震损山体边坡生态恢复的有效途径——以北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡为例

付诗雨,辜 彬

(四川大学生命科学学院，四川成都 610064)



震损山体边坡生态恢复的有效途径
——以北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡为例

付诗雨,辜 彬*

(四川大学生命科学学院，四川成都 610064)

“512汶川地震”引发了四川省汶川、北川、绵竹等灾区大规模、大范围的山体崩塌、滑坡及泥石流等自然灾害。并且此后几年我国四川、云南等地多次发生地震灾害，山体崩塌、滑坡及泥石流等自然灾害持续不断。随着灾区城市建设基本完善，灾区建设重点也逐渐转移到生态环境治理上来。通过北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡案例，探讨了震后山体边坡生态修复的工法、植物的优选和配置等，追踪工地多年植被变化情况，对比施工前边坡效果与完工后植被恢复效果,探讨现有山体边坡生态修复技术方案利弊，为今后山体边坡尤其是震后山体边坡生态修复技术方案提供参考。

边坡治理；生态修复；地震灾区

发生于2008年5月12日的汶川大地震，不仅彻底地破坏了城镇和村庄，夺去了成千上万的宝贵生命，也引发了大规模、大范围的山体崩塌、滑坡及泥石流等自然灾害，在灾区的山坡上留下了满目疮痍的痕迹，现在仍然给灾区老百姓的生命财产安全带来不可轻视的威胁。随着灾区城市建设基本完善，灾区建设重点也逐渐转移到生态环境治理上来。一般山体边坡本身具有土壤贫瘠、水土流失严重等特点，加上地震之后造成地质结构不稳定、形成大面积裸露岩层，因此山体的边坡生态修复已成为灾区生态环境治理的一大难点。此外，近几年我国四川、云南等地多次发生地震灾害，山体崩塌、滑坡及泥石流等自然灾害持续不断，山体边坡稳固及生态修复更加显得重要。

北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡修复工程的施工结束后,笔者2011～2014年间多次前往汶川、北川县及绵竹市进行实地考察，通过分析边坡实际恢复效果，探讨现有灾区边坡生态修复技术方案利弊，旨在总结灾区山体边坡生态修复经验并为今后山体边坡尤其是地震灾区山体边坡生态修复技术方案提供参考。

1 项目区概况

北川县位于四川盆地西北部，地理坐标103°44′～104°42′ E，31°14′～32°14′ N。东接江油市，南邻安县，西靠茂县，北抵松潘、平武县，面积2 867.83 km2(国土详细面积2 869.18 km2)。距绵阳市中区42 km，距省会成都160 km。

1.1 工程概况该工程位于四川省北川羌族自治县擂鼓镇石岩村，分为边坡植被恢复工程和排水渠工程两个施工部分，施工时间分别为2011年10月17日至11月28日(边坡植被恢复工程)和2012年2月9日至2月20日(排水渠工程)。其中边坡植被修复工程施工面积为2.03 hm2，排水渠工程施工面积为0.33 hm2。

1.2 自然条件北川县气候属北亚热带湿润季风气候类型，气候温和，降水丰沛，雨热同季，干湿分明。年平均气温15.6 ℃，年平均降水1 002.7 mm，年平均无霜期276 d。县境年均地表径流量23.26亿m3，河流落差大，但丰、枯季节明显，调节性能差。全境皆山，峰峦起伏，沟壑纵横，最高点插旗山海拔4 769 m，最低点香水渡海拔540 m，相对高差4 229 m。地势西北高，东南低，由西北向东南平均每公里海拔递降46 m。县境地带性植被为亚热带常绿阔叶林，但天然林已砍伐殆尽，多为次生阔叶林和针叶林，以及灌丛和草丛，森林覆盖率43.5%。植被呈带状分布，自下而上依次为黄壤和常绿阔叶林，黄棕壤和常绿落叶混交林、暗棕壤和针阔叶混交林、亚高山草甸土和亚高山灌丛草甸、高山草甸土和高山草甸。

1.3 工程施工可能存在的问题该工程由于处于震后灾区，因此在施工过程中，不仅要考虑一般的山体边坡生态修复工程中的常见问题，还应当更多考虑地震所带来的工程隐患：

1.3.1山体及施工基础稳定性。 该工程边坡裸露部分是由于地震导致山体滑坡造成的，因此在工程中边坡稳定性是施工首要考虑的问题，特别是在地震多发区如何保证工程施工不受后续余震的影响。

1.3.2植被恢复效果及水土保持。 边坡生态恢复工程最终目的是恢复边坡植被，因此无论采用何种施工方法，植被恢复效果才是边坡生态恢复工程的最终评价指标。其中植物的选择与水土保持方法是影响植被恢复效果的两大关键因素。

1.3.3后期管理问题。 边坡生态修复工程施工竣工并不意味着工程结束，可以任其自生自灭。初建成的边坡生态工程由于植物还未完全生长，其生态系统是十分脆弱的，后期的管理和维护十分重要。

针对以上3个方面的问题，笔者通过对施工工法和植被恢复两个方面对北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡案例进行分析，探讨现有山体边坡生态修复技术方案利弊，为今后山体边坡尤其是震后山体边坡生态修复技术方案提供参考。

2 施工工法

2.1 工法调查调查的方法为实地人工调查，通过对工程施工进行查勘、丈量、记录、拍照，做到全面掌握真实情况。调查内容包括施工工法、工法优缺点、材料选择、适用范围、施工成本等。对工程采用的各个工法进行了详细的野外调查，为未来边坡工程正确选用施工工法提供借鉴。

2.2 工程生态修复工法介绍生态修复工法是山体边坡生态修复的基础[1]，合理选择“因地制宜、牢固稳定、方便快捷、经济实惠”的工法可以大大加快边坡生态修复工程的施工进程。该次工程主要采用工法如下：

2.2.1铁丝笼挡土墙。 目前常见的简易挡土墙主要起到短期挡土作用，从而为植物生长提供保护时间。铁丝笼的标准尺寸为长2.0 m、宽1.0 m、高0.5 m，如图1所示。造价便宜，每个150元左右；具有优越的操作性，施工简便，地基支撑力较弱的地方也可以施工；因此该工艺成为项目采用频度最高的挡土墙工艺。此外，铁丝笼的网状设计更加便于藤蔓植物的生长，当植物生长出来之后，铁丝自然风化，其中的石块便会自动滚落形成缓坡，降低了护坡的陡度，具有较强的生态功能。但与传统浆砌石挡土墙相比，强度和耐久力大大降低，无法挡住大型土块，因此施工高度不能太高(一般为2 m以下)；由于抗压力弱，因此在工程中修成阶梯式以防止高度过高的土块冲击造成破坏，一般层与层间隔为20 m。

2.2.2土袋阶梯工程。 利用生态袋填土后搭建阶梯，为植物提供生长平台；同时形成的土袋阶梯还能起到防止水土流失和在雨季分散雨水冲刷等作用，如图2所示。具有分散地表水、防止表面侵蚀以及改善植被生长环境等生态功能；价格便宜；施工简单。但由于厂家原因，质量参差不齐，很多袋子并未达到使用期限就已经损坏；此外虽然声称土袋在一定时间后能够自然降解，但是鉴于出现的质量问题，因此土袋是否的确是可降解材料还有待考证。

2.2.3竹栅栏工程。 根据灾区当地竹子资源丰富这一特点而采用的边坡修复方法，用竹子代替原始的土袋构建栅栏为植物生长提供保护，如图3所示。具有防止地表土壤流失和创造栽植基础等生态功能；由于北川盛产竹子，因此取材容易。按竹子的加工方式分为圆竹栅栏和竹片栅栏：竹片栅栏虽然成本低但强度也低；采用整个竹子的圆竹栅栏强度高(甚至高于传统的木栅栏)，但是耗费竹子量大，制作成本高。

2.2.4土袋渠系工程。 由于北川降雨量丰富，新完成的边坡修复工程由于植物还未生长，为防止雨水冲刷造成水土流失，因此需要人工修建渠系工程引导边坡上层雨水排放，如图4所示。通过汇集和排出地表水，发挥防止表层侵蚀的作用。流水侵蚀程度不严重的地方可用土袋建水路，水势强、水流多的地方应设计更坚固的铁丝笼水路工程。由于挖掘渠系加上土袋颜色，在边坡上形成了非常明显的两条白色粗线，对边坡整体景观造成了一定影响。

2.2.5草席覆盖工程。 在一些降水量少、气候干旱的地区，为防止日晒及水蒸发对植被造成影响，在种植植物之后需要覆盖草席，如图5所示。具有防止表面侵蚀及改善种子的发芽和生长环境等生态功能，同时用于降水量低蒸发量高的地区还可以在一定程度上防止水分的蒸发；此外，由于本身就是大自然的东西，因此不用担心后期的污染问题。不过大面积的铺设工程量大；在植物生长出来后到其被自然完全消化前很长一段时间对边坡美观有一定影响。

2.3 排水渠工程根据国土资源部发出的《全国部分省地质灾害情况通报》，严重的地质灾害发生时段相对集中，主要发生在7～9月汛期的暴雨期间。造成地质灾害发生的主要原因仍以自然因素为主，特别是突发性的地质灾害，绝大部分都与大气降雨有着十分密切的关系。由此可见，水对边坡稳定的影响是很大的，有时甚至是灾难性的。因此，从事边坡治理工作的人都知道这样一个原则：治坡先治水[2]。为解决北川地区由于降雨量丰富而造成的水土流失问题，特在该工程中设计了一个比较大型的排水渠工程。

2.3.1工程概况。主要工艺：

2.3.1.1钢铁框挡土墙工程。钢铁框挡土墙的强度最高，因此主要分散在山体从上往下各个坡度变化较大、较容易发生垮塌滑坡的地方，总共6处。钢铁框作为每段节点的基座，稳固渠道，同时起到分割整条排水渠的作用，如图6所示。

2.3.1.2铁丝笼排水渠工程。铁丝笼是排水渠的主要构成部件，排水渠的地基以及主体渠道都是由排水渠叠加铺设而成。这种做法代替了传统的浆砌，成本低，施工方便；此外，通过将铁丝笼绑在一起并打入钢筋，能够有效地解决铁丝笼自身稳定性弱和持久性断的不足，保证排水渠的稳定性。水流带来的泥沙可以从铁丝笼中石块的缝隙中沉降下去，既自然地填平了石块间的缝隙，更重要的是避免了排水渠的阻塞，如图7所示。

2.3.1.3缓解落差排水渠工程。如图8所示， 该工程每隔6个铁丝笼挡土墙(长度约15 m)后，便横向放置一个铁丝笼挡土墙，其作用是分散整体铁丝笼产生的重力，防止铁丝笼发生下滑导致位移，从而使排水渠更加稳固。

2.3.1.4防水布的使用。 在上层铁丝笼与下层铁丝笼之间利用塑料布包裹铁丝笼，主要为了在初期防止雨水冲刷造成水土流失，从而影响山体稳定，使铁丝笼变形下滑，如图9所示。

2.3.1.5插入钢筋。在铁丝笼内插入钢筋，防止铁丝笼发生位移，同时也增加了铁丝笼的整体性，如图10所示。

2.3.2工程流程。排水渠工程主要由5个施工阶段组成：挖掘土方-地基工程-铺设防水布-铺设上层排水渠-最后成型。①挖掘土方。首先挖掘土方形成初步的沟渠；然后在山体从上往下各个坡度变化较大、较容易发生垮塌滑坡的地方放置钢铁框挡土墙，以防止滑坡并固定铁丝笼；最后回填适当土方作为沟渠地基雏形。②地基工程。 铺设铁丝笼作为地基，将铁丝笼绑在一起并用钢筋打进地下从而保证其稳定性。③铺设防水布。 在上层铁丝笼与下层铁丝笼之间铺设防水布，以便在初期防止雨水冲刷造成水土流失，从而影响山体稳定，使铁丝笼变形下滑。④铺设上层排水渠。 铺设上层排水渠及其两边的护堤，并每隔6个铁丝笼(约15 m)的距离用无落差护床工程进行加固，用以分散向下的力，防止其变形下滑。⑤最后成型。 基本完工后的排水渠工程全貌如图11所示。

2.3.3排水渠特点分析。 针对北川县降雨量丰富的自然特点，排水渠的修筑对整个山体边坡生态修复工程至关重要，是整个工程安全稳定的保证。该次排水渠工程由于受山体地势条件和当地自然条件等因素的影响，有着其自身的特点，现分析如下：

(1)一般治山工程的施工流程是从高处的地方往下依次实施，但该工程由于山体自身条件原因，促使施工顺序发生了调整。一是因为该山体底部相比顶部更加不稳定，应优先施工；二是因为山体上方雨水较为集中，已形成固定的沟渠，而下方雨水分散，造成沟渠纵横，侵蚀严重，所以优先进行下方的施工。

(2)排水渠的设计应遵循“高水高排、低水低排、分片分段排泄”的原则[3]，在实际工程中应根据地形地质条件、自身功能、施工难度与工程投资等，通过方案比较后确定。当万不得已必须使水流转弯时，一定要在转弯处设置挡土墙。该工程由于山坡坡长较长，因此在修筑时尽量使排水渠呈一条直线便于排水并且将整体分为了6段以缓冲水流速度。

2.4 各施工工法总结分析上述工法优缺点总结如表1：

表1 施工工法优缺点总结比较

3 植被恢复效果

植被恢复效果是评价边坡生态修复工程施工工法最直观的体现，通过分析施工后边坡植被恢复效果，可以进一步分析现有山体边坡生态修复技术方案利弊，为今后山体边坡尤其是震后山体边坡生态修复技术方案提供参考。

3.1 植物配置该工程在植物选择上主要考虑当地居民的要求，种植了酸枣(ZiziphusjujubaMill. var.spinosa(Bunge) HuexH. F. Chow)、枇杷(Eriobotryajaponica(Thunb.) Lindl.)、核桃(Juglansregia)等经济型树种。但是两年以来恢复效果并不是很好，因此开始选择成活率较高的刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)。此外，人工播种了黑麦草(Lolium)后，覆盖草席来保护其生长。

3.2 植被恢复效果

3.2.1工地现有植物种类。该工程3块施工地于2012年2月全部完工，完工后通过多次前往施工地实地考察，采用机械布点和典型抽样方法进行常规生态学调查，追踪记录了工地现有的植物种类(共23种)，调查结果如表2(不一定构成群落，发现在调查区域有生长即列出)。

3.2.2植被特征与景观分析。

3.2.2.1植被特征。①外貌特征。木本植物为主；草本植物长势不佳，木本植物枝繁叶茂，郁郁葱葱。②结构特征。草本、灌丛、木本植物分层现象明显，但层间植物并不多；群落呈矩形分布。③种类特征。木本：刺槐、辐射松、核桃、枇杷、樱花、酸枣。

表2 工地现有植物种类

3.2.2.2景观分析。2012年工程完工恢复至今，由于当地降雨量充足，施工地植被恢复效果明显，乔木植物生长状况良好，草本入侵较多，且生长茂盛，但几乎未见播种的草本生长。从植物配置上看，由于刺槐适应力强且生长速度快，工程生长植物主要以刺槐为主。此外在后期养护中还根据当地特点搭配当地植物，如观赏性较强的银杏和红枫等。整体上来看，该工程比较注重先锋树种[4]和造景树种的搭配，既保证初期植物通过快速生长对边坡土壤起固定保护作用，又能够满足后期景观美化作用，植物配置合理(图12)。

4 结论与讨论

通过从施工工法和植被恢复两个方面对北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡案例进行调查分析后，对震后山体边坡生态修复工程有了全面了解，并对前文提到的3个方面问题有了一定的认识，现总结如下：

4.1 基础稳定性一般山体边坡本身具有土壤贫瘠、水土流失严重等特点，加上地震之后造成地质结构不稳定、形成大面积裸露岩层，因此与一般山体边坡治理优先考虑植物成活率不同的是，震后灾区的山体边坡治理应最优先考虑边坡基础稳定性，确保边坡不会再出现坍塌、滑坡等现象。该工程在施工中对于山体边坡的稳定性做了充分的考虑，不仅采取铁丝笼挡土墙稳定边坡基层，还大量运用土袋阶梯工程和竹栅栏工程将边坡分层从而缓解基层压力。

4.2 植被恢复效果及水土保持水土保持是所有边坡修复工程都需要首先考虑的问题。在进行边坡恢复工程中，不应只选择常规使用的治山方法及植物配置。而应当结合实际施工地的自然条件，分析施工及植被恢复过程中可能出现的问题，并针对这些问题制定出相应的应对措施，真正做到因地制宜。该工程考虑到北川降水量丰富这一自然条件，因此在工程中专门修筑了土袋渠系工程和一个大型排水渠工程，从而缓解降雨对边坡带来的冲击，有效防止工程初期植物还未生长时降雨可能造成的水土流失。

4.3 后期管理在边坡修复工程中，并不是种植的所有植物都能够一次性全部成活，因此后期补种植物是非常必要的。例如在该工程中前期草本植被恢复效果就不太理想，后期适当补植了一些植物；同时改善灌溉设施，增加灌溉频率；此外，还可以进一步增强已有的防止水分蒸发的措施，如覆盖草席。

4.4 工程施工工法与传统边坡防护工程比较北川羌族自治县擂鼓镇石岩村山体边坡生态修复工程采用了许多先进的、适宜当地特点的施工工法，与传统边坡防护工程相比更加科学、生态功能更强。北川山体边坡生态修复工程与传统护坡工程比较如表3。

表3 北川山体边坡生态修复工程与传统边坡防护工程比较

5 展望

目前日本在边坡生态修复方面技术领先[5-7]，我国常用的生态修复工法主要从日本借鉴而来，但这并不代表我们就能照搬。因为日本气候温暖湿润，有利于植物生长，而我国各地区气候复杂，在日本成功的治山经验在我国不一定适用。因此在边坡生态修复上应该结合当地实际情况选择合适的工法或对工法进行适当改进，从而做到因地制宜。

汶川“512大地震”给我们带来了沉重的伤痛，同时也对自然造成了巨大的破坏。近年来全国各地又先后发生了数起较大自然灾害，虽然我国的应急处理和救援措施日益成熟，但是震后灾区的山体边坡生态修复技术仍处于较低水平，在治理过程中也许会出现许多从未遇到过的新问题。因此我们不能墨守成规，而应该随机应变，灵活运用治山知识与经验解决问题。笔者通过结合实际灾区山体边坡生态恢复工程案例，分析植被恢复效果，能够直观地反映出现有的灾区边坡生态恢复工程方法的利弊，对今后灾区边坡生态恢复治理具有一定的指导意义。

[1] 潘树林,王丽，辜彬.论边坡的生态恢复[J].生态学杂志,2005,24(2):217-221.

[2] 吴宝和.地表水和地下水对岩质边坡稳定性影响及防渗措施[J].中国地质灾害与防治学报,2003(3)：140-141.

[3] 陈莉.浅谈灌排渠系中的排洪建筑物设计[J].陕西水利,2010(3)：141-142.

[4] 李旭光,毛文碧，徐福有.日本的公路边坡绿化与防护[J].公路交通科技,1995(12)：59-64.

[5] 前堀辛彦.植生にするのり面の保护[J].土木技术,1984,39(2):85-93.

[6] 山村和也.のり面安定とその对策[J].土木技术，1994,49(2):29-30.

[7] 山寺喜成.21世纪に向けた绿化技术[J].基础工,1999,27(5):1.

Estimation of the Ecological Restoration of Mountain Slopes in the Earthquake-stricken Area——Taking the Beichuan Earthquake Case for an Example

FU Shi-yu, GU Bin*

(College of Life Science, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610064)

Wenchuan earthquake triggered some major and extensive natural disasters including rockslides, landslides, and mudslides, in Wenchuan, Beichuan, Mianzhu, and more stricken areas in Sichuan Province. As the city reconstruction plans begins to take shape, the focus of reconstruction gradually shifts to ecological environment. This paper explores the methods of ecological restoration by examining the Beichuan earthquake case, and by comparing the conditions before the restoration and the results after, we weight the advantages and disadvantages of the existing methods such that these views are available for reference for future restoration plans especially for mountain slopes in earthquake-stricken area.

Environmental harness of mountain slides; Ecological restoration; Earthquake-stricken area

国家自然科学基金项目(40971057)。

付诗雨(1990-)，男，重庆人，硕士研究生，研究方向：边坡生态工程。*通讯作者，教授，博士，从事边坡生态工程研究。

2014-11-19

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-204-05