一種適用於高原凍土的生態護岸的製作方法

2024-01-18 11:12:15 2

本發明涉及一種適用於高原凍土的生態護岸，屬於生態修復領域。

背景技術：

凍土是指零攝氏度以下，並含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土(數小時/數日以至半月)、季節凍土(半月至數月)以及多年凍土(又稱永久凍土，指的是持續二年或二年以上的凍結不融的土層)。凍土具有流變性，其長期強度遠低於瞬時強度。隨著凍土區溫度周期性地發生正負變化，凍土層中水分相應地出現相變與遷移，導致巖石的破壞，沉積物受到分選和幹擾，凍土層發生變形，產生凍脹、融陷和流變等一系列複雜過程，稱為凍融作用。

地球上凍土區的面積約佔陸地面積的50％，其中，多年凍土面積佔陸地面積的25％。我國青藏高原平均海拔4500m以上，素有「世界第三極」之稱，其多年凍土面積約為1.5×106km2，約佔我國多年凍土面積的70％。

三江源地區位於青海省南部，是青藏高原的腹地，為孕育中華民族、中南半島悠久文明歷史的世界著名江河：長江、黃河和瀾滄江-湄公河的源頭匯水區。三江源地區是中國冰川集中分布地之一，河流密布，湖泊、沼澤眾多。高原地區河道不僅作為民族文化的載體和維持生態平衡的重要資源，而且是為當地生物群落提供生活和能量交換的必需途徑。因此對高原地區近自然河道進行生態治理顯得尤為重要。

由於自然因素和人為因素，三江源地區的水資源保護正面臨著嚴峻的考驗。嚴重的水土流失造成了土壤養分降低，蓄水保墒能力變弱，土地沙化嚴重，植被生存條件惡化，且大量的泥沙進入河、湖，導致河流含沙量上升，汙染物含量增加，對生態環境及下遊的用水安全等都造成了威脅，因此，對三江源地區的河流邊坡進行改造，防止水土流失，減少源頭水的含沙量是至關重要的。

傳統的護岸採用混凝土澆築，僅僅能起到行洪排澇的功能，但沒有考慮到河道的景觀功能，對原有的自然環境和生態系統造成了嚴重的破壞。應運而生的生態護岸技術較好地解決了這一問題，但現有的生態護岸技術只適用於平原地區，在高原凍土地區不具備抗凍融、抗強紫外線等功能，無法起到對河道生態的保護，因此，需要提出一種適用於高原凍土地區的生態護岸。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種適用於高原凍土地區，具有抗凍融、抗強紫外線、防水力衝刷等特性且有利於水土保持的生態護岸，致力於三江源水源區河流的生態修復。

為達到上述目的，本發明提供一種適用於高原凍土的生態護岸，其特徵在於，包括若干土工格室、填充於土工格室內的混合填充物和種植於混合填充物內的固定草種，所述若干土工格室側壁相連且在同一平面上延伸，所述土工格室包括內壁和外壁，所述外壁套於所述內壁外形成回行箱體結構；在所述內壁和所述外壁之間形成的空腔區種植所述固定草種；所述土工格室固定在高原邊坡上。

所述空腔一端封閉另一端開口，所述內壁圍成內腔體，所述內腔體兩端開口。所述土工格室為可雙向拉伸的土工格室，所述內壁和外壁的開口端均為菱形結構，所述相鄰兩個土工格室共用一側面或共用一稜邊。

上述結構可使土工格室為雙向土工格室，雙向土工格室在橫向和縱向上都具有較強的拉伸強度，能夠適應高原凍土在凍融作用和河水衝刷作用下發生的形態改變，有效地抵抗水流衝刷以及凍土的凍融作用。所述土工格室表面加寬，便於增大光照面，有效利用高原地區的強紫外線，吸收更多熱量，同時增加與凍土的接觸面積，提高保溫性能。

作為本發明的進一步改進，所述土工格室材料採用聚苯乙烯保溫材料，所述聚苯乙烯保溫材料能夠阻隔大氣負溫對土基的侵襲，提高地溫，從而減小凍深，削弱凍脹，避免護岸遭受破壞，同時具有抗壓、抗衝擊性，還具有優異的防腐蝕性，使用壽命可達30-40年，且成本低，無二次汙染。

作為本發明的進一步改進，所述土工格室內壁上設有通孔，河水衝刷護岸時可由空腔通過所述通孔進入土工格室內腔，河水中的有機物可為內腔中固定的微生物所利用，同時為微生物生長提供水分，從而使微生物更好地發揮作用。

作為本發明的進一步改進，所述混合填充物由植生土、腐殖質、高分子調節劑、水泥和植物纖維按照一定比例混合而成。所述植生土和所述腐殖質為所述固定草種提供生長環境和營養物質，所述水泥可提高所述生態護岸的抗衝刷能力，所述高分子調節劑包含植物防凍劑和微生物生長調節劑，所述植物纖維採用棕纖維和黃麻纖維按照一定比例配製而成，可提高生態護岸的抗凍融能力。

作為本發明的進一步改進，所述固定草種選用具有抗寒、抗凍融、抗貧瘠且適宜粗放管理的冷季型草種，採用「草-草結合」的建植模式，以高山嵩草為主，並搭配粗壯嵩草、黃白火絨草、波伐早熟禾、沙生風毛菊、柔軟紫菀、披鹼草、冰草等的一種或幾種，所述固定草種能夠適應高原凍土地區的氣候和土壤條件，具有發達的根系，且生長迅速，能形成較大的覆蓋度，有效防止水力衝刷造成的水土流失，同時可滿足立體景觀要求。

作為本發明的進一步改進，所述固定微生物採用高原凍土地區分布較廣，代謝較為活躍的菌種。所述微生物選用節桿菌屬、假單胞菌屬、冷桿菌屬、貪噬菌屬和副球菌屬之間幾種的組合。在混合填充物中混入微生物，會產生生物阻塞和生物膠結現象，通過微生物的活動來封堵土顆粒之間的間隙，通過微生物的新陳代謝來改善土顆粒之間的膠結能力，從而提高土壤的強度，有利於加固邊坡，防止水土流失。

作為本發明的進一步改進，所述土工格室生態護岸在鋪設時將平面拉緊，使得所述土工格室較好地貼合在邊坡上，充分發揮其強度特徵，使用「u」型鋼筋將所述土工格室固定在邊坡上，u型鋼筋箍住土工小室的側邊，開口端插入邊坡土壤中，以增強其穩定性和整體性，同時提高抗衝刷、抗凍融能力。

與現有技術相比，本發明達到的有益效果是：

(1)本發明採用雙向土工格室，在橫向和縱向上都有較強的拉伸強度，能夠有效抵抗水力衝刷以及土壤的凍融作用；土工格室採用聚苯乙烯保溫材料，且表面加寬，能夠有效利用高原的強紫外線，有利於提高保溫性能，減小凍深，防止滑坡。

(2)本發明利用適宜在高原凍土生長的草種和微生物，達到防護、加固邊坡的效果，使之能滿足邊坡表層穩定性的要求，同時又能降解有機汙染物，達到淨化水體的效果，恢復被破壞的自然生態環境。

(3)本發明採用的混合填充物結構合理，能夠很好地滿足高海拔地區凍土邊坡土壤植物的穩定性要求，養分充足，保水保肥能力較強。

(4)本發明克服了平原地區生態護岸的缺點，能夠抵抗高原地區高寒高海拔的特徵，抗強紫外線，抗壓抗衝擊，抗凍融作用等特點，能夠很好地作為高原凍土地區的生態護岸，成本低且無二次汙染，有利於保持三江源水源地區的生態環境。

附圖說明

圖1是土工格單元結構示意圖；

圖2是土工格鋪設俯視圖；

圖中：1、土工格外壁；2、土工格內壁；3、土工格內腔；4、空腔；5、通孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

如圖1所示，一種適用於高原凍土的生態護岸，包括土工格室、混合填充物、固定草種和固定微生物。

進一步地，所述土工格室為雙向土工格室，在橫向和縱向上都具有較強的拉伸強度；所述土工格室包括土工格外壁1、土工格內壁2、土工格內腔3、空腔4和通孔5；所述土工格外壁1圍成的端面為邊長300mm的菱形結構，所述土工格內壁2圍成的端面為邊長200mm的菱形結構，所述土工格外壁1和所述土工格內壁2之間形成土工格內腔3，內腔一端封閉，一端開口，所述土工格內壁2圍成的內腔體兩端開口，且內壁上均勻分布有通孔5，所述通孔5的直徑為20mm。在a-a或b-b方向上，相鄰兩個土工格室均公用一稜邊，土工格室在a-a方向和b-b方向均可自由拉伸或縮短。

所述土工格室材料採用聚苯乙烯保溫材料，其導熱係數為0.03w/(m·k)，體積熱容量為5.0×104j/(m3·k)，所述土工格室材料能夠適應高原地區的強紫外線，且具有較強的保溫性能。

所述空腔4內填充混合填充物，所述混合填充物以質量比計，按照如下配比調製，植生土：腐殖質：高分子調節劑：水泥：植物纖維＝100:8.0:2.5:7.0:1.0。

所述混合填充物中所述植生土粒徑在1.5-2.0mm之間；所述腐殖質粒徑在1.5-2.0mm之間；所述高分子調節劑包含有植物防凍劑和微生物生長調節劑；所述水泥為市場購置的32.5r普通矽酸鹽水泥；所述植物纖維採用棕纖維和黃麻纖維，其添加量為0.5％+0.8％，棕纖維和黃麻纖維購自市場，將其分割成長度約為2.5-3.5cm，直徑約為2.0mm的單條狀；將上述材料充分混勻，並添加到所述土工格室內腔3和所述空腔4中。

在所述空腔4內的所述混合填充物中種植草種，採用「草-草結合」的建植模式，以高山嵩草為主，，可採用如下搭配模式：①高山嵩草60％+冰草20％+柔軟紫菀20％；②高山嵩草50％+波伐早熟禾30％+沙生風毛菊20％；③高山嵩草40％+冰草40％+披鹼草20％。

所述混合填充物內混有固定微生物，所述固定微生物可選用節桿菌屬、假單胞菌屬和冷桿菌屬按照1:1:1的比例混合而成，經過馴化培養後，將固定微生物填入所述土工格內腔3中，並噴灑微生物營養液。

所述土工格室生態護岸在鋪設時要將平面拉緊，在邊坡表面平鋪，所述土工格室生態護岸鋪設俯視圖如圖2所示，在鋪設時邊鋪邊用「u」型鋼筋固定，固定釘的間距為1m左右，鋪設時避免損壞土工格室，以免影響其性能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，本領域技術人員應當理解：對本發明具體實施方式進行無實質性的修改或等同替換仍屬於對本發明的保護範圍。