典型黑土區侵蝕溝的綜合生態治理實踐

孫業欣

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 基本情況

本工程主要涉及建設農場第三管理區和第五管理區，土地總面積13 502 hm2，區內耕作土壤主要有黑土、草甸土，耕地總面積為7468 hm2。侵蝕溝總長6887 m，溝壑密度0.09 km/km2

工程區植被區劃屬小興安嶺闊葉紅松林亞區與松嫩平原羊草草原區的過渡地帶，植被主要有沼澤植被和農業植被兩種類型。

區內降水年際間變率大，最多年份降水量776.4 mm，發生在1994年，最少年份303.7 mm，發生在1989年。夏季降雨集中，降雨強度大，7—9月降水量占全年總降水量的80%。

工程區總人口4278人，其中農業人口3850人，勞動力3383人。農業和牧業是農場經濟的支柱產業。2014年末，年均生產總值46 646萬元[1-4]。

1.2 水土流失和治理狀況

1.2.1 水土流失現狀

項目所在地建設農場地貌類型為漫川漫崗，水土流失嚴重，水土流失主要類型為水力侵蝕，主要是坡耕地的面蝕和侵蝕溝的溝蝕。工程區現有侵蝕溝22條，侵蝕溝總長6887 m，溝壑密度0.09 km/km2，土壤侵蝕模數1150 t/(km2·a)。已實施的水土保持工程有秸稈還田和深松，措施總面積為89.2 hm2。由于侵蝕溝切割耕地、側蝕耕地，農場沒有專項資金治理，致使水土流失治理成效不顯著。主要是坡耕地的面蝕和侵蝕溝的溝蝕，溝蝕主要以溝頭前進、溝底下切和溝岸擴張三種方式，不斷地割切和吞蝕地面，使地面變得支離破碎，溝壑的面積和體積越來越大。

侵蝕溝給人民生產生活帶來很大危害：毀耕地、毀道路、毀橋、毀涵等。

(1)破壞黑土地，蠶食耕地。侵蝕溝切割耕地，使耕地由長變短，由大變小，地塊被切割得支離破碎，嚴重影響了農場的現代化機械作業。侵蝕溝不斷發育，溝頭溯源、溝底下切、溝岸擴張，大量侵吞耕地，使黑土耕地土層變薄、數量變少，黑土耕地損失破壞嚴重。

(2)降低土壤養分，削弱地力。由于坡面徑流帶走表土的養分，使坡耕地土地瘠薄，耕地質量下降，產能逐年降低，黑土大糧倉遭受嚴重威脅。

(3)淤積湖庫河道，影響防洪。水土流失造成河流水質含有大量泥沙，流失的泥土隨水進入湖庫河流，造成湖泊水庫河道淤積堵塞，污染湖庫，水質惡化，縮短水庫使用壽命，影響河道防汛行洪。

(4)環境功能減退，災害頻發。水土流失造成生態環境惡化，抵御自然災害的能力降低，水、旱災害頻繁發生，土壤蓄水能力下降，糧食產量低，農民收入減少。

1.2.2 水土流失治理現狀

建設農場在多年的水土流失治理工作中積累了許多經驗，針對不同類型和發展程度的侵蝕溝，因地制宜，因害設防，溝坡兼治，系統治理，采用工程和林草措施相結合綜合治理水土流失，取得了較好的生態、經濟和社會效益。在侵蝕溝治理方面積極應用秸稈填埋、柳編護溝等新技術、新方法，使溝毀耕地得到恢復和保護，遏制侵蝕溝發展，有效保護黑土耕地。

1.2.3 主要問題

工程區在水土流失治理工作中取得了許多成就和經驗，但由于資金短缺，沒有統一的規劃設計，水土流失的治理成效不顯著，治理進度緩慢，仍存在以下問題：①資金分散，無法大面積開展水土保持工作，形不成規模效應。②工程配套措施不完善，重水利工程建設輕林草措施，工程長遠效益得不到保障。③建后管理和科研觀測工作滯后。雖然在水保隊伍建設方面有所加強，人員素質得到較大提高，但跟不上水土保持工作的新形勢，管理和科研觀測工作滯后，缺乏對治理成果和效益的量化評價和分析。

2 工程總體布置與措施設計

2.1 工程總體布置

2.1.1 布置原則

根據項目區的特點，本工程遵循如下布置原則：①治理措施與主體工程相呼應，節約建造成本，提高經濟效益。②遵循客觀施工規律，嚴禁出現工序倒置現象，應按照先主后次，從頭到尾的順序施工。③嚴控材料的性能、觀感等質量標準，且遵循就近取材原則。④適當采用綜合治理方式，確保治理措施簡單有效。⑤適當選擇速生優良樹種。

2.1.2 措施布置

布設治理措施前，應該對項目及周邊環境做充分的調查和詳細勘察，根據發育特點和危害防治需求，選用適宜的治理措施。對溝坡侵蝕活躍、崩塌較重的溝段進行削坡減載；對于耕地中的小型侵蝕溝，采用秸稈填溝措施，恢復耕地；在來水量較大及溝頭跌差較大的侵蝕溝溝頭布設柳跌水；柳編護溝布設在溝底比降較大，但溝深較小的侵蝕溝中；在立地條件適宜的侵蝕溝溝坡、溝底采用密植插柳造林的措施。

2.2 措施設計

項目區共有22條侵蝕溝，根據《黑土區水土流失綜合防治技術標準》(SL 446—2009)和《水利水電工程設計工程量計算規定》(SL 328—2005)等相關規范要求，結合每條侵蝕溝特點，全部采取了削坡整形，其中直線削坡17條，直角削坡5條，削坡土方量為4944 m3；有9條侵蝕溝布設柳跌水9座，柳跌水長度共255 m，共1591 m2；有5條侵蝕溝布置秸稈填溝措施，共需填方總量3481 m3，其中土方1393 m3，秸稈捆2088 m3，恢復耕地面積約0.42 hm2；有16條侵蝕溝營造溝坡防蝕林，防止溝邊坍塌，造林面積3.14 hm2，苗木用量125 600株。

2.2.1 工程措施

(1)削坡整形。對侵蝕溝削坡整形的治理措施，應建立在其基本情況的前提下進行。應根據侵蝕溝的特點，制定相應的削坡角度、形狀等等，在削坡后還應采取一定的加固方式，如布設柳樁編籬谷坊、柳編護溝等措施，產生的多余土方可以直接平鋪溝底。直線削坡，布設柳樁編籬谷坊措施，削坡角為35°，如圖1所示。

圖1 侵蝕溝樁號處削坡斷面圖

削坡工程量計算如式(1)：

V=[ (2L1+L2+L3)×H/2-

(L2+L3)×H/2]×L

(1)

式中：V為削坡土方，m3；L1為削坡寬度，m；L2為原溝道上口寬，m；L3為原溝底寬，m；H為溝道深度，m；L為溝道長，m。

削坡寬度為L=0.62 m，上口平均寬6.56 m，下口平均寬2.92 m，平均深1.08 m，經計算，項目區內有22條侵蝕溝進行削坡整形，其中直線削坡17條，直角削坡5條，削坡土方量為4944 m3。

(2)柳跌水。針對侵蝕溝溝頭落差較大的侵蝕溝，采用柳條捆修建跌水坡，作為防沖排水通道，控制溝底下切和溝岸擴張，柳跌水的柳條鋪設厚度為20cm，寬度為侵蝕溝溝底寬度與兩側溝坡長度之和。有9條侵蝕溝布設柳跌水9座，柳跌水長度共255 m，共1591 m2

柳跌水關鍵施工步驟為：柳跌水的邊沿應用柳條捆壓住，然后在溝道頭段連續鋪設，根據溝道的侵蝕溝溝頭立地條件和跌差確定柳跌水的長度。接著采用人工施工削坡，然后在坡底端下逐級修筑。最底端的柳條梢方向應為順流方向，用柳樹樁釘牢，互相連成一個整體。最后在柳條投入使用后，應進行定期檢查，如遇極端天氣時，可加強檢查頻率并做好修復工作[5-6]。

(3)石籠干砌石溝頭防護。溝頭處布設石籠干砌石溝頭防護，溝頭處為一個過路涵洞的出口，即可以作為排水通道，又可以起到穩定溝床的作用。

漿砌石溝頭跌水陡坡坡比1∶2，跌差4.6 m，陡坡長9.2 m(水平段8 m)，消力池長6.0 m，池深0.6 m，石籠干砌石護坡護底15 m。

(4)石籠干砌石谷坊。項目區根據實際情況布設石籠干砌石谷坊與其他治理侵蝕溝的措施相互配合治理侵蝕溝6條，共布置石籠干砌石谷坊16座。谷坊嵌入溝邊1m，溝底0.5 m，谷坊尺寸如下：頂寬1 m，高2 m(地上1.5 m，地下0.5 m)，迎水坡1∶0.2，背水坡1∶0.5，壩體長7.17 m。本方案是石籠干砌石谷坊和其他治理措施結合治理侵蝕溝，根據侵蝕溝溝底比降等具體情況布設相應的谷坊，形成綜合防治體系，更好的治理侵蝕溝，如圖2所示。

(5)秸稈填溝。在黑土區域小型侵蝕溝恢復的治理措施中，最常用的方法是秸稈填溝。其具有便于機械化施工，恢復效果好等特點。對恢復耕地完整性，提高耕地利用率具有非常顯著的作用。項目區共有5條侵蝕溝布置秸稈填溝措施，共需填方總量3481 m3，其中土方1393 m3，秸稈捆2088 m3(秸稈捆17 405個)，恢復耕地面積約0.42 hm2。

秸稈填溝的關鍵工序為：先對侵蝕溝進行削坡，在溝底間隔3m左右插一排木樁，沿溝底鋪一層秸稈，秸稈捆尺寸(長×寬×高)0.6 m×0.4 m×0.5 m，沿溝底鋪設1層。將多余土方平鋪在上面，如圖3所示。

2.2.2 植物措施

項目區共有16條侵蝕溝營造溝坡防蝕林，防止溝邊坍塌，造林面積3.14 hm2，株距0.5 m，行距0.5 m，造林密度40 000株/hm2，苗木用量125 600株。

在溝坡和溝底布置防護林，造林圖式見圖4。

圖4 防蝕林造林圖示(單位：m)

造林技術措施：首先采用小穴整地方式造林整地，穴徑0.2 m，穴深0.15 m，隨整地隨造林。一般選擇在秋季造林，坑植插條，在溝底谷坊之間插灌木柳(柳條)。

3 效益分析

3.1 保水保土效益

水土保持措施的基礎效益包括蓄水效益和保土效益兩部分。根據《水土保持綜合治理效益計算方法》(GB/T 15774—2008)等相關規范，采用各類型區的徑流模數、侵蝕模數乘各項措施面積再乘各項措施的蓄水率、保土率是評價工程措施和造林工程蓄水、保土效益的主要參數，具體參數見表1。

表1 各項措施保水保土效益指標

根據表格數據可以分析出，蓄水保土能力符合設計和規范要求，項目的治理措施效果顯著。年減少泥沙下泄量4785 t，土壤侵蝕模數將由治理前的1150 t/(km2·a)降低到1040 t/(km2·a)，減蝕率為9.60%。年可蓄水量0.95萬m3，蓄水率0.11%。

3.2 社會經濟效益

建設農場侵蝕溝道的治理，有效地控制了侵蝕溝積蓄切割耕地，改良土壤理化性狀，使農田土壤環境向良性循環轉化，提高了區內抗御自然災害的能力。間接地提高了糧食產量，確保了居民具有較為適宜的生產生活的條件，提高了當地人民的生活水平。通過分析調查數據可以得出，本項目經濟效益主要指灌木造林增產枝條量收入。項目區造林面積5.27 hm2，措施生效后年產柳條1976 kg，產生經濟效益0.04萬元[7-8]。

4 結 語

針對建設農場侵蝕溝發育特點和危害形式，采取工程和植物防治相結合的措施綜合治理侵蝕溝，增強了溝道的行洪能力，使坡面來水安全的匯入河道，保證了侵蝕溝到所在流域的安全，改善當地群眾生產生活條件，進而幫助群眾增加收入。水土保持效益監測表明，隨著水保措施的有序實施，坡耕地土壤侵蝕被有效控制，黑土耕地得到有效保護。但本項目在施工過程總也造成了一定的水土流失，今后將仍需要優化治理方案。