FSA技术在山体格构梁植被恢复方面的应用

第一篇：FSA技术在山体格构梁植被恢复方面的应用

FSA技术在山体格构梁植被恢复方面的应用李春林1，吴刚2，许剑平1，曲宁2，范晓妮2

——以河马石边坡绿化工程为例(1.青岛高次团粒生态技术有限公司，山东 青岛，266102；2.青岛高次团粒植被恢复研究所，山东 青岛，266102）

The application of FSA technique in lattice beam revegetation

——a greening case study on Hemashi slope revegetation

LI Chun-lin1, WU Gang2, XU Jian-ping1, ZHANG Jing-wei2, QU Ning2

(1.Qingdao HOSA eco-technology Co., Ltd, Qingdao 266102, China;2.Institute of Qingdao HOSA vegetation

restoration, Qingdao 266102, China)

摘要：对自然界不稳定边坡通常采用格构梁的方法进行加固，并在框格中种植草本植物以期软化硬质景观，但该法不足以掩盖人为痕迹，自然效果亦不明显。运用高次团粒公司的FSA喷播技术打造的自然式山林景观可有效解决这一问题，使群落更稳定，效果更自然。这种绿化施工技术为今后格构梁边坡绿化乃至高险陡坡植被恢复提供了新的思路与方法。关键词：高次团粒；FSA喷播技术；植被恢复；格构梁

Abstract: Lattice frame anchor structure is applied to control the instability slopes project under natural conditions usually.But the nature effects with the method of planting herbaceous plants in the lattice beam was not significant, signs of manipulation has not been improved in a large-scale.In order to get the natural landscape, the technology of FSA spray seeding which invented by Qingdao HOSA eco-technology Co., Ltd, were applied to lattice greening.After that, stiff effect of lattice was softened and the natural community was more stable than before.On the other hand, these technologies provide reference for similar projects, such as lattice beam and other high-steep slope in the future.Key words: high order soil aggregate；FSA spray seeding technique；vegetation restoration；lattice beam

由于采矿、修路等人为干扰，山体边坡原有植被和土壤层遭到严重破坏。原有的山体岩石应力系统平衡受到破坏，增加了山体岩崩的机率，也加大了创面周围特别是表层的不稳定性，极易发生滑坡。大量裸岩坡面的存在不但影响自然景观，对生态环境也构成严重威胁。为了增强坡面的稳定性与安全性，高陡坡面通常运用格构梁进行加固，将坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚索，通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体处于稳定、安全状态。我国在边坡工程中主要使用的格构类型为浆砌块石和现浇钢筋混凝土，其方格状的格构区域可作为边坡绿化空间加以利用。运用高次团粒公司的FSA喷播技术打造的自然式山林景观，能有效隐藏山体格构框等硬质景观，并通过植被改良土壤的理化性状，增加土壤有机质含量，提高大于0.25 mm的水稳性团聚体含量，增加土壤抗冲抗蚀性，从而进一步防止水土流失[1]。

河马石租赁住房格构绿化工程位于青岛市市北区劲松一路西、吴石支路北。该坡面东向，属单级高陡坡，山体坡度介于75~85°之间，总面积1 8000 m2。岩石表面为中风化硬质花岗粒岩，岩石裂隙较发育。绝大多数为微风化花岗岩，坚硬度大。山体表面已进行格构加固处理。工程所在地青岛为海洋性季风气候，日温差较小，年平均气温12.3℃。全年雨量集中在7、8两个月，两月的平均降雨量303.1 mm占全年总降雨的45％。作者简介：李春林，男，1967年出生，山东青岛人，大学本科，工程师，长期从事边坡绿化与植被恢复工作。通信地址：山东省青岛市崂山区沙子口镇北龙口社区青岛高次团粒生态技术有限公司，266102，Tel：0532-88828112，E-mail：kevinlee822@hotmail.com. FSA喷播技术概要

FSA喷播技术是采用先进的湿式喷播手段，辅以工程措施，在荒地或被破坏的岩质、土质、混凝土或者垃圾场坡体上建植理想植物群落的工程技术。这种技术除具有基本的坡面防护、生态恢复功能外，运用于本案例还具有美化硬质景观的效果。FSA喷播技术与植生毯边坡防护技术均是青岛高次团粒生态技术有限公司自主研发的植被恢复与环境生态性防护系列技术的组成部分。为了填补格构内部的闲散空间，使土壤培养基处于格构表层，使植物生长获得充足的太阳辐射，本案例巧妙运用了植生毯。将植生毯安放于格构底层，与原始坡面接触，作为土壤培养基的基础垫层，增强后者的保水增肥能力。然后通过FSA喷播技术进行喷播作业，将人造土壤培养基均匀覆盖整个坡面，形成具有良好性状的土壤层，培养基的上层部分加入选用的植物种子。

土壤pH值是土壤微生物多样性功能的主要推动者之一[2]，土壤营养元素在pH值为6.0-7.5时的可给性比较高[3]。FSA喷播技术所制造的这种土壤培养基pH值介于7.0-7.2之间，具有理想的土壤团粒结构和较强的水土保持能力，可以为植物生长提供充足的肥力营养，为土壤微生物繁殖提供赖以生存的栖息场所和适宜的生存环境 [4]，增加了土壤中的生物多样性。因此它不仅能有效地抵抗雨蚀和风蚀，提高边坡的结构安全性，还能再现原始坡面植被和谐统一的坡面群落效果。2 问题与对策

格构梁的存在，在增强高陡山体稳定性与安全性的同时，从一定程度上破坏了原本脆弱的植被环境，加重了人为干扰的痕迹。格构处理后的坡体并不适宜植物生长，只能采用特定的植被恢复方法对山体格构进行绿化。FSA喷播技术运用到格构山体的植被恢复过程中，在美化山体的同时可有效改善植物生长环境。2.1植物材料选择

在植物选择方面，从边坡稳定性与景观自然化的长远考虑，植物种类应选择耐旱、耐瘠薄、生命力顽强、综合抗性较强的荒山造林先锋植物。以乔木、灌木为主，地被为辅进行自然混播，逐步实现山体的群落化、自然化。突出植物的适应能力和易繁殖性，在乡土树种的基础上选择具有抗旱、耐瘠薄、易管理、抗病虫害等特点的植物种类。同时注意植物的群落演替与营养循环，尽量种植具有一定固氮能力的豆科植物种类。

这些植物材料的根系萌蘖能力一般比较发达，对环境具有较强适应性（详见下表）。乔木5种，灌木3种，草本地被1种。

表1 边坡山体绿化植物种类选择 Table1 Plant selection of slope greening 名称 刺槐 拉丁名

科属 豆科刺槐属 漆树科盐肤木属

苦木科臭椿属

楝科楝属 漆树科盐肤木属

豆科胡枝子属

豆科紫穗槐

形态特征 落叶乔木 落叶乔木 落叶乔木 落叶乔木 落叶乔木 落叶木 落叶

大大大大小灌灌

根系特征 根浅，放射成网状伸展

根浅但发达，萌蘖性强 根系较深 根系较深 根系萌蘖力强 根系发达 根系发达，萌蘖

生态特性 固氮、速生树种 护坡、固堤能力强

荒山造林先锋树种

耐瘠薄，适应性强

荒山造林先锋树种

固氮能力强 固氮、水土保持Robinia pseudoacacia 火炬树 Rhus typhina 臭椿 苦楝 Ailanthus altissima Melia azedarach Rhus chinensis Leapedeza bicolor Amorpha fruticosa 盐肤木

胡枝子

紫穗

槐

马棘 Indigofera pseudotinctoria 黑麦Lolium perenne 草

属

豆科木篮属 禾本科黑麦草属 木

落叶灌木

草本地被

力强

根系发达 须根发达，入土不深

能力强

固氮、固坡树种 地面覆盖、水土保持

实生苗与移栽苗木相比，根系更强壮，主根延伸能力更强，根系间的连接更复杂，固土效果更好，后期产生的生物量也更大。而与灌木型、草本型的绿化结构相比，森林型结构成林后树高可高达5m以上，形成乔、灌、草有机结合的森林状态绿化结构，更接近自然，更容易实现植被群落的自然演替，可免除后期管理。部分豆科树种刺槐、胡枝子、紫穗槐具有一定的固氮能力，能固定空气中的氮素营养，有效参与生态群落的物质循环与能量流动[5]。枯枝落叶可促进、完成植物群落的物质循环，进一步改善群落结构与生态环境。

在整个植被恢复过程中，种子萌发后形成的群落会经过一个交替繁衍的过程。通常情况下草本植物最先萌发，但后期萌发，生长速度较快的刺槐、火炬等木本植物会逐渐占据整个群落的主导。在管护方面，主要在苗期根据雨量状况，进行适当的人工浇水，以保证苗齐、苗壮。随着逐渐成苗，管护相应减少，后期则无需管护，顺应群落规律，自然演替生长。2.2 FSA土壤培养基

青岛高次团粒生态技术有限公司制备的人工土壤，是将调制成泥浆状的培养基材料与土壤添加剂混合，在喷播瞬间发生优粒化反应，形成与自然界表土具有类似团粒结构的土壤培养基。由于喷播瞬间发生疏水反应，粘结力极强的土壤培养基会牢固地吸附于坡面上，即使受雨水的冲刷也不会脱落。这一培养基可为植物发芽、生长提供足够强度的物理支撑与适宜的营养及环境条件，最终使坡面达到自然植被重现的生态效果。

FSA喷播技术使用的土壤培养基有别于普通的客土喷播材料，它主要由黏质土、有机质添加料、土壤添加剂及必要的缓释肥料构成，是FSA喷播技术的关键。黏质土由普通黏质土与一定比例的粗砂、细沙经高温消毒混配而成，在培养基中起保水、保肥的作用。土壤有机质是评价土壤质量的一个重要指标[6]，添加有机质添加料，除了起到增肥、保肥、保水、透气的作用外，还能提高土壤养分的有效性，促进团粒结构的形成，为培养基中的微生物生长提供适宜环境[7]。土壤添加剂能使培养基具有良好的耐雨水冲刷能力，同时能使土壤培养基的团粒结构稳定持久。缓释肥料的添加则是为植物生长提供必要的营养元素，满足植物生长的长期需要[8]。最终再现理想的天然表层土壤的团粒结构。

此外，在工程技术方面为了防止夏季集中降雨时山体汇水形成的“水头”对喷播土壤的冲刷，在山体顶部构筑截水沟，竖向构建排水渠，将夏秋季节集中降雨形成的山体汇水排离坡体，减少危害。2.3 FSA技术特点

FSA技术秉承先进的绿化理念，注重“植物群落”和“物种多样性”概念，追求“森林化”和“物种本土化”效果，充分体现了恢复自然、尊重自然、与自然和谐共处的理念。其应用范围广泛，可以替代目前所有的液力喷播和客土喷播技术。

FSA技术形成的土壤培养基具有优良的土壤结构，可有效抵抗强降雨的侵蚀及其他自然损伤，能最大限度地降低水土流失；以根系发达的木本植物(树木)护坡，护坡效果显著；由于植物多样化合理配置，自然演替功能良好，使木本植物群落的恒久生长成为可能，而且与周边的原有植被环境协调一致，有效保护生态环境，体现可持续发展特点。此外，该技术所使用的材料均采用生态环保、可自然降解材料，对环境无污染、无破坏，主要材料均是工农业废弃物或下脚料，能体现真正的循环经济和节能减排要求。与此同时，该技术无需后期养护与管理，能体现真正的自然生态，可节约大量养护费用。

图1 边坡植被恢复前后效果图（施工1年后）

Fig 1 Effect diagram of vegetation restoration on rocky slope（1 years after construction）结论与讨论

生态护坡是通过在边坡上种植植物，利用植物与岩土体的相互作用对边坡进行防护、加固，逐步恢复自然生态环境，增强沿线景观效应的一种绿色护坡方式[9]。在此过程中，土壤培养基为植物种子提供充足营养，保证种子萌发及根系发育，发育后的植被群落具有发达的纵横交错的根系网络，其根系生长后扎入岩石缝隙，对土壤层进行吸附加固。群落中的自然选择与植被演替，进一步促进山体植被的自然化、群落化。正是运用这一理念，青岛高次团粒生态技术有限公司运用FSA喷播技术对河马石山体格构进行绿化覆盖，对裸露坡面进行植被恢复，逐步再现并强化原始破面的生态群落。得益于这一先进的边坡植被恢复理念及先进的工程技术条件，这种技术在高速公路两侧山体的植被恢复方面也得到进一步的应用和推广（图2）。

图2 某一高速公路坡体植被恢复效果图（施工1年后）

Fig 2 Diagram of vegetation restoration on a expressway slope（1 years after construction）虽然植被恢复不能增加土壤中钾、磷的绝对含量，但有机残体腐败分解、根际微生物活动等会形成大量的有机酸、无机酸和酚类物质，这些物质能加速难溶性磷、钾转化为速效磷和速效钾，使土壤中的速效磷和速效钾含量有所增加[10]。细小的根尖插入岩石中的裂隙，会分泌有机酸，这种酸对岩石具有极强的腐蚀能力使岩石形成疏松的表层，从而增加植物对根际养分的吸收。此外，豆科树种如刺槐能将大气中的氮素固定，并导入土壤，对土壤碱解氮提高作用明显[11]。大量枯枝落叶进入土壤，经微生物腐解后形成腐殖质，增加土壤有机质含量，推动土壤养分循环，有效改善土壤结构与环境，使土壤质量不断提高[12]。因此，在生态护坡工程中除了选择适应性强，生长迅速的植物种类外，还应注意选择培肥效果好的植物种类。

植被恢复不仅增加城市绿量，改善城市环境，而且还具有促进土壤环境优化、土壤微生物繁衍生息，整个生态系统良性循环的深层意义。在土壤与植被良性循环的共同促进作用下，整个生态系统有效运转并相互支撑,最终使格构山体的人为痕迹逐步被自然化的山林景观所取代。

参考文献：

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第二篇：变频技术在游梁式抽油机中的应用

变频技术在游梁式抽油机中的应用

作者： 刘卫丰

摘要：在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性。根据油井工况，通过调整电机频率来控制抽油机冲次，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求，最终使油井供排液系统达到动态协调，泵充满度明显提高，并具有明显的增产、节能效果。关键词：变频；游梁式抽油机；可变运动特性

一、变频调速技术改造的必要性

（一）游梁抽油机无法满足复杂油藏的要求

目前热河台油田已进入开发生产后期，但是由于受构造影响，部分小断块尚未实现注水开发，地层亏空严重，油井供液不足。需要降低抽油机参数生产。低冲次的开采工艺即可保证产液量稳定，又可以延长设备使用期限。但是，长期的低冲次生产，又使油井的动液面得到恢复，有时动液面监测，发现动液面上升，为了提高单井产量，又需要加快冲次。生产过程中，经常需要根据动液面变化情况，适当调整冲次。而目前的游梁式抽油机因无法调节其运动规律很难满足要求。

（二）游梁抽油机调节费时、费力

目前的游梁式抽油机只能靠更换皮带轮来调节冲次，这样的维修费用高，工人的劳动时间长，强度高，原油的生产成本高，且浪费了大量的生产时间。因此，生产中急需能够随时调节抽油机冲次的技术，来满足生产需要。

二、变频技术的选择

在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性，最简单的方法是应用电动机调速技术。目前异步电动机调速方法有改变电动机的磁极对数、改变转差率和改变电源频率等3种。其中改变电源频率调速即变频调速是近年来广泛应用的成熟技术，变频调速所达到的指标堪与直流电动机的调速性能相媲美。变频调速技术在我国石油工业的原油集输、供水系统和采暖供热系统上已广泛应用。采用变频调速技术将游梁式抽油机改造成为可调频抽油机，可根据油井工况调节运动特性，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求。实践证明，在油田设备上应用变频调速技术不仅节能效果明显，而且降低了工人的劳动强度，减少了工作量，综合效益明显提高。因此，可采用变频调速技术作为改造游梁式抽油机的主要技术。

三、变频技术的原理

游梁式抽油机电动机电源频率为50Hz，电压为380V，油田普遍使用低转速的普通异步电动机，具有较硬的外特性，其转速随载荷变化很小，因而驴头悬点的运动规律基本不变。而变频技术是随着电子技术的发展而逐渐成熟，并广泛应用于抽油机电动机的一种新技术，在降低电机功耗，改善其运行状况中取得了显著效果。但在现场使用中，由于各油井的工况不同，对电动机频率通常是以经验来调节的。电机的输出功率为P=M1ω，式中，M1电动机输出扭矩，ω为电动机输出轴角速度。可见，降低电动机转速就可以实现降低电动机输出动率的目的。变频技术的机理就是通过改变电源频率，来达到改变电动机转速的目的。

四、现场应用效果

热河台油田目前有抽油机井20口，产油量较高的井有7口，含水较高的井有7口，低产井6口。其中安装变频柜的抽油机有7口，今年新安装变频柜的有5口。通过使用变频柜，热河台油田产液量、产油量较去年相比，均有所增长。图为2012年、2013年热河台油田日均产液量、产油量对比（不含新井）： 年份 2012年 2013年 对比 日均产液量 85.8 111 +25.2

日均产油量 32.3 34 +1.7

我们根据各井测试结果，通过变频适当调节冲次，来满足生产需要，对比效果如下： 热18-6通过地质测试，动液面较高，我们适当提高冲次，产量对比变化如下：

井号 热18-6 对比

下： 冲次/分 6 9 +3

日均产液量 14.1 17.2 +3.1

日均产油量 8.1 9.4 +1.3

热热11-

5、热7-07井，由于测试结果显示含水较多，我们适当降低冲次，来满足生产需要，对比效果如井号 调整前 对比 调整后 对比

冲次/分

热11-5 热11-5 热7-07 热7-07 7 4-3 6 2-4.5

日均产液量 日均产油量 5.9 5-0.9 7.8 5-2.8

0.3 0.3 0 0 0 0

热河台仍有部分井建议安装变频柜，如热

21、热27，以满足复杂多变的生产需要。

实践证明，变频调速应用到目前的游梁式抽油机，其投资少、见效快、实用性强，不仅能够节约成本，提高产量，还能延长抽油机的使用寿命，符合我国提倡的用高新技术改造传统产业的方针。