پایدارسازی با تکنیک های بیومهندسی

روشهای بیوتکنیکی

روشهای بیوتکنیکی روشهایی مقرون به صرفه، جالب و دارای سازگاری با محیط می باشند که در آنها از ترکیبی از پوشش زنده و نیز اجزاء سازه ای استفاده می گردد.
در ارتباط با سازه های مورد استفاده بایستی به نکات زیر توجه شود :
1) هماهنگی سازه با محیط
2) استفاده از سازه هایی که حداقل به هم­خوردگی را در محل ایجاد نمایند و پوشش گیاهی منطقه را حفظ کنند.
3) استفاده از گابیونهای پرشده از سنگهای محلی
4) استفاده از الوار و جعبه های بلند در مناطق جنگلی ، جهت هماهنگی با محیط اطراف
5) قابلیت همراهی پوشش گیاهی داخل سازه با اطراف سازه 
متداول ترین تکنیک های بیوتکنیکی تثبیت شیب ، عبارتند از :دیوار پلکانی دارای پوشش گیاهی ، تشکهای گابیونی دارای پوشش گیاهی ، دیوار سنگی دارای پوشش گیاهی ، دیوار صندوقی دارای پوشش گیاهی و شبکه حجره ای گیاهی

1-3 مقدمه 
استفاده از شیوه های بیولوژیکی جهت پایدارسازی شیب های ناپایدار، گرچه دیرتر از روشهای ساختمانی مطرح گردیده اند، اما امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفت هاند. 
پوشش گیاهی ضمن اینکه به تنهایی به عنوان یک روش پایدارسازی بکار برده می شوند، می توانند جهت طولانی نمودن عمر مفید سایر سازه های فنی مطرح گردند . همچنین می توان پوشش گیاهی بومی در محل طرح، عمر پروژه را طولانی و حتی دائمی نمود . روشهای ب یومهندسی اگرچه ممکن است از نظر تاثیر جنبه حفاظتی، پایدارسازی و منظرسازی نسبت به سازه های مکانیکی زمان طولانی تری را بخود اختصاص دهند، اما غالبًا ارزانتر و بادوام تر می باشند و می توانند بصورت تلفیقی در کنار سایر روشهای پایدارسازی و یا به صورت مجزا بکار رو ند. در این مبحث ضمن اشاره کلی به نقش پوشش گیاهی در پایداری دامنه، شیوه های بیومهندسی بطور خاص مورد بررسی قرار م یگیرد. 
2-3 اثرات مثبت و منفی پوشش گیاهی در پایدارسازی دامنه  ها 

1-2-3 اثرات مثبت 
گرینوی ١ در مورد اثرات هیدرومکانیکی پوشش گیاهی که به پایدا ری دامنه مربوط م یگردد نکات جالبی را ارائه می دهد. وی هر دو جنبه مثبت و منفی را مورد بررسی قرار داده است. 
اثرات مثبت پوشش گیاهی عبارتند از: 
مسلح نمودن خاک : ریشه ها از نظر مکانیکی از طریق تبدیل تنش برشی در خاک به مقاومت کششی در ریشه ها خاک را مسلح می کنند. 
کاهش رطوبت خاک : تبخیر و تعرق توسط ریشه و گیرش بارش توسط شاخ و برگ درختان می تواند موجب کاهش فشار آب منفذی گردد. ایجاد شمع مهار : ساقه ها می توانند به صورت مهار شمع یا پایه های قوسی عمل نمایند و با نیروهای برشی دامنه مقابله نمایند. 
بارگذاری: وزن پوشش گیاهی د ر مواردی خاص می تواند از طریق افزایش تنش عمودی بر سطح گسیختگی پایداری را افزایش دهند. 
مشهوترین اثر پوشش درختی در افزایش پایداری، مسلح نمودن خاک توسط ریشه م یباشد. مطالعات آزمایشگاهی در مورد نقش حفاظتی الیاف ریشه نشان می دهد که مقدار کمی از الیاف مقاومت برش ی را به مقدار قابل توجهی افزایش می دهد. راندو وتسوروتا ٢ به وسیله آزمایش های برشی قطعات خا کهای حاوی ریش ه های زنده، تأثیر مستقیم ریشه را بر مقاومت برشی خاک اثبات کرده اند. نتایج نشان داد که افزایش مقاومت مستقیمًا با تراکم ریشه ها متناسب است. 
منبیون ١ به وسیل ه آزمای شهای برشی آزمایشگاهی بر روی نمون ههای سیستم ریش ههای زنده، اثر ریش هها را بر مقاومت خاک مطالعه نمود . او نشان داد که مقاومت حداکثر و مقاومت باقیمانده در اثر وجود ریشه ها به ترتیب تدریجًا دو و چهار برابر افزایش می یابد. 
2-2-3  اثرات منفی 
مهمترین تأثیر منفی پوشش درختی بر پایداری دامنه به وزن ظاهری درختان و خطر واژگونی یا ریشه کنی آنها در بادها و جریانات شدید مربوط می گردد. چنانچه توده ریشه ای حجیم از زمین کنده شود، بسته به موقعیت درخت نسبت به دامنه می تواند پایداری نهایی را کاهش دهد . این موضوع برای درختان بزرگی که بر خاکریزهای 
نسبتًا کوچک رشد م یکنند بحران یتر می باشد. 
با توجه به وزن ظاهری، دامنه های خاکریز معمو ً لا به آن اندازه کم عمق هستند که بخش مهمی از وزن اضافی به صورت عمود بر سطح گسیختگی عمل م یکنند تا موازی و در هر حال پایداری را افزایش م یدهند. 
روش جالب جهت کاهش اثرات منفی پوشش گیاهی عمل شاخه زدایی است . شاخه زدایی نوعی هرس یا شاخه زنی است که تولید درختان جدید را از کنده های درختان قدیمی موجب می گردد . در این روش سیستم ریشه ای دست نخورده باقی می ماند در حالی که چندین ساقة کوچک نزدیک قسمت قطع شده ایجاد می گردد. عمل شاخه زدایی دو اثر منفی بارگذاری و تأثیر باد را کاهش داده در حالی که اثرات مثبت را هم حفظ می کنند.

3-3 نکات مهم جهت اجرای پروژه های بیومهندسی 
برخی از نتایج مورد انتظار از رو شهای بیولوژیکی عبارتند از:
  - کاهش فرسایش سطحی ناشی از آ بهای جاری 
  - تثبت خاکهای تحت الارضی به وسیله سیستم ریش های 
  - اصلاح شرایط هیدرولوژیکی مناطق لغزشی همچون کاهش آب زیرزمینی 
  - ویژگی های زهکشی قبل و بعد از انجام پروژه جهت انتخاب نوع گونه مهم می باشد. 
  - ساختمان و حاصلخیزی خاک : اساسًا جهت تعیین روش کاشت و پرورش گیاه، اطلاعاتی در مورد ساختار و حاصلخیزی خاک لازم م یباشد.. 
جهت نیل به اهداف مذکور در موفقیت پروژه های بیومهندسی نکات ویژه ای می بایست مورد توجه قرار گیرند . 
عواملی چون تعیین نقش های پ وشش گیاهی، ویژگی های محلی، انتخاب گونه مناسب و مدیریت پروژه، عواملی هستند که در یک برنامه ایجاد پوشش گیاهی بر دامنه باید مورد بررسی قرار گیرند. 
1-3-3 نقش های پوشش گیاهی 
نقش مورد انتظار از پوشش گیاهی، انتخاب گونه و مدیریت بعدی آن را متأثر می سازد. تعیین نوع پوشش گیاهی و نقش آن بسیار اهمیت دارد، زیرا تعیین نوع گونه، هزینه های آماده سازی زمین استقرار و نوع مدیریت به نقش مورد نظر بستگی دارد . به عنوان مثال نقش علف های چمنی برای پایداری سطحی به بیش از یک فصل رشد برای اجراء و اعمال مدیریت دراز مدت نیاز دارد.

3-3 روش های کشت 
برای آن که صریحًا به نتایج مطلوب پوشش گیاهی برسیم لازم است رو ش های کشت مناسبی انتخاب گردد. روش هایی نظیر استفاده از کشت نباتات پوششی، درختان و درختچه ها، حاصلخیز نمودن خاک و استفاده از مواد مغذی برای گونه های مناسب یا جوامع گیاهی ویژه تمامًا همین هدف را دنبال م ی کنند. سریع الوصول ترین روش ها روش انتقال خاک های حاوی ریشه و گیاه و یا گیاهان منفرد به محل مورد نظر م ی باشد . در این روش بذرپاشی که مهمترین مرحله رشد گیاه است وجود ندارد . هزینه و نیروی کار زیاد از معایب این روش می باشد . 
روش مزبور به مکان های بسیار باارزش حفاظتی طبیعی، چشم اندازهای مهم با جایی که درختان و درختچ ه ها بیشتر برای کاربردهای بیومهندسی استفاده م یشوند محدود می گردد. 
3-3-3  مدیریت و رفتارسنجی 
هدف از مدیریت او ً لا حصول اطمینان از نقش مورد انتظار پوشش گیاهی و نیز حفاظت از آن می باشد . همان گونه که اشاره گردید زمان استقرار بسته به نوع گیاه متفاوت م یباشد. یکی از علل شکست برنام ههای ایجاد پوشش گیاهی عدم شناخت نیازهای مدیریتی برای پوشش های گیاهی خاص و فقدان راهنما و دستورالعمل جهت اعمال مدیریت می باشد. 
به علت تنوع زیاد، رشد گیاه از محلی به محل دیگر و از سالی به سال دیگر، تعیین شاخ صها یا آستان ههای اجرایی که موجب اعمال مدیریت می گردد لازم می باشد. مث ً لا قطع روزمره گل های وحشی موجب افزایش رشد علف ها می گردد و یا چنانچه فوری ها قبل از اینکه گل دهد قطع شوند م یتوانند به گ لهای وحشی خسارتی جدی وارد سازد. 
برنامه های ساده رفتارسنجی جهت تعیین آستانه های اجرایی می توانند اطمینان دهند که مدیریت تنها زمانی که ضروری است اعمال می شود و م یتواند در بسیاری مواقع موجب صرف هجویی اقتصادی گردد. 
4-3 انتخاب نوع پوشش گیاهی
انواع مشخصی از گیاهان بهتر از انواع دیگر وظایف بیومهندسی را ایفا می کنند. وظایف مورد نظر عبارتند از: مسلح نمودن خاک، جذب و انتقال آب، حفظ سطح در مقابل تردد و نیروهای فعال آب و باد، حفاظت کناره و آبراهه ها و ایجاد سایه یا حفاظ . در جدول زیر وظایف مورد نظر همراه با کمیت های مورد نظر جهت ایفای وظایف مزبور و ملاحظات مهم در مورد هر یک ارائه گردیده است. 
پوشش درخ تی با ریشه های عمیق و قوی، حفاظ مکانیکی بهتری فراهم نموده، نقش مهار و شمع را بهتر ایفا می کند. به همین دلیل گیاهان درختی برای پایداری توده ها بهتر می باشند. از طرف دیگر پوشش علف و بوت ه ای نزدیک سطح زمین رشد کرده و یک پوشش متراکم و محکم سطحی ایجاد می کنند ک ه برای مقابله با فرسایش سطحی مناسب می باشد. بوته ها در مقایسه با درختان دارای ریش ه های عمیق نم یباشند و نم یتوان انتظار داشت همچون درختان به صورت شم عهای مقاوم عمل کنند.

5-3  نقش ریشه ها در پایداری دامنه 
ریشه ها از نظر نفوذ به دو نوع ریشه های سطحی و عمیق تقسیم بندی می شوند که با توجه به عمق لغزش نسبت به انتخاب گیاه مناسب باید اقدام نمود . در این نوع تقسیم بندی معمو ً لا ریشه های سطحی به صورت افقی رشد نموده و از ٣٠ سانتیمتری سطح زمین تا عمق دو متری را شامل می شود ولی ریشه های عمقی به صورت عمودی بوده و نفو ذ آن از ٢٠ متری تا ٣٠ متری و حتی بیشتر ادامه م ییابد. برای این که ریشه ها تأثیر قابل توجه بر جای گذارند می بایست از میان سطح گسیختگی عبور نمایند . تأثیر مسلح بودن خاک و مقاوم کردن آن توسط ریشه برای اشکال مختلف در شیب ها در جدول بعد ارائه شده است . مؤثرترین ن قش حفاظتی ریشه ها زمانی اعمال می گردد که ریشه از میان پوشش خاک به درون درزه ها و خرد شدگی های سنگ بستر زیرین نفوذ کنند و یا زمانی که ریشه ها به درون خاک برجا یا منطقه انتقالی (میانی) که مقاومت برشی و تراکمی با عمق افزایش می یابد نفوذ کنند.

 

 

روشهای بیولوژیکی
رشد پوشش گیاهی در سطح دامنه، باعث مسلح نمودن خاک و افزایش پایداری آن گردیده وبالعکس قطع درختان می تواند تأثیر به سزایی در ناپایداری دامنه ها داشته باشد. هر چند که پوشش گیاهی اکثراً اثرات مثبتی بر پایداری دامنه ها دارد، ولی گاهی نیز دارای اثرات منفی می باشد؛ البته بسیاری از این اثرات منفی را می توان با اتخاذ استراتژی صحیح در انتخاب گونه های مناسب و مکان یابی خوب به حداقل رساند.
یکی از عوامل مؤثر در تثبیت دامنه های شیبدار حساس به وقوع حرکتهای توده ای، کاهش رطوبت خاک و فشار آب موجود در خلل وفرج به وسیله پدیده تبخیر و تعرق می باشد؛ زیرا کاهش رطوبت، موجب کاهش وزن خاک می گردد که این مسئله خود موجب افزایش مقاومت توده خاک در برابر نیروهای رانشی می شود. با توجه به این قضیه، گیاهانی می توانند در تثبیت دامنه های شیبدار نقش داشته باشند که سیستم ریشه گسترده، عمیق و قوی، و قدرت و توان بالایی جهت جذب آب داشته باشند. تثبیت بیولوژیکی دامنه ها، اکثراً در شیبهای ملایم (0 تا 50 درصد) به کار برده می شود و به 3 شکل زیر صورت می پذیرد : 

الف) درختکاری
ب) استفاده از گراس ها و بوته ها
ج) استفاده از قلمه برای کنترل شیب

نحوه قرار گیری پوشش گیاهی بر روی سطح شیب و قرارگیری ژئوگرید

توسط مرز بندی یک صفحه مشبک فلزی در روی شیب با اندازه متفاوت از نظر شبکه ای (مثلا 200* 200 میلیمتر یا 150 * 150 میلیمتر). این شبکه توسط قلاب ها به میله هایی گره زده می شود که پایداری هندسی شیب را در طول فاز تراکم خاک تضمین می کند. یک مجموعه گیاهی در زیر پوشش قرار گرفته که از فرسایش جلوگیری کرده و سطح را به ثبات کامل می رساند.

در این مورد معمولا از موادی با ظرفیت زهکشی خوب و زاویه اصطکاک داخلی مناسب استفاده می شود. در این راستا بهتر است از گراول های خیلی دانه درشت و قلوه سنگ های بزرگ اجتناب شود چون از تراکم مناسب خاک جلوگیری می کند. لذا در صورت وجود و دسترسی ساده به مواد با خاصیت ژئومکانیکی ضعیف توسط مخلوط کردن موادی مثل گراول و شن گاهی اوقات می توان به مقدار لازم مواد مورد نظر را از لحاظ کاربرد بهبود بخشید.

در نزدیک رویه از خاکی استفاده می شود که بهترین شرایط را برای رشد گیاه ایجاد می کند. خاک های پرکننده متراکم شده و در چندین لایه با ضخامت 0.3 تا 0.35 متر گسترش داده می شوند تا جایی که به حداقل 95 درصد چگالی تراکم استاندارد برسند.
شکاف های موجود در ژئوگرید باعث قفل شدگی قطعات خاک در آن شده که این مورد باعث درگیری جانبی دانه های خاک و در نهایت افزایش مقاومت برشی خاک می گردد.

پوشش گیاهی استفاده شده به همراه ژئوگرید از فرسایش های ناشی از باد و باران جلوگیری می کند. این لایه شامل بذر گیاهی مناسب است.
نحوه قرار گیری پوشش گیاهی بر روی سطح شیب و قرارگیری ژئوگریدها نسبت به آنها