棲龍灣水土保持科技示范園建設與創新

李新建，趙劍鋒，張衛東，亓傳琢，李 菁，韓 云

(1.萊蕪市水土保持辦公室，山東 萊蕪 271100;2.萊蕪市萊城區水土保持辦公室，山東萊蕪 271100)

1 示范園概況及建設目標

1.1 示范園概況

棲龍灣水土保持科技示范園位于山東省萊蕪市北部，地處魯中南中低山丘陵區，屬北方土石山區水土流失類型區，園區面積110.27 hm2，地形地貌、水土流失狀況具有典型性，能夠代表山東省重點治理區(魯中南中低山丘陵區)和我國北方土石山區的生態環境及水土流失的主要類型、程度、危害。示范園自2005年開始由山東農業大學、山東省水科院與萊蕪市水土保持辦公室共同規劃建設，截至目前已經完成水土流失綜合治理面積102.49 hm2，其中：建設石坎水平梯田 3.1 hm2，栽植水保林 30 hm2，建果園13.28 hm2，封育治理56.11 hm2，建成徑流試驗小區25個、庫容16萬m3治溝骨干工程1座、蓄水谷坊7座、蓄水池4座，配備風力提水機4臺，發展節水灌溉面積10 hm2，新建道路4.5 km，共計投入1 000多萬元。2007年，棲龍灣被水利部列為“全國水土流失動態監測與公告項目典型小流域和典型監測點”;2012年2月，棲龍灣被水利部命名為國家級水土保持科技示范園。

1.2 示范園建設目標

示范園以高起點、高標準、高水平水土保持生態科教園為目標，建成集水土保持科學研究、技術示范、科普教育為一體的水土保持科學試驗研究基地和具有魯中南地域特色的水土保持技術示范基地，探索新時期中低山丘陵區水土保持生態治理與發展區域經濟相結合的途徑與模式，為北方土石山區乃至全國水土保持生態建設提供示范樣板，為普及水土保持知識，提高全社會的水土保持意識，探索人與自然協調和諧的途徑積累經驗、提供示范，使其成為廣大科技人員、中小學生、民眾等參觀學習的戶外教室，成為北方水土保持試驗研究、科技示范、知識宣傳、技術培訓、休閑觀光、信息咨詢和對外交流的窗口和科教示范基地。

2 示范園建設技術

2.1 功能設置

示范園以水土保持試驗研究、技術示范、科普教育為中心，劃分為核心區和輻射區，核心區以科研試驗、產業開發、科普教育、生態休閑為重點，輻射區以推廣應用、大面積示范為重點。

2.2 總體規劃與功能劃分

根據建設內容不同，園區共劃分為“四區十園”。各功能區劃分見圖1。

圖1 棲龍灣水土保持科技示范園功能分區

2.2.1 科學試驗與示范功能區

(1)氣象因子監測園。已建成的氣象因子監測園，布置在山體較平坦、周邊無遮擋的空曠區，周邊設置圍欄，面積5 m×5 m，安裝PH自動氣象站，采用遠程數據無線接收，對示范區內基本氣象要素如風速、風向、大氣溫度、大氣濕度、降雨等實施動態觀測，為區域水土流失預測預報提供基礎氣象資料。

(2)坡地水土流失監測園。根據區域特點，本試驗區內重點研究坡度、坡長、植物配置3個因子對水土流失影響的機理。結合地形，已建成 10°、15°、20°、25°、30°五個自然坡度的徑流小區，每個坡度設5個重復，共設25個徑流小區。其中10°～20°徑流小區的規劃措施配置主要考慮種植農作物和栽植經濟林對水土流失的影響，25°～30°徑流小區的規劃措施主要考慮生態林草措施、坡面工程和不同坡長對水土流失的影響。在示范園內流域出口處設置控制站，安裝自記水位計和泥沙自動取樣機，主要觀測水位、流量、含沙量、徑流量、輸沙量等。

(3)土壤水文生態監測園。在本園安裝有土壤理化分析設備，研究土壤水文物理特征(土壤粒徑與質地結構、土壤容重與孔隙結構、土壤貯水與滲透能力、土壤水分動態)、生物化學特征(土壤微生物、土壤有機質、土壤營養元素)等，探索不同水土保持措施對土壤水文生態與生物化學功能的改善作用。

2.2.2 技術示范與推廣功能區

(1)坡面生物工程示范園。建成此園是為開展以坡面生物工程配置為核心的水土流失綜合防治技術示范，具體分為集蓄水整地工程、植被重建工程、植被封育恢復工程3類坡面治理技術措施。

(2)溝谷綜合整治示范園。在集水單元的匯水溝頭，選地質條件好、工程量小、攔蓄徑流泥沙多、工程材料較充足的地方，修筑了5個石谷坊、1個土谷坊和1個鋼結構谷坊，防止溝床沖刷，集中體現匯水溝谷的綜合整治。其中鋼結構谷坊設計獨特，利用鋼材抗拉能力強等特點，下弧采用懸連線反拱式，屬國內首創。

(3)高效特色產業示范園。在坡面立地條件較好的區域，建設以經濟效益為目的、以特色植物開發為基礎、以水土資源高效利用為核心的高效特色產業示范園。主要建設核桃、板栗或藥用植物區，并采用雨水高效利用技術，以坡面蓄水池和水庫為水源，充分利用節水灌溉設施和風力提水設施進行灌溉。

2.2.3 科普宣傳與教育功能區

該區以宣傳、教育、培訓為主要功能，為廣大的中小學生、民眾及對外技術交流等提供服務。設置科教培訓園、模擬示范園、水土保持植物園等3個園區。

(1)科教培訓園。以室內教學培訓為主，建設水土保持科教綜合大樓，樓中設多功能階梯教室，提供科教培訓服務。擬新建一幢2 000 m2的水土保持科教大樓，第一層為多媒體展示廳、接待室、室內展示廳和實驗室，第二層為參觀、培訓、學習的地方，第三層為資料室、會議室和辦公室。

(2)模擬示范園。設有從德國進口的模擬水土流失過程的降雨設備，可在人工干預條件下開展不同雨強的水土流失觀測和研究，給參觀學習者以直觀的感受。

(3)水土保持植物園。本園以匯集與展示北方地區優良的水土保持植物種類，增加示范園科技含量為目的，集示范、教育、游憩、開發、觀賞等功能于一體。按照植物形態特征分為喬木、灌木、藤本、草本4種植物類型，因地制宜地按塊狀分區布設;依據植物主要(或特色)功能和開發利用價值，將4種植物類型進一步劃分為生態型、觀賞型、特用經濟型3種匯集配置，展示豐富多彩的水土保持植物種類及其多樣性功能。

2.2.4 生態休閑與觀光區

生態休閑與觀光區設有一處休閑游憩園，有涼亭、棧橋、親水平臺等設施，供游人休閑、游憩。

3 示范園在坡面水土流失影響因子定量分析方面進行的研究

3.1 研究目標

通過研究降雨、地形、土壤、植被等單因素對水土流失的影響及自然、人為因素對水土流失的綜合影響等內容，分析自然及人為因素與水土流失的規律性關系，建立坡面尺度水土流失預測模型，為北方土石山區水土流失綜合治理及措施體系配置提供理論與技術指導。

3.2 研究內容

以坡地水土流失監測園為核心，以徑流小區為對象，重點研究不同坡度、不同坡長以及不同措施配置下各因素對徑流泥沙的影響，主要研究內容如下：

(1)坡地徑流小區設計與布設。根據國家規范，結合魯中南山區特點，選擇土壤剖面相同、土層厚度比較均勻、坡向較為一致的自然坡面，建設徑流小區。

(2)坡地水土流失監測。在徑流小區內設置降雨、徑流、泥沙等觀測設施，觀測降雨、徑流、泥沙等項目，研究坡地水土流失規律。

(3)建立坡地水土流失監測數據庫，運用土壤侵蝕原理、水土保持學等理論與方法，探索降雨、地形、土壤、植被等單因素對坡地小區徑流、泥沙的影響及其變化規律，以求在建立坡地水土流失預測模型方面實現創新，為北方土石山區坡地水土流失治理提供科學依據。

4 示范園研究成果及創新點

4.1 規劃建設方面

棲龍灣水土保持科技示范園建設力求在規劃設計及建設技術方面實現創新，集生態、科研、示范、推廣、科普教育、休閑觀光為一體，是當地水土保持科學研究、成果展示和科普教育的窗口。

4.2 建立預測模型方面

示范園中建設的徑流小區在北方土石山區具有較強的代表性，在坡度設置、植物措施、設備配置等方面有突破創新，通過建立坡地水土流失監測數據庫，分析降雨、地形、土壤、植被等單因素對徑流、泥沙的影響與變化規律，初步建立起了坡地水土流失預測模型。

4.3 防治研究方面

針對當地無客水流入、水資源緊缺的實際，園區在水土流失治理模式方面實現創新，結合溝谷整治示范園建設，探索總結出了“骨干工程控制，溝谷節節攔蓄，谷、塘、庫、壩相結合，合理調配利用徑流資源”的溝道梯級開發模式。近幾年，萊蕪市在小流域治理中積極推廣溝道梯級開發模式，對牟汶河、瀛汶河、茶葉河、大王莊河等67條河道進行了節節攔蓄和河堤護砌，極大地促進了壩系工程建設，擴大和改善了水澆面積，為產業結構調整奠定了基礎。

5 結語

棲龍灣水土保持科技示范園建設適應當今水土保持發展的需要，在園區規劃建設及坡地水土流失預測模型方面實現了創新，其研究成果獲萊蕪市科技進步二等獎，對研究北方土石山區水土流失規律具有借鑒作用;其園區建設對實現同類地區水土資源的可持續利用，保障社會、經濟、環境與水土資源的協調發展，也具有借鑒作用。