Книга: Ландшафтное планирование с элементами инженерной биологии

9.2. Области применения инженерно-биологических технологий и их основные типы

9.2. Области применения инженерно-биологических технологий и их основные типы

Спектр областей применения различных инженерно-биологических приемов очень разнообразен. Их краткий перечень таков:

• Мелиорация сельскохозяйственных земель, создания полезащитных насаждений, в том числе с целями защиты от эрозии, улучшения почв и повышения плодородия угодий.

• Регулирование водного режима ландшафтов, осушение переувлажненных земель, защита мелиоративных сооружений.

• Укрепление берегов рек и водоемов. Создание защитных насаждений вокруг прудов и водохранилищ.

• Защита горных склонов, предохранение от наводнений, селей, лавин.

• Озеленение населенных пунктов, в том числе жилых и промышленных зон. Участие в проектировании систем озелененных территорий, объектов ландшафтной архитектуры и в ландшафтном дизайне.

• Восстановление нарушенных ландшафтов – рекультивация отвалов, санация загрязненных территорий, в том числе свалок.

• Защита линейных транспортных сооружений от опасных воздействий и защита окружающих ландшафтов от вредного воздействия транспорта.

• Борьба с опустыниванием, в том числе мелиорация подвижных песков, засоленных земель (с использованием галофитов), улучшение пастбищ и др.

Очевидно, разнообразие объектов, с которыми имеет дело инженерная биология, требует от представителей этой специальности достаточно обширных знаний, как о самих этих объектах, так и об их взаимодействии с материалами и методами, используемыми в инженерной биологии. В каждом конкретном случае нужно использовать подходящее сочетание методов.

Примером такого специально подобранного ансамбля приемов может служить совокупность инженерно-биологических средств, используемых для укрепления оползней.

Причинами обвалов склонов и возникновения оползней обычно являются низкая прочность горных пород, их повышенное увлажнение, образование линии скольжения и часто слабое развитие растительного покрова. Инженерно-биологические мероприятия в сочетании с техническими элементами могут затормозить движение оползней, но не в состоянии полностью предотвратить их. Основное внимание должно уделяться эффективному осушению склонов. За счет посадки растений могут тормозиться, как правило, только поверхностные оползневые процессы.

В общем случае для уменьшения активности оползней целесообразно осуществлять следующие инженерно-биологические мероприятия:

• устранение и озеленение трещин в почве;

• строительство открытых дренажных систем и желобов;

• закрепление грунта кольями (сваями);

• укрепление склона подпорными стенами, габионами, фашинами;

• укладка дренажных фашин;

• повышение кустистости кустарников (посадка на пень, укоренение побегов);

• сохранение травяного покрова;

• посадка деревьев, имеющих мощную стержневую корневую систему.

Таковы общие рекомендации, но практика показывает, что иногда нужны иные, на первый взгляд, парадоксальные меры. Так, вопреки распространенным правильным представлениям о том, что на оползневых склонах следует сохранять лес, в некоторых случаях может быть полезна вырубка отдельно стоящих наклонившихся деревьев – для предотвращения вывала этих деревьев с корнями при сильных порывах ветра и возникновения в этих местах очагов развития оползней.

Другой пример еще радикальнее отличается от стандартной ситуации. Это борьба с оползнями на некоторых обращенных к океану склонах Бразильского нагорья. Там при строительстве дорог лес вырубили, а на склонах сформировали плотный дерновый покров, предохраняющий их от эрозии. В результате обильные осадки, прежде активно фильтровавшиеся в рыхлую лесную почву и питавшие грунтовые воды, стали быстро стекать по задернованной поверхности. Влагосодержание горных пород уменьшилось и оползней стало меньше.

Основных типов инженерно-биологических сооружений несколько, но в каждом типе существует множество вариаций, часто сооружения комбинируются. Описания некоторых из этих типов ниже сопровождаются пояснительными рисунками, заимствованными из пособия Ф. Флоринета «Инженерная биология», Вена, 2004 г.

1. Посадки деревьев, кустарников, трав. Применяются в самых различных ситуациях – как средства закрепления почвы и ее улучшения, в целях ветрозащиты, создания микроклимата, регулирования водного баланса и др. Техника посадки очень разнообразна.

2. Настилы из живых ветвей, стеблей или хвороста. Такие настилы, по сравнению с остальными инженерно-биологическими конструкциями, выдерживают очень высокие нагрузки. Область применения универсальна, однако, прежде всего, они подходят для укрепления крутых берегов, которые подвергаются высокой гидравлической нагрузке. Если это настил из ветвей ивы, то между ними для повышения видового разнообразия, целесообразно укладывать сеянцы или саженцы широколиственных растений, причём вершина побегов должна выступать до 20 см над поверхностью земли. На некоторых берегах настилы могут сооружаться из стеблей камыша (рис. 25).

3. Фашины представляют собой связки из длинных, чаще всего живых, прутьев ивы. Используются очень широко для укрепления берегов и склонов, для создания и укрепления дрен, в сочетаниях с другими сооружениями.

Стена из фашин (рис. 26) – это очень эффективная конструкция, предназначена для защиты небольшой части склона. Она состоит из фашин, которые укладываются друг на друга и закреплены деревянными сваями. В результате вертикального расположения верхние фашины затеняют нижние, и это ведет к гибели части проросших побегов. Поэтому высота стена не должна быть более 1,0 м, она может использоваться, в основном там, где из-за недостатка площади необходима вертикальная конструкция.

Рис. 25. Настил из стеблей камыша.

Рис. 26. Стена из фашин.

Длительность существования этого сооружения зависит от прочности опорной деревянной стены. Если стена затапливается, а вышележащий участок склона дополнительно не защищён, то поверхность склона, находящаяся за фашинами, может разрушаться. Кроме того, следует учитывать, что вдоль стены может наблюдаться линейная эрозия.

4. Плетеные изгороди довольно часто применяют для защиты от эрозии почвы на склонах, в балках, оврагах. Однако из-за недостатка влаги на склонах они нередко иссушаются и не дают хорошего результата. Эти сооружения лучше применять в условиях хорошего увлажнения, где побеги могут укореняться и более эффективно выполнять защитные функции. Изгороди сооружают высотой около 50 см. Этим обеспечивается возможность укоренения побегов. Они могут выдерживать достаточно сильные нагрузки, если используются ветви толщиной 3–8 см. Расстояние между деревянными опорами не должно быть более чем 1,0–1,2 м, иначе изгородь теряет прочность. Диаметр деревянных опор 12–15 см. Для плетения применяют прочные эластичные ветви ивы (не ломкие виды ив), которые перед этим замачивают в воде, чтобы они не ломались при плетении. Ветви попеременно переплетают вокруг деревянных опор, при этом начинать следует с толстого конца со стороны откоса.

Если изгородь сооружается в руслах временных или небольших потоков, то концы ветвей должны располагаться по течению. При недостаточном уровне воды косое плетение изгороди более подходяще. Этим обеспечивается водоснабжение побегов.

Из-за небольшой высоты плетеная изгородь в первую очередь предназначена для защиты небольших рытвин, кюветов, с периодическим затоплением. В отличие от других инженерно-биологических конструкций на создание изгороди требуется незначительные затраты, они просты в изготовлении.

4. Сооружения из пней. Живые или сухие пни древесных растений плотно устанавливают друг к другу на склоне или у берега и привязывают к ранее вбитым деревянным сваям при помощи стального троса. Пустоты между корнями засыпают камнями или речным материалом. Это сооружение имеет ограниченную сферу действия и в основном предназначено для укрепления низких берегов. Оно также может применяться в качестве основы для формирования островков в местах, где нет больших гидравлических нагрузок и допустимы небольшие повреждения. Пни с корнями могут также хорошо укреплять склон. При этом они не должны возвышаться над поверхностью более чем на 20 см.

5. Заборы, дамбы, буны, преграды из бревен и ветвей. Они применяются для локального изменения силы водного потока и используются, в основном, в проточных водоёмах шириной свыше 10 м. По применяемым материалам различают конструкции каменные, из свежесрубленных деревьев, из фашин, из ветвей, кольев и т. д. Для укрепления берегов наиболее эффективны буны, расположенные против течения под углом 75–80°. Буны не целесообразно располагать на расстоянии друг от друга, более чем в 1,5–2,5 раза превышающем их длину. В противном случае течение может разрушить берег. Между бунами откладываются наносы и образуются участки со слабым течением. Эти межбунные пространства имеют большое экологическое значение, являясь естественным местом обитания растений и размножения водной фауны.

6. «Щётки» и частоколы из живых растений. Это вертикально закопанные в землю ряды ветвей (побегов) ивы или фашины, которые установлены поперек течения. Они служат для образования отмелей и укрепления берега. Так как эта конструкция не выдерживает большого напора воды, она устанавливается между бун и преград. Частокол из живой растительности – это вертикально закопанные (вбитые) в дно реки ряды из крепких кольев (рис. 27). Применение такое же, как и у «щёток».

Рис. 27. Частокол из живых растений.

7. «Опорные» стены – бревенчатые, каменные с озеленением, комбинированные. Один из вариантов это озелененная опорная стена, которая создается для укрепления основания склона и промоин на склонах. Она также может служить для укрепления берегов. Опорные стены (рис. 28) – это деревянные сооружения с одинарными или двойными стенками из бревен. Каждый ряд заполняется имеющимся в наличии материалом, на переувлажненных склонах – дренажным материалом. Опорную стену строят под углом, ее ширина 2–2,5 м. На каждый бревенчатый слой стены укладывают ветви древесных пород (например, ивы) и саженцы лиственных пород, способных по всей длине ствола давать корни. Растения должны быть примерно такой же длины как опорная стена, и укладываются таким образом, чтобы они выходили за пределы сооружений не больше, чем на 20 см. Работы производятся в период вегетационного покоя.

Рис. 28. Конструкция опорных стен.

Наряду с охарактеризованными выше, существует еще множество других типов сооружений. Три типа распространены наиболее широко и хорошо известны. Это:

8. Террасы разной формы, укрепленные высаженными растениями.

9. Пороги, кюветы из различных материалов и с различными способами закрепления.

10. Габионы. Инженерно-биологические принципы требуют применения, в отличие от традиционных, озелененных габионов, для изготовления которых используются преимущественно природные материалы (дерево, кокосовая сеть и т. п.), реже проволока.

Особенностью инженерно-биологических конструкций является то, что защитная функция используемых в них растений, будучи первоначально незначительной, достигает максимального эффекта только со временем. Поэтому на первых стадиях функционирования этих сооружений необходимо осуществлять мероприятия по уходу за растениями. Вначале выполняются все те работы, которые необходимы для обеспечения приживаемости посадок. Далее осуществляется уход за развитием растений, вплоть до периода вступления посадок в период эффективного выполнения защитных функций. Уход может включать внесение удобрений, орошение, обработку почвы, удаление нежелательной конкурирующей растительности и т. п.