坡耕地水土流失治理方案研究

吳小扁

（1.水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院,江蘇 南京 210029；2.南京瑞迪建設(shè)科技有限公司,江蘇南京 210029）

1 項(xiàng)目概況

某坡耕地水土流失綜合治理工程位于山東省水土流失重點(diǎn)治理區(qū),根據(jù)土地詳查資料,項(xiàng)目區(qū)所涉耕地面積1055.75 hm2,其中待治理坡耕地面積948.77 hm2,約占總耕地面積90%。項(xiàng)目區(qū)屬黃土殘塬溝壑區(qū),區(qū)內(nèi)梁峁重迭,溝壑縱橫,坡陡溝深。海拔最高1150 m,最低830 m,相對(duì)高差320 m。項(xiàng)目區(qū)地形起伏較大,垂直變化十分明顯,且坡耕地占比較多,水土流失較為嚴(yán)重。

溝谷形態(tài)組合為接近塬面以沖溝發(fā)育為主且形成直立狀黃土陡崖,所組成地層以第四紀(jì)上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土加結(jié)核層；溝谷的中部為較緩的溝谷平臺(tái)及斜坡為主要地貌特點(diǎn),上部分布第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土層；溝谷下部山坡呈“V”字型對(duì)稱的谷底,以陡坡、陡崖為主,第四系中更新統(tǒng)黃土狀土及結(jié)核夾層裸露。項(xiàng)目區(qū)屬于暖溫帶大陸性氣候,受季風(fēng)影響,降雨主要集中在夏季,春季多風(fēng)少雨,冬季溫度較低。多年平均降雨量632 mm。

2 水土流失現(xiàn)狀和成因分析

2.1 項(xiàng)目區(qū)水土流失現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū),調(diào)查資料顯示,項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕主要以水力侵蝕為主,侵蝕模數(shù)約為7280 t/（km2·a）。土地總面積138.41 km2,其中水土流失面積123.72 km2,約占總項(xiàng)目區(qū)面積的89%。工程區(qū)僅坡耕地一項(xiàng),若不采取治理措施,每年流失水13.40 萬m3,流失土4.21萬t。坡耕地的大量存在,嚴(yán)重的水土流失一方面導(dǎo)致土壤質(zhì)地的下降,降低了土地的生產(chǎn)力,影響當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)；另一方面也無疑會(huì)加大水土流失現(xiàn)象的發(fā)生,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成

嚴(yán)重的不可逆破壞。因此加強(qiáng)項(xiàng)目區(qū)坡耕地的綜合治理建設(shè)是改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的有效途徑。

2.2 水土流失成因分析

受自然環(huán)境影響,項(xiàng)目地由于地面高低不平,坡度變化較大,一遇到降水,就極易造成水土流失；項(xiàng)目區(qū)內(nèi)多年平均降雨量分布不均,其中6月~9月降雨量約占全年的70%,并且多以暴雨、冰雹等災(zāi)害性降雨的形式出現(xiàn),為項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕破壞和加劇水土流失提供條件；同時(shí),由于大量坡耕地的存在,坡耕地產(chǎn)量又極其低,耕墾指數(shù)高也是造成項(xiàng)目區(qū)水土流失較為嚴(yán)重的原因之一。

3 總體布置與方案設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)各地塊的地理位置和地形條件,采取因地制宜原則,水平梯田沿等高線布設(shè)。生產(chǎn)道路分為干路和支路設(shè)計(jì)兩部分,并按照經(jīng)濟(jì)適用性原則,盡量在原有道路的基礎(chǔ)上進(jìn)行修整拓寬,高差較大區(qū)域采用“S”形布置,從坡腳至坡頂盤繞而上。初步設(shè)計(jì)中項(xiàng)目區(qū)共劃分為4個(gè)工程區(qū),項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)坡改梯面積206.66 hm2,生產(chǎn)道路4.94 km。工程區(qū)坡耕地組成見表1。

表1 工程區(qū)坡耕地組成表

3.2 方案設(shè)計(jì)

3.2.1水平梯田設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)田寬6 m~35 m,根據(jù)不同坡度設(shè)計(jì)梯田優(yōu)化斷面（表2）。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇6 h最大暴雨,其中攔蓄徑流和攔沙分別在80%和攔沙90%以上。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)土質(zhì)特征,確定水平梯田斷面尺寸見圖1。

表2 水平梯田斷面尺寸表

圖1 梯田斷面尺寸

3.2.2道路設(shè)計(jì)

項(xiàng)目涉及工程主要為坡耕地修筑水平梯田和生產(chǎn)道路,工程布置及施工技術(shù)設(shè)計(jì)主要考慮的因素是：立地條件、投資水平、施工工效、工程成本。在施工工藝上遵循能機(jī)械不人工,能做土坎不做石坎的原則［1-3］。

（1）干路設(shè)計(jì)

干路主要為從坡腳至坡頂?shù)摹癝”形盤山道路,路面寬度為3 m,寬度和路面強(qiáng)度、坡度滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械行駛要求。根據(jù)實(shí)地調(diào)查,各工程區(qū)干路基本暢通,為節(jié)約用地和節(jié)省投資,盡量利用原有道路,本次設(shè)計(jì)新增干路建設(shè) 4.94 km。干路立體示意圖見圖2。

圖2 干路設(shè)計(jì)

（2）支路設(shè)計(jì)

支路即為田間作業(yè)道路,作為各梯田間的連接道路,當(dāng)坡度較低時(shí),支路設(shè)計(jì)為斜線形,當(dāng)坡度較大時(shí),支路設(shè)計(jì)為“S”形迂回上山。根據(jù)地形條件支路可與梯田埂坎或地埂相結(jié)合,其中支路寬為2 m,寬度和路面強(qiáng)度、坡度滿足行人和小型機(jī)械行駛要求。支路立體示意見圖3。

圖3 支路設(shè)計(jì)

3.2.3施工工藝和方法

項(xiàng)目區(qū)實(shí)施坡改梯面積 206.66 hm2,不同地面坡度的治理小斑現(xiàn)狀皆為坡耕地,表土全部剝離,剝離深度0.3 m。表土保留施工方法主要采取以下兩種。

（1）表土逐臺(tái)下移法。如圖4所示,該方法適用于坡度較陡和田面較窄的地形條件,步驟如下：①首先將最底部一層梯田修平,并對(duì)表土作清除處理；②取第二層擬修梯田表土,并推倒第一層梯田表面,并鋪設(shè)均勻；③按照上述方法逐層修整,直至頂層梯田修整完成。

圖4 表土逐臺(tái)下移法

（2）表土中間堆置法。該方法適用于田面寬10 m~15 m,見圖5。步驟如下：①與逐臺(tái)下移法類似,坡面梯田從下向上開始修筑,首先將最底部一層梯田修平,并將表土堆積在梯田中部位置；②取第二層擬修梯田表土,并堆置在梯田中部,此時(shí)將第一層堆置的表土均勻鋪設(shè)在第一層梯田表面；③按照上述方法逐層修整,直至頂層梯田修整完成。

圖5 表土中間堆置法

4 效益分析

4.1 生態(tài)效益

本項(xiàng)目主要措施是坡改梯,所以,新增蓄水能力和保土能力,主要計(jì)算水平梯田相對(duì)以坡耕地作為對(duì)照的減水、減沙效益。通過綜合治理,將項(xiàng)目區(qū)內(nèi)坡耕地修整為水平梯田,極大地減少了水土流失現(xiàn)象的發(fā)生,主要是由于通過治理延長(zhǎng)了徑流在土體表面上的滯流時(shí)間,減少土表徑流量的同時(shí)增加雨水下滲量,同時(shí),徑流沖刷力減小,水流泥沙能力也顯著降低,坡長(zhǎng)減短也避免大徑流的聚集。據(jù)有關(guān)研究資料表明,將坡耕地修成水平梯田后,在一般情況下,即日降雨50 mm~100 mm時(shí),徑流泥沙可以就地?cái)r蓄。生態(tài)效益主要計(jì)算項(xiàng)目實(shí)施后的新增蓄水能力和保土能力。項(xiàng)目實(shí)施后,平均每年可攔蓄泥沙 0.76 萬t,集蓄雨水2.39 萬m3。綜上所述,坡耕地水土流失綜合治理,不僅能有效減少水土流失現(xiàn)象的發(fā)生,同時(shí)又能夠有效攔截入黃泥沙,是實(shí)現(xiàn)黃河長(zhǎng)治久安的保障,使區(qū)域生態(tài)環(huán)境向良性循環(huán)發(fā)展。

4.2 社會(huì)效益

新修水平梯田除滿足糧食自足外還可作為經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展用地,設(shè)施農(nóng)業(yè)用地,促進(jìn)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整,為名特優(yōu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造條件。據(jù)山西省水土保持科學(xué)研究數(shù)據(jù)調(diào)查分析,在耕作方式和投入相同的條件下,與沒有治理的坡耕地相比,治理后每公頃平均增產(chǎn) 1989 kg,平均增產(chǎn)幅度約為45%。在對(duì)坡耕地進(jìn)行改造后,將原來的坡面耕地修整為臺(tái)階狀梯田,這樣不僅切斷了坡耕地的水流線,又增加了雨水下滲量。不僅能有效改善水土流失現(xiàn)象的發(fā)生,又能為提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收創(chuàng)造有利條件。

5 結(jié)論

開展坡耕地水土流失綜合治理工程建設(shè)是貫徹落實(shí)黨中央國(guó)務(wù)院重大決策部署的需求,是夯實(shí)藏糧于地,保障國(guó)家糧食安全的需求,是推進(jìn)鄉(xiāng)村振興,加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需求,坡耕地水土流失綜合治理工程。坡耕地水土流失綜合治理不僅能有效防控耕層土壤的流失,又能使區(qū)域生態(tài)環(huán)境向良性循環(huán)發(fā)展。本文以水土流失重點(diǎn)治理區(qū)某坡耕地綜合治理工程為例,對(duì)坡耕地治理方案設(shè)計(jì)和工藝方法進(jìn)行分析,并對(duì)其生態(tài)和社會(huì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。