基于景观再造的非正规填埋场原位修复技术研究

戴小东

杨 旭

彭淑婧

杜 兵

董 健

非正规垃圾填埋场是指达不到国家标准和规范要求的垃圾填埋场，一般缺乏防渗措施和覆盖导气系统，存在大气、水、土壤等污染隐患。自“十二五”以来，中国非正规垃圾填埋场治理项目超过3 000个[1]。通过实施好氧稳定化工程、污染隔离工程和覆盖工程等原位修复技术后，这些原本不断向场外释放填埋气和渗滤液的污染源被隔离或消除，使其影响范围内的生态安全和人民健康进一步得到保障。

随着我国社会不断发展，经济水平进一步提高，人民对生活环境的要求也更加精细化。对于环保项目来说，在如何保障治理效果的同时，进一步为人民提供文化、美学上的价值，是未来发展的方向。在国外，德国慕尼黑奥林匹克公园、柏林风景名胜公园及美国拜斯比公园[2]等填埋场景观再造项目珠玉在前。在我国，也有诸如武汉金口[3]、武汉北洋桥、北京三海子[4]等项目，以建设园林、郊野公园等为修复目标，实现了场地的美学价值[5]。国外著名改造案例所在填埋场多是经过几十年陈化腐熟的生活垃圾填埋场，或以建筑垃圾为主、可生化降解性弱的稳定填埋场；国内案例多为半腐熟或未腐熟的生活垃圾填埋场，使用好氧稳定化技术快速达到中度稳定化。

好氧稳定化技术是通过在堆体内部建设通风系统，并在堆体内制造气流、形成好氧环境的一种稳定化技术。这种技术的修复过程分为2个阶段：第一阶段为满负荷运行阶段，在此阶段通风系统以设计负荷不间断运行，使有机质快速降解，该阶段一般持续2年左右；第二阶段为间歇运行阶段，即填埋场达到中度稳定化后，通风系统在各项监测数据达到一定值时启动，该阶段一般持续3～8年。经好氧稳定化处理的填埋场表层往往留下通风系统地上部分和沉降观测点等。金口填埋场作为园博园用地，在立项前期即确定了景观方案，制定稳定化方案时，即通过覆土、造山等方法掩盖、隐藏了稳定化系统遗留设施。

然而，对于更多中小型非正规填埋场治理项目来说，由于缺乏规划和资金，景观修复与场地修复往往是割裂的[6]。由于在制定修复方案时缺乏风景园林设计师的参与，场地整形方案和复绿方案多以达到封场规范中的技术要求为目标。场地交付风景园林设计师手中时，已经错过了通过堆体整形获得起伏地形的时机[7]，并且有明显的设备遗留部分和沉降观测点(图1)。此外，由于缺乏与修复工程师的交流，风景园林工程师对稳定化后场地造景的注意事项和选择边界并不明确，往往遵循封场规范，选择耐受甲烷、抗干旱、根系浅的植物[8]。这不仅在创造性方面受到制约[9]，也没有体现出稳定化治理的优势和价值。

图1 修复遗留设施在景观中的分布

因此，本文从景观再造的角度出发，分析了稳定化工程对景观设计的制约因素，并为消除或减少制约因素对工艺进行了改进。另外，通过比较封场和稳定化场地堆体散热、产气和稳定性方面的异同，对植物选择条件进行了讨论，期望能为稳定化场地后续的景观再造提供更大自由度。

1 景观设计的制约因素

1.1 稳定化工程对景观再造的制约

稳定化工程对景观再造的制约主要体现在2个方面：1)遗留的通风井对堆体表面形成切割，影响整体布局效果；2)后运行期的设备难以融入景观，且其设备基础的绿化与周围环境不同步，易割裂景观完整性[10]。

在好氧稳定化总平面布置中，修复设施的布置基本呈平行直线型(图2-1)，这些设施包括通风系统的通风井、冷凝液井、监测井和各种气、液管道等。图2展示了传统设计布局方法对场地的切割情况，可观察到这些设施将场区切割为条纹状(图2-1)。后续景观设计的本意为用植物形成俯瞰图案(图2-2)，而与地面遗留设施叠加后(图2-3)，图案被切割，遗留设施占位对植物的布局产生了不利影响，实景很难达到设计效果。

图2 修复设施对场地景观的切割影响图2-1 通风系统管路布置图2-2 景观修复植物布置平面图2-3 遗留设施对场地的切割效果

景观工程实施的起点通常在稳定化工程满负荷运营工段结束的时期。此后，在堆体达到高度稳定化之前，仍需间断运行3～8年，在此期间应继续对堆体内填埋气产量、渗滤液水位和沉降性能进行监测。若堆体内污染物产量即将达到危险阈值，则启动好氧稳定化系统继续治理，直到堆体内环境趋于稳定。

也就是说，稳定化满负荷运行期所需的一些构筑物，如烟囱、调节池等，在景观工程实施时，还不能拆除。这部分设备在服役期便与环境格格不入，在拆除后空留一片硬化地面，在视觉上形成一块突兀的异质斑块。

1.2 植物选择条件的制约

在常规的填埋场封场后植物筛选方案中，由于刚刚封场后的堆体内部有较为强烈的厌氧生化反应，甲烷在填埋气中的含量通常超过50%。这就要求在筛选植物时，尽量选择对甲烷气体耐受性高的植物。

此外，由于有机质含量高，而厌氧微生物降解效率远远不如好氧微生物，堆体内有机质将缓慢而不断地降解，时间可持续10～20年之久。在达到中度稳定化之前，不宜选择较为复杂的植物方案，即乔木、灌木、草本植物交错的景观方案。否则，顶部负荷的不均匀将进一步加剧堆体的局部沉降，使得覆盖层产生拉伸、撕裂效应，影响污染隔离效果。

在这种条件下，封场景观工程通常直接选择对甲烷气体耐受性高的草本植物，如画眉草、高羊茅、灰绿葵、狗牙根、麦冬和黑麦草[11]等。然而，对于已经达到中度稳定化的场地来说，遵循如上条件是非必要的。

2 稳定化工艺优化

2.1 减少通风井数量的尝试

抽气井和补气井的间距一直以来都是按经验数据确定。美国的Willamson County填埋场和New River Regional填埋场的注气井间距为15m[12]，比较密集。我国黑石头项目的注气井影响半径在15m左右[12]，按四边形布局法，井间距应在21m左右。金口填埋场的注气井间距基本为25m[12]，也取得了不错的修复效果。井间距是否可以进一步扩大，为后续景观修复工作赋予更大的自由度，这些疑问往往通过在现场进行抽气实验来解决。然而这种实验往往基于给定的风量和风压下进行，是否可以通过提高风量、风压扩大影响半径，扩大值如何计算，这些问题在设计中是欠考虑的。

为此，受准好氧通风系统计算模型[13]启发，将好氧通风系统计算模型修正如下：

式中，Q表示总通风量，m3/s；S表示治理面积，m2；D表示井直径，m；H表示井深，m；R表示影响半径，m；Kh表示水平气体扩散渗透系数，m2/(Pa·s)；表示一些几何系数，在此省略解释，无量纲。

该模型给出了风量、风压和影响半径的关系。通过上式模拟发现以下2点。

1)Kh较大[3×105～5×105m2/(Pa·s)]的情况下，影响半径可达35～40m；Kh较小[1×106～4×106m2/(Pa·s)]的情况下，影响半径可达15～25m。也就是说，对于Kh在105m2/(Pa·s)数量级的填埋场，以四边形排布井位，井间距可以扩大至50m左右；在106m2/(Pa·s)数量级的填埋场，最大可以扩大至35m左右。

2)距风机越近的井，由于沿程损失较小，井口具有更大的风压，其影响半径更大，因此井间距也可以相应扩大。

通过该模型计算，打破井间距25m等距排布的常规设计：就场地间比较，Kh较大的场地可以采取更大井间距；对场地内来说，离风机越近的区域井间距可以越大。

原井位布置方案为均匀网格布置法(图3-1)；而经过优化后的通风系统，井位布置半径大小与井位-风机距离呈反比，可以风机房为中心，按类辐射法布井(图3-2)。这种方式布井数量更少，井间距更稀疏，能为后续景观再造提供更大自由度。

图3 通风系统优化前(3-1)后(3-2)对比

2.2 模块化的撬装设备

为了解决设备基础带来的景观改造不同步问题，对设备进行移动式撬装化改进。这种改进能使控制系统、渗滤液处理系统(调节池)和除臭系统(包括烟囱)模块化集成后在场地上运行，无须硬化地面。此方式保证了整个场区的景观工程可同步实施，使视觉形象完整统一。

3 植物选择范围

如1.2节所述，面对好氧稳定化后的填埋场景观修复工作时，无须严格遵循封场项目的植物筛选偏好。然而，这并不意味着可以忽视覆盖系统的特征，单纯从美学和象征意义的角度自由地设计。未达到高度稳定化的填埋场仍在缓慢产生填埋气等污染物，因此，对于覆盖系统的保护是必须考虑的。在这方面，可以参考屋顶绿化的植物选择方法。

3.1 与封场植物选择偏好的异同

以往的修复场地多依照封场复绿经验选择植株[14]。对于封场项目来说，由于堆体内部进行厌氧反应，植物在垃圾场上生长时要面临填埋气、最终覆土层下的高温、堆体沉降和干旱等严峻的环境压力[15]，因此多选择浅根系的草本植物。

而对于实施好氧稳定化技术修复后的项目来说，填埋气、高温、沉降等恶劣条件都得到了极大缓解。制约植株选择的主要因素是种植土层厚度，按照规范，种植土层厚度通常为50cm，比较薄，难持水，支撑性差。因此在选择植物时，主要从抗旱、耐贫瘠和高度方面筛选。

3.2 与屋顶绿化植物选择偏好的异同

屋顶绿化的技术问题主要集中在建筑荷载、防水安全和耐根穿刺防水层上(表1)。且由于多以简单式和组合式为主，故屋顶绿化植物抗病虫性差、植物成活率低[17]。与屋顶绿化相比，实施好氧稳定化技术修复后场地无须考虑建筑荷载和防水安全，但同样需要防止覆盖层中的HDPE膜被根系穿刺。

表1 屋顶绿化植物基质厚度要求[16]

3.3 好氧稳定化填埋场植物选择偏好

根据填埋场的稳定性，可将治理后填埋场分为3类，便于风景园林工程师区分。与此3类相对应的植物选择限制因素，根据工程设计经验、《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》(GB 51220—2017)和《屋顶绿化规范》(DB11/T 281—2015)，总结如表2所示。

由表2可知，达到中度稳定化的刚结束满负荷好氧稳定化治理的场地，在选择植物时应注意植物根系的深度。由于还需进行3～8年的后运行时期，填埋场顶部的覆盖层必须保持完整，尤其是其防渗层的HDPE膜，应杜绝被穿刺和撕裂的可能。

表2 不同类别稳定化场地植物选择限制因素

在实施覆盖工程时，种植土最小覆土量厚度为50cm。一般为了节约投资，覆土量均按最小厚度设计。此条件下，所选择的植物根系深度不应超过50cm，更不应选择乔木。一方面是因为乔木的根系普遍较深，易穿透至防渗层；另一方面是由于中度稳定化填埋场每年仍有10～30cm的沉降量，乔木所在位置的压强较大，容易使堆体表面形成不均匀沉降，导致防渗膜拉伸撕裂。因此在选择植种时，应主要选择草本、地被及小灌木。

在好氧稳定化进入后运行阶段4年左右，堆体沉降速度为5～10cm/年时，可以增加种植土厚度，补种乔木，构建更加丰富的植物群落[14]。此时应注意将乔木集中安排在堆体最高点，这样即便产生不均匀沉降，防渗膜拉伸破裂的可能性也最小。

常规封场绿化项目在选择植物时，多选择画眉草、麦冬、紫荆和红叶石楠这些抗性强、填埋场耐性适生品种，使得填埋场的群落景观较为趋同。与封场相比，经好氧稳定化后的场地甲烷含量在1%～5%。在后运行阶段，堆体内甲烷气产量一旦超过阈值即开启通风系统换气。因此，在植物的选择上，无须过多考虑甲烷的影响。

4 案例

2018年伊始，对安徽省淮南市的10处非正规填埋场实施了修复工程，其中5处使用好氧稳定化技术。下面以李郢孜和李二矿2处临近而相似的堆放点为例，介绍景观设计思路。

4.1 场区概况

李郢孜和李二矿非正规垃圾填埋场均属于谢家集区，场地间直线距离不超过1km(图4)。李郢孜场区边界距最近的居住密集区不到500m，紧挨着池塘，距老鳖湖0.9km，距舜耕山、八公山风景区6km。李二矿场区边界距淮望二期小区不到500m，距老鳖湖1.3km，距舜耕山风景区5km。2块场地的环境风险评价为高风险，综合评价为中风险。

图4 李郢孜和李二矿场址卫星图

李郢孜和李二矿非正规垃圾填埋场的生态修复面积分别是2.43万和1.62万m2，治理库容分别是21.83万和17.82万m3。

4.2 景观设计的目标

李郢孜场地规划为农林用地或采矿用地，李二矿场地规划为城市建设用地或林地。场地利用人群主要为周边务农、淡水养殖业人员。因此，在现阶段景观设计中，以园林景观搭配休闲步道为主，不投入艺术雕塑、灯光、大型运动设施等，以防场地二次利用时造成拆除负担。

4.3 修复工程

修复工程主要分为4个阶段(图5)：1)前期准备阶段，对场地打孔勘探、测绘，采样检测以了解场区周围生态、污染情况，根据结果制定稳定化和截污方案；2)稳定化修复及截污阶段，主要工作为场地整形和通风、导渗、防渗、监测系统的施工建设及稳定化系统运营；3)生态终场阶段，主要为封场覆盖和景观修复工作；4)景观服务阶段，该阶段场地已可以作为中度稳定化场地使用，好氧稳定化系统进入后运行时期。

图5 李郢孜非正规填埋场修复流程示意图5-1 原地形勘探图5-2 按设计坡度整形图5-3 布置好氧稳定化通风系统图5-4 垂直防渗和导渗系统图5-5 覆盖、雨水导排系统图5-6 植被恢复系统图5-7 景观修复后卫星图

以景观设计为导向的修复技术改进主要发生在第二阶段的场地整形工程和通风系统建设工程中。

4.3.1 场地整形工程

大型卫生填埋场堆体坡度一般为1:3，具有明显的山型。如以色列的希瑞亚填埋场[18]，被参观者称为“巨型垃圾山”，顶部修建了人工湖，层层退台种植了乔木，形成壮观的森林景观。而李郢孜、李二矿原地形较为平坦，难以效仿希瑞亚填埋场营造巍峨的视觉效果。不过，本项目仍试图堆就出略有起伏的地形效果。

李郢孜场地原地形南边较高、坡度极缓(图5-1)。整形时利用了原地势高差，将缓坡由北向南按高程分为3个区域。区域间边界线按1:3坡度整形，区域内坡度不超过1:5(图6-1)。视觉上整个场区形成3级台阶，为未来造景提供分区条件。

图6 李郢孜(6-1)、李二矿(6-2)非正规填埋场地势实景

李二矿场地原地形几乎没有起伏，只有多处垃圾形成的小鼓包。在整形时以场地平整为目标，平整线以上垃圾在东南区中心堆积后向外扩散摊铺，坡度不超过1:8，形成极缓的缓坡，在视觉上形成明显而不极度突出的中心，该中心可作为植物图案和行人步道的中心(图6-2)。

4.3.2 通风系统建设工程

由于李郢孜场址形状狭长，难以按类辐射法布井(图3-2)，因此仅扩大井间距。经模型试算，井间距可由25m扩大至35m，使建井数量减少约1/3。李二矿场地形状较为均匀规整，经计算和调整，建井数量减少量接近原建井数量的1/2。

2个项目的设备间均采用移动式撬装设备，减少硬化地面面积。从图7也可以看出，通风井地上遗留部分较少，基本不影响景观效果。

图7 李二矿景观重建后步道实景

4.4 景观工程

景观工程处于修复工程第三阶段后期。在覆盖工程完毕后，景观工程根据设计目标、地形条件和当地优势植种进行道路布局和植物图案设计。

4.4.1 道路布局

在第二阶段整形工程提供的地形条件下，李二矿和李郢孜均在原填埋场库区边界处修建了一圈环形步道，步道清晰地描绘出原填埋场边界，与卫生填埋场环场道路设计概念相呼应。

在李二矿内部，修建了一圈中心步道，并向边界延伸出4条道路，利用道路将场地切割为多个区块，并种植不同颜色的植物。在李郢孜，仅在台阶处设置砖砌步道用于连接两侧道路，使地形特征得到突出。

4.4.2 植物选择

结合3.3节提出的选择原则，选取了当地10种易成活、根系浅、组合花期丰富的草本植物、灌木和乔木。

草本类以具有良好甲烷抗性的麦冬和抗性不突出的葱兰为主，2种植物生长势头不分伯仲，确定了在好氧稳定化景观修复工程中，甲烷抗性并非植物成活的必要条件。

灌木类选取了狭叶十大功劳、火棘、小叶栀子、南天竹、金丝桃、紫叶小檗和丰花月季，共7种，高度多在1m左右，根系深度在50cm内，不易造成不均匀沉降，也不易穿透防渗膜。其中狭叶十大功劳和火棘在几年后可长至2～3m高，易形成高低有致的植被效果。

为了丰富植物群落，选取了毛杜鹃填补乔木的空白，局部种植在沉降性较低的点位。毛杜鹃的高度在1.5～2.5m，属于矮种树，在封场层负荷承受范围内。

10种植物远远达不到自然演替出的植物群落丰度，与周围自然景观相比十分明显(图7、8)。好在不同于屋顶花园，填埋场本身更易产生植物侵入、定植等植被演替过程[15]，能逐步形成人工起源植物和自然侵入植物共同组成的植物群落。待堆体沉降进一步减少后，可增覆种植土厚度至90cm以上，追加种植乔木，逐步形成以灌草为主、乔草为辅的特色景观。

图8 李二矿景观重建后灌草植被实景

4.5 讨论

通过以上案例的实施证明通风计算模型的可行性，也验证了移动式撬装设备的可用性。同时，采用当地常见、不耐受甲烷、根系浅的植物进行了景观布置的实践，种植结果显示耐受甲烷的植物与不耐受甲烷的植物均能很好地生长在中度稳定化的场地上。

总体来说，非正规垃圾填埋场生态修复治理工程中，分别实施的修复工程和景观再造工程如果独立进行，则不能形成有机结合。好氧稳定化技术对景观设计造成的不利影响主要包括遗留在表面的通风设施和设备基础硬化地面。好氧稳定化遗留设施往往会成为景观设计的制约，而单纯依照封场条件选择植物也限制了景观设计的发挥。

通过优化工艺计算方法和设备布局方案，可以减少通风设施的数量和密度；通过对设备进行移动式撬装化改进，减少硬化地面的面积；景观设计早期介入，也可以结合修复工程的需求和景观规划，优化布置通风设施和撬装化设备布局，实现双赢。

优化稳定化工艺的目的之一是为景观工程提供更自由的设计空间。非正规垃圾填埋场经过好氧稳定化后，在确定场地设计景观方案时，就可以跳出垃圾填埋场耐性适生植物圈，根据当地气候、土壤条件、植被特色等条件自由选择植物。但为了保护覆盖层，减少不均匀沉降，仍应注意选择较为低矮、根系较浅的中、小型灌木及草本植物。乔木营造的视觉效果可以留待远期实现。

同时，景观设计的一些要求反过来完善了对工艺设计的认识。如结合《屋顶绿化规范》(DB11/T 281—2015)可确定，覆盖层的HDPE膜应选择1.5mm厚度，这为材料比选增加了一个新的比选维度。

5 结语

在场地没有明确规划作为绿化用地、提出景观需求时，场地稳定化工艺工程师通常不从后续景观再造的角度修改、优化治理工艺。随着经济发展，人民在提高生活水平的同时，对环境美学的要求也随之提高。改善人居环境，需要环保工程师和风景园林工程师共同协作完成。本文从为后续景观设计提供更大自由度入手，对修复工艺的计算方法、设计方案和设备制造做出优化，同时提出植物选择范围宽泛化的思路，并通过案例验证了合理性，以期能为业内同行提供新的思路和便捷。

注：文中图片均由杨旭拍摄或绘制。