祁連山小流域內水土流失綜合治理技術體系分析

孫麗娜

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，蘭州 730000)

1 概 述

甘肅省武威市天祝藏族自治縣祁連山國家公園體制區域項目位于大通河流域，大通河屬黃河流域，是黃河的二級支流，2019年試點項目建設內容包含小科什旦溝、雪龍溝、業土溝、那威溝等4條溝道，均位于大通河左岸。流域內河道兩岸主要分布大面積黃土覆蓋區，植被較差，水土流失嚴重，為天祝縣水土流失最嚴重的區域之一[1]。經過3年的治理，流域內的水土流失綜合防治工程得到初步成效，并取得了一定的經驗。但是由于水土流失面積大，資金有限，只能采取應急措施，沒有統一規劃，收效甚微，不能從根本上解決水土流失問題，難以體現規模效益。本次祁連山國家公園體制區域項目在流域內進行水土流失綜合防治，為水土保持綜合治理提供難能可貴的契機。通過本項目的實施，可以有效減弱水土流失，降低洪水、塌方、泥石流等地質災害的發生率，對祁連山自然保護區的自然修復起到良好的促進作用。在此基礎上，避免大規模人工干預措施，加強退化草地治理、天然林保護、水土流失防治，能夠系統全面地提升森林、濕地、草原等自然生態系統的穩定性和循環能力。因此，祁連山自然保護區大通河流域內的水土流失綜合治理是十分必要的。

2 防治措施與整體布局

在項目區水土保持綜合治理措施布局上，本次治理的重點是以坡耕地、荒山、荒地為主攻方向，對項目區內現有天然林、人工林進行全面保護，在荒山荒地合理布設治溝和坡面截流等工程措施，大力營造水土保持林，建立防護林體系，提高林木覆蓋率。同時加強原有果園改造和疏林地的補植工作，提高林木覆蓋率，增強保水保土和抗蝕能力。

項目區內主要治理任務是建立和完善坡耕地、荒山(荒地)坡面、溝渠攔蓄工程體系，恢復植被覆蓋，調節和改善生態環境。具體防治措施包括：①以治理坡耕地和荒山荒地以及無工程果園為主攻方向，在坡耕地興修梯田、實施改壟耕作、地埂植物帶、退耕還林(果)；②)在荒山荒地合理布置魚鱗坑，并設置截水溝；③在老果園修建果樹池臺田；④對現有的果疏林地進行增補植，退耕還果、還林，對幼林地進行封禁治理；⑤在侵蝕溝道布設谷坊和溝頭防護，防止溝道的下切和擴張。通過這一系列措施，力求在短期內快速恢復植被，提高項目區植被覆蓋率，增強祁連山自然保護區土地保水保土和抗蝕能力，防止水土流失進一步擴展。

3 單項措施設計

本次水土流失整治要堅持“綜合治理、合理利用、因害設防、因地制宜”的原則，主要以改造坡耕地、荒地為主，結合植樹造林、改壟耕作、谷坊等調節坡面徑流的措施，制止水土流失，同時提高經濟效益。

3.1 坡耕地治理措施

3.1.1 改壟措施

對于項目區內的坡耕地，在土層較薄且不利于修筑水平梯田的前提下，可采取改壟措施，按等高耕作原則作壟[2]。農民每年耕作時，從上向下翻土，使兩梗間地面坡度逐漸減緩，增加土壤入滲，從而提高土壤抗蝕性能，減輕土壤沖刷坡地。具體方法有兩種：①深耕松土，耕松深度要以打破犁底層、提高入滲能力為原則。②增施農家有機肥，促使土壤與肥料形成改壟措施，改壟面積1 000 hm2。

3.1.2 水平梯田改造措施

根據流域的自然條件及降雨特點，結合梯田改造的相關規范要求，水平梯田改造取10年一遇6 h最大降雨標準，確定不同坡度下最佳斷面。水平梯田斷面工程設計見圖1。

圖1 水平梯田斷面圖

圖1中：H1為土層厚度，m；H為田坎高，m；B1為田面斜寬，B1=B(H/sinα)，m；B為田面寬度，B=H(ctgα-ctgβ)，m；h為田埂高度，本次設計值為0.3 m；b為田埂頂寬，本次設計值0.3 m；α為原地面坡度，(°)；β為田坎側坡，一般取65°；V為挖方量，V=83.3H(m3/畝)=1 250H(m3/hm2)。

治理坡耕地坡度范圍為5°～10°，本次取5°、8°、10°共3種坡耕地坡度來分別確定水平梯田的各設計要素值[3]。田面凈寬根據機耕要求，分別取機耕的4倍和6倍兩種田面凈寬。水平梯田設計要素值表見表1。項目區修建水平梯田40 hm2。

表1 水平梯田設計要素值表

3.1.3 地埂植物帶

在流域內對5°～15°土層較薄坡耕地，采用地埂植物帶水土保持措施。根據流域的自然條件，降雨特點及規范要求，流域為干旱地區，降雨歷時短、強度大的特點，取10年一遇24 h最大降雨強度允許土壤流失量臨界值為計算標準。在5°～15°坡地上直接按等高線方向筑土埂，種植灌木形成植物帶，同時兼顧農耕具的播幅及耕幅，確定植物帶間距。根據該縣對坡耕地水土流失的研究成果，按水土流失方程A允許=RKSPL來推求坡長L，即：

L=A/RKSP

(1)

式中：A允許取2.8 t/a·hm2；R取125 J/m2；K取保護區0.26 t/hm2；S取0.07；C取0.25；P取0.3。

計算得L=16.4 m，結合機械的耕幅和土層厚度等耕作因素，地埂埂間距均用16.3 m。地埂植物帶種植灌木(棉槐)，間距1 m，共種植棉槐58.34萬株。本次治理面積951 hm2。

3.1.4 退耕還林

退耕還林措施中，魚鱗坑工程措施詳見荒山治理中魚鱗坑設計。

3.2 荒山治理措施

3.2.1 魚鱗坑設計

造林前一年的雨季，人工挖坑，設置魚鱗坑。春季人工植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，不窩根，先置表土，踏實，埋土至地徑以上2 cm。前3年每年松土除草2次，以后每年一次，禁牧。

魚鱗坑設計是水土保持中蓄水的重要措施，是通過攔蓄地表徑流來減少荒山荒地的水土流失[4]。其形狀上部為直線型，下部培成水平土埂，形如半月形或橢圓形，一般成品字型布置在坡面上，適用于地形較為破碎、不平整的地塊。規格為行距2～3 m，株距2 m，坑直徑1～1.5 m，坑深0.5～0.6 m，熟土回填，生土筑耕，攔水埂高0.3 m，回土深0.3～0.4 m，確保植物埋深度，工程沿等高線布置。魚鱗坑設計見圖2。項目區退耕還林面積300 hm2。

圖2 魚鱗坑設計圖

3.2.2 截水溝設計

對部分荒坡采取截水溝工程措施。根據流域自然條件、降雨特點及規范要求，荒坡截水溝設計洪水標準取10年一遇24h最大降雨量，經計算得到徑流模數為Mw=52 413.8 m3/km2。根據流域自然條件采用蓄水型截水溝，截流溝斷面設計如下：

截水溝的容量：V=VW+VSV

(1)

截水溝斷面面積：A=V/L

(2)

式中：L為截水溝長，m，根據坡度的不同，截水溝間距不同，一般5°以下及5°～10°取12 m，10°～15°取9 m，15°以上取6 m。則每畝截水溝長及其斷面面積計算見表2，截水溝設計圖見圖3。

圖3 截水溝設計圖

表2 截水溝性能表

項目區截水溝共50 km，在截水溝埂頂種植喬木(刺槐)，間距0.5 m，共種植刺槐10萬株。

3.2.3 封禁治理

本次根據該流域植被情況，依據《水土保持綜合治理技術規范》(GB/T 16453.2-1996)，選擇項目區內幼林地，采用封禁、治理、撫育相結合，恢復林地植被，防止水土流失[5]。本次封禁治理措施為：用砼樁鐵絲網圍欄、標志(圖4)，明確封育治理范圍，有效防止人畜任意進入；封育方式實行全年封禁，嚴禁人畜進入，以利植被恢復。在顯著位置設置標識牌，注明封禁區的周邊范圍、面積、封育類型、封育時間、封山公約的主要內容和管護人員信息等。

圖4 混凝土樁圍欄設計圖

項目區共進行封禁4 963 hm2，圍欄22 500 m，標志牌45個，宣傳碑9座，標志碑1座。

3.3 無工程措施果園改造、退耕還果

對于地塊零散、土質較差、水肥條件較好的無工程措施耕地、果園，要進行池臺田整地。果樹池臺田設計規格見圖5，株行距4 m×4 m，每株樹為一個水平池，池周筑埂，上頂0.3 m，下底0.6 m，埂高0.4 m，池中挖栽植坑，單坑規格為0.6×0.6×0.6 m，經濟林整地中一般采用此方法。項目區退耕還果面積為300 hm2。

圖5 果樹池臺田設計規格圖

3.4 溝道治理工程

3.4.1 谷 坊

根據項目區石材料、土料實際分布情況分別建設土谷坊、石谷坊，谷坊布置位置宜選擇在溝道最窄處，溝道上游平緩寬敞，有利于攔蓄更多的泥沙[6]。當谷坊連續修建時，上下兩座谷坊之間的距離以谷坊的溝底坡度來確定。流域內侵蝕溝多為V字型，溝底多為土質，且比降較大，因此采用谷坊工程措施治理侵蝕溝，流域中共布設谷坊180座。谷坊位置的選擇原則如下：①按規劃要求，先上后下，先支后干，統一布設；②選肚大脖細處，既省工省料，庫容也較大；③選擇溝口狹窄處，溝底、溝幫、溝床基巖外露，比較堅固的地方；④選就地取材較方便之處；⑤上游有寬闊平坦的攔蓄泥沙的地方。

根據流域中侵蝕溝的形狀特點及修建材料，本次所選谷坊為石谷坊，因干溝有進溝里的較寬道路，不宜布置谷坊，谷坊都布設在支溝上，谷坊高度為2.0 m。以石谷坊工程為例，谷坊斷面尺寸考慮規范及流域內侵蝕溝的特點初步擬定斷面尺寸見表3，石谷坊設計圖見圖6。

表3 石谷坊工程斷面尺寸表

圖6 石谷坊設計圖

3.4.2 溝頭防護

溝頭防護埂是用于攔蓄坡面徑流，防止溝頭發展的治溝工程。根據流域自然條件，溝頭防護工程防御標準為10年一遇6 h最大暴雨。由于溝頭來水量較小，所以采用蓄水型溝頭防護埂形式。圍埂位置根據規范要求；布設在距溝頭5 m處，沿溝頭邊界走向，共布設2道，間距為6 m。每道溝頭防護埂長取50 m。根據蓄水量要求，溝頭防護埂工程規格見表4。

表4 溝頭防護埂工程規格表

3.4.3 圍埂植物措施

在圍埂的表面種植喬木以固定圍埂，溝頭防護示意圖見圖7。項目區共進行溝頭防護6 km，在溝頭埂頂種植喬木(刺槐)，間距0.5 m，共種植刺槐1.2萬株。

圖7 溝頭防護示意圖

4 結論及建議

通過本項目區水土流失的綜合治理措施技術體系，可以有效防止項目區水土流失，提高土地生產能力，同時加快祁連山自然保護區生態修復，改善當地生態環境和生產條件，保護祁連山自然保護區的珍貴土地資源，有效遏制了自然保護區內水土流失的進一步發展和擴大。