黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)溝道治理途徑研究

蘇廣旭，趙力毅

(黃河水利委員會 天水水土保持科學(xué)試驗站，甘肅 天水 741000)

黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)(以下簡稱“丘三區(qū)”)屬于黃土高原嚴(yán)重流失區(qū)，總面積3.55萬km2，包括六盤山以西的甘肅天水地區(qū)渭河流域及寧夏葫蘆河流域，六盤山以東的陜西寶雞地區(qū)渭河流域各支流，以及河南洛陽地區(qū)伊、洛河流域的一部分。調(diào)查和研究表明，丘三區(qū)的溝道有以下三個重要特征：一是溝道正處于侵蝕活動發(fā)展期。丘三區(qū)溝道發(fā)育的成因及程度與黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)、第五副區(qū)差異較大，大多正處于侵蝕活動發(fā)展期，主要表現(xiàn)在溝谷界線不明顯，大部分溝道斷面呈V形，溝床比降大，重力侵蝕嚴(yán)重。二是土壤侵蝕類型地帶差異較大。丘三區(qū)地表覆蓋土層以第四紀(jì)黃土為主，但在地形分布上差異較大。梁峁部位土層深厚，水土流失嚴(yán)重的侵蝕溝部位土層較薄，主要分布第三紀(jì)紅土(系紅土、青雜土、紅砂土的合稱)，土性僵板、質(zhì)地黏重、結(jié)持力大、通透性差、遇水易飽和。三是溝道侵蝕劇烈。據(jù)天水市羅玉溝流域土壤侵蝕特征研究，丘三區(qū)溝道土壤侵蝕的主要方式是溝床下切、滑坡、崩塌、瀉溜和溝頭前進等；土壤侵蝕模數(shù)高達15 000 t/(km2·a)，是坡面的1.63倍，活躍期溝道面積僅占流域面積的13.2%，但產(chǎn)沙量卻占流域的58%。嚴(yán)重的溝蝕導(dǎo)致溝床下切、溝岸擴張、溝壁失穩(wěn)、山體滑坡，大量泥沙向下游輸移。丘三區(qū)溝道侵蝕十分劇烈，是黃土高原重力侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。

近年來通過以小流域為單元的水土流失綜合治理及區(qū)域性示范區(qū)水土保持生態(tài)工程建設(shè)等，丘三區(qū)水土保持工作取得了明顯成效，但其中溝道治理一直是薄弱環(huán)節(jié)。因此，本研究對丘三區(qū)溝道治理的技術(shù)條件和治理途徑進行總結(jié)，希望能為積極踐行區(qū)域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展、加快治理速度和提高治理水平提供幫助。

1 溝道治理探索歷程及經(jīng)驗

早在20世紀(jì)40年代，天水水土保持科學(xué)試驗站(以下簡稱“天水站”)就在大柳樹溝的小支溝開展了溝道谷坊工程等試驗研究工作；50年代又在呂二溝系統(tǒng)研究推廣了溝道谷坊工程；1955年開始進行人工修筑溝壑土壩的試驗和探索，在呂二溝修建的楊家溝土壩為丘三區(qū)第一座實驗性攔泥土壩(后稱淤地壩)；至60年代初在天水藉河流域、秦安清水河流域人工筑壩8座，修建小型水庫1座(蘇家峽水庫)；70年代后期，在天水地區(qū)呂二溝、桐木溝、柳溝、老牛溝等進行了以定向爆破法和水墜法筑壩為主的試驗和探索；80年代，在羅玉溝進行了土柳谷坊、溝頭防護等溝道工程試驗，對控制溝頭前進、溝岸擴張和溝底下切起到了重要作用；2000年以后，結(jié)合藉河示范區(qū)項目建設(shè)，天水站承擔(dān)了示范區(qū)7座骨干工程和19座小型淤地壩的設(shè)計、施工等建設(shè)任務(wù)，通過現(xiàn)場調(diào)查、設(shè)計、施工，總結(jié)出了丘三區(qū)淤地壩建設(shè)的經(jīng)驗，即丘三區(qū)溝道斷面大多呈V形，溝道正處于侵蝕活動發(fā)展期，溝道比降大，侵蝕強烈，在該區(qū)域建壩是可行的。從目前來看，藉河示范區(qū)7座骨干壩和19座小型淤地壩運行良好，對固溝防沖、攔泥保土、防治水土流失起到了重要作用。2006年，作為“十一五”國家科技支撐計劃項目“寬谷丘陵區(qū)農(nóng)牧綜合開發(fā)模式研究與示范”課題中溝道治理與開發(fā)研究的重要內(nèi)容之一，針對丘三區(qū)的溝道水土資源利用問題，研究并提出了微型溝臺階化整治工程。此后，在甘肅省天水市中山溝流域的部分溝道實施了微型溝臺階化整治工程，總結(jié)了工程設(shè)計、建設(shè)實施、示范推廣和效益分析的經(jīng)驗。微型溝臺階化整治工程是溝道治理的一項新措施，為丘三區(qū)溝道水土流失治理與開發(fā)利用提供了示范樣板，并在羅玉溝等流域進行了推廣，取得了較好的成效。丘三區(qū)溝道治理探索歷程中的基本經(jīng)驗如下：

(1)尊重自然，從水土流失發(fā)生、發(fā)展規(guī)律出發(fā)，科學(xué)治理。該區(qū)的水土流失治理必須堅持“保梁、治坡、固溝，治坡先行”的治理方向。小流域坡面是水土流失的源頭，溝壑是水土流失的后果。治溝必先治坡，溝坡兼治，保土必先保水。在坡面治理的基礎(chǔ)上，在支毛溝修建土柳谷坊，干溝打壩筑庫，把植物措施和工程措施結(jié)合起來，把治坡治溝和治河結(jié)合起來，把當(dāng)前利益和長遠利益結(jié)合起來，把除害與興利結(jié)合起來，集中治理，連續(xù)治理。而如果違反自然規(guī)律，本末倒置，分散治理，盲目施工，就會受到大自然的懲罰。例如，早期呂二溝毛家莊的楊家溝，違背客觀規(guī)律，在坡面治理之前，過早地在溝口筑壩(被稱為丘三區(qū)第一座淤地壩)，不到兩年全部淤滿失效。20世紀(jì)50年代后期，天水地區(qū)治溝工程建設(shè)受政治形勢影響，忽視自然條件：一是控制面積增大，大多在50 km2以上，個別達到150～200 km2；二是壩高增大，大多在30 m以上，個別甚至超過40 m。結(jié)果這些溝壑土壩大部分被迫停工，已完成的也多被洪水沖毀。這些都是應(yīng)該汲取的教訓(xùn)。

(2)科學(xué)勘察、規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)都是至關(guān)重要的。由于對區(qū)域溝道發(fā)育特征等認識不足、缺乏科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、竣工后管護不力、未能及時加高壩體和修建放水工程等，20世紀(jì)50—70年代建設(shè)的淤地壩普遍存在規(guī)劃、設(shè)計、施工技術(shù)含量低，因此最終往往無法抵御暴雨洪水的襲擊出現(xiàn)垮壩或決口。目前保存的大多為20世紀(jì)80年代之后修建的中小型淤地壩和水土保持治溝骨干工程。2000年后，藉河示范區(qū)水土保持治溝骨干工程建設(shè)的探索與實踐表明，淤地壩建設(shè)是該區(qū)行之有效的溝道治理途徑，坡面治理與溝道治理相結(jié)合對防治水土流失、減少入黃泥沙具有重要的意義。

(3)根據(jù)丘三區(qū)自然和社會經(jīng)濟狀況，以及山多地少、人口密度大等特點，持續(xù)抓住水土保持與水土資源的高效利用，充分合理利用土地，提高土地生產(chǎn)率，增強抗御災(zāi)害的能力。溝道治理中必須重視對溝道水土資源的利用。微型溝臺階化整治工程在防治溝道水土流失、增加耕地面積、提高雨洪利用率、增加農(nóng)民收入、改善農(nóng)村環(huán)境等方面發(fā)揮了明顯的作用，尤其在促進社會主義新農(nóng)村和清潔小流域建設(shè)方面具有重要的現(xiàn)實意義。此外，還對分布較多、治理難度較大的坡溝陡坎、懸崖探索實施了經(jīng)濟生態(tài)化治理，以提升整體生態(tài)環(huán)境整治水平。

(4)在丘三區(qū)建設(shè)淤地壩是完全可行的。與黃土丘陵區(qū)其他類型區(qū)相比，丘三區(qū)淤地壩的首要功能是固溝防沖，抑制溝岸擴張、溝頭前進和溝底下切。在規(guī)劃布局上，主要支溝以中小型淤地壩為主，合理布設(shè)治溝骨干工程；支毛溝配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合；對適宜侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝應(yīng)大力推廣微型溝臺階化整治工程。

2 溝道治理的技術(shù)條件和途徑

2.1 淤地壩建設(shè)

丘三區(qū)溝道的自然特征和高壩小庫容的建壩條件，對淤地壩工程質(zhì)量和防洪安全要求較高。此外，淤地壩建設(shè)還存在自然土壤干容重大、工程投資大、壩系建設(shè)條件較差、筑壩施工方法單一、淤地壩淤積年限長等問題。因此，該區(qū)淤地壩工程建設(shè)應(yīng)以中、小型壩為主；碾壓壩體土料最優(yōu)含水量宜控制在18%左右，碾壓壩體干容重1.50～l.65 t/m3；在合理布設(shè)淤地壩的同時，配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合。

2.2 支毛溝谷坊工程、溝頭防護和溝坡防護林建設(shè)

據(jù)調(diào)查，丘三區(qū)兩岸比較陡峭的支毛溝、陡崖和溝崖的崩塌、滑塌、滑坡和瀉溜比較嚴(yán)重，是水土流失的重要源地；溝道上部為滑塌覆蓋，其下為紅土，再下為沉積基巖。因此，在丘三區(qū)實施植物谷坊最為適宜，即柳谷坊、草皮谷坊等。具體建設(shè)中，一是必須和溝坡刺槐林防護相結(jié)合，在兩岸植被覆蓋較好的條件下，攔泥防沖效果顯著，也給溝底林草創(chuàng)造了適生條件，促進了林草生長；二是溝道比降應(yīng)小于30%，谷坊間距以5～15 m為宜，間距的大小與土質(zhì)、比降、地形有關(guān)，可適當(dāng)調(diào)整間距；三是堅持小多成群谷坊布設(shè)的原則；四是在陡峭的溝頭配套布設(shè)溝頭防護工程，并以懸臂挑流式為最佳。

2.3 微型溝臺階化整治工程

微型溝臺階化整治工程是通過人工改造，將破碎的溝道整治成梯田化臺階地的過程，即在侵蝕溝道的幼年期，通過人工改變微地形特征，分散徑流，盡量就地利用，阻斷侵蝕形成的條件。它是一項既保持水土又增加耕地面積的新型溝道治理措施，是緩解黃土丘陵溝壑區(qū)人地矛盾的一項新措施。微型溝即侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝。在丘三區(qū)，溝道長0.2～2.5 km、寬3～50 m、深5～40 m、縱比降15%以下、溝坡坡度小于35°、分布密度1.85～6.32條/km2、溝壑密度1.5～3.0 km/km2，且治理程度在65%以上、坡面梯化程度70%以上、沒有大的水流進入的溝道，適宜進行臺階化整治(在其他土壤侵蝕地區(qū)，整治的微型溝規(guī)模可根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件合理確定)。微型溝臺階化整治實施后，一是在生態(tài)建設(shè)方面，改變了溝道原始形態(tài)和原始水流通道，降低了溝道比降，縮短了坡長，抬高了侵蝕基準(zhǔn)面，調(diào)整了流域水文網(wǎng)絡(luò)，改變了溝道匯流的地形因子，減緩了徑流流速，延長了匯流時間，減輕了雨洪徑流沖刷，具有明顯的減水減沙作用；二是在溝道內(nèi)種植農(nóng)作物或栽植經(jīng)濟林，能夠增加地面植被覆蓋和攔截坡面徑流，既保持了水土又改善了環(huán)境；三是實現(xiàn)了雨洪資源的就地利用，通過合理利用溝道內(nèi)水分，既解決了溝道植物生長缺水的問題，又增加了作物和果木產(chǎn)量；四是增加了耕地面積，提高了當(dāng)?shù)厝罕姷氖杖胨健?/p>

2.4 生態(tài)陡坎治理

丘三區(qū)小流域溝間地和溝谷地陡坎、懸崖廣布，一直是黃土高原生態(tài)治理的難點。分析其主要原因：一是坡度大，穩(wěn)定性差，工程較難布置；二是旱季水分條件差，植物生長困難，而雨季又極易形成土壤侵蝕。近年來，天水站在陡坎治理方面進行了有益探索，采用微潤灌技術(shù)，在陡坎植物種植上有所創(chuàng)新，形成了具有經(jīng)濟、生態(tài)特色的植物陡坎。主要采用以下兩種辦法：一是微潤灌種植經(jīng)濟灌木。在陡坎(45°～90°)上采用機械打孔，選擇耐寒、耐旱的經(jīng)濟灌木(如枸杞子、紫穗槐等)進行種植，用直插式微潤管直接給其根部供水，保證其成活；可分時間段和不同層面供水，以防大面積長時間供水造成陡坎滑塌；水源可選用陡坎以上部分做集流場和小型蓄水池供水，或用蓄水式溝頭防護提供水源，有條件的還可選用其他供水方式。二是藤類幕簾種植。在陡坎上方種植可下垂類藤本植物(如葛藤類)，使其在雨季形成下垂幕簾，既可防治水土流失，又可達到綠化效果。

3 結(jié) 語

(1)在丘三區(qū)建設(shè)淤地壩是可行的。與黃土丘陵區(qū)其他類型區(qū)比較，丘三區(qū)淤地壩建設(shè)的首要功能是固溝防沖，抑制溝岸擴張、溝頭前進和溝底下切。

(2)在丘三區(qū)，微型溝臺階化整治工程是一項既保持水土又增加耕地面積的新型溝道治理措施，是緩解黃土丘陵溝壑區(qū)人地矛盾的一項新措施。同時，生態(tài)陡坎治理也是提升小流域整體生態(tài)環(huán)境整治水平的有益探索。

(3)丘三區(qū)溝道治理是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在規(guī)劃布局上應(yīng)注意：主要支溝以中、小型淤地壩為主；支毛溝配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合；對適宜侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝應(yīng)大力推廣微型溝臺階化整治工程。