、固持的介质,对矿山生态修复起着决定性作用。城市污泥也被应用于矿山土壤改良,其中含有丰富的营养元素和有机质,同时具有较强的黏性和持水性,对于提高土壤微生物活性和增加土壤肥力有较好效果。

④化学修复技术。化学修复从总体上可以分为两大类:原位化学修复和异位化学修复。原位修复可进一步分为农耕法、中耕法、螺钻法、灌溉法、喷雾法、可渗透性化学活性栅(PRB)技术。

⑤物理-化学组合修复技术。物理-化学组合修复技术一般采用固化(或稳定化)过程来消除有害物质或污染介质中的污染物。

原标题:国土空间生态修复用到哪些工程技术?

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