基于生態(tài)清潔型小流域水土流失治理措施分析

馮 文

（吉安市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 吉安 343000）

0 前 言

生態(tài)清潔型小流域治理模式是在傳統(tǒng)小流域水土保持工作基礎(chǔ)上延伸出來的一種新模式，強(qiáng)調(diào)“生態(tài)優(yōu)先，治理為本，保護(hù)水源”的工作要求，通過生態(tài)修復(fù)與生態(tài)保護(hù)等措施，打造“山水林田湖草”的綜合防治新格局，最終實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。從我國(guó)實(shí)際情況來看生態(tài)清潔型小流域治理模式具有廣闊的發(fā)展前景，可以解決很多地區(qū)存在的水土流失問題，具有可行性，而永豐縣早在生態(tài)清潔型小流域治理中取得了良好成績(jī)，值得其他地區(qū)借鑒、學(xué)習(xí)。

1 項(xiàng)目背景

永豐縣位于江西省東部，全縣面積2695km2，根據(jù)第七次人口普查結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)爻Ｗ∪丝跒?88464 人。根據(jù)2020 年《江西省（永豐縣）水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)》的相關(guān)內(nèi)容可知，當(dāng)?shù)厮亮魇Э偯娣e達(dá)到了1345.81hm2，占總面積的36.9%。項(xiàng)目土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，年平均侵蝕模數(shù)為550t/km2·a。

而根據(jù)進(jìn)一步調(diào)查，總結(jié)了當(dāng)?shù)厮亮魇У脑虬ǎ?/p>

1）自然因素。永豐縣小流域?qū)儆诘湫偷膩啛釒駶?rùn)季風(fēng)性氣候區(qū)，當(dāng)?shù)氐慕涤炅砍渑妫悄觌H變化大，且時(shí)間分布不均勻。例如當(dāng)?shù)氐?～9 月份的降雨量大，暴雨頻發(fā)，同時(shí)當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間長(zhǎng)，造成蒸發(fā)量大，容易造成土壤干旱，表層稀疏，一旦發(fā)生大規(guī)模降雨可能會(huì)造成土壤流失[1]。

2）人為因素。從小流域角度來看，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程加快，會(huì)加劇當(dāng)?shù)厮亮魇КF(xiàn)狀。

2 生態(tài)清潔型小流域治理模式的實(shí)施方案

2.1 布局方案

在永豐縣生態(tài)清潔型小流域治理模式中，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)小流域治理進(jìn)行了總體布局，基本思路包括：

2.1.1 設(shè)置生態(tài)自然修復(fù)區(qū)

選擇人為活動(dòng)少、自然植被良好的區(qū)域，采用封禁管護(hù)和人工治理的方法減少當(dāng)?shù)氐乃亮魇闆r。因此在生態(tài)自然修復(fù)區(qū)中進(jìn)行嚴(yán)格的封禁治理方案，累積面積達(dá)到了1122.8hm2。不同地區(qū)的處置措施不同，具體包括：①在水土流失輕微地區(qū)，采取封禁管理的方法，當(dāng)?shù)匾灾脖槐Ｗo(hù)為主，依托生態(tài)的自我恢復(fù)能力，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的重建；②針對(duì)樹木稀疏或者分布不均勻的地區(qū)，則采取以補(bǔ)植為主的處理方法，其目的是短時(shí)間內(nèi)保障植被的恢復(fù)，提升植被覆蓋面積，減少水土流失[1]；③人員稀少區(qū)域不采取治理方法，通過自然修復(fù)能力達(dá)到有效控制水土流失的效果。

2.1.2 綜合治理區(qū)域

在該區(qū)域中因?yàn)槿藶榛顒?dòng)頻繁，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失問題，因此在實(shí)施階段可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況制定針對(duì)性的改造方案。其具體資料如表1 所示。

表1 綜合治理資料表

1）水土流失治理工程。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)厮亮魇栴}嚴(yán)重，共計(jì)達(dá)到50.3hm2。而針對(duì)火燒跡地，部分地區(qū)由當(dāng)?shù)卮迕褡孕醒a(bǔ)種，占比約為20.0%，其余部分尚未處理；當(dāng)?shù)氐挠筒栝_墾地的面積為33.72hm2，均完成整地與種植，但是雨季路面泥濘，難以通行；當(dāng)?shù)嘏潘诰鶠橥临|(zhì)排水溝，是加劇水土流失的危險(xiǎn)因素。因此根據(jù)現(xiàn)狀，當(dāng)?shù)夭扇〉膽?yīng)對(duì)措施包括：建立新型排水溝渠4.3km，補(bǔ)植水保林0.89hm2；增設(shè)沉砂池22 座，并修建4.1km 的生產(chǎn)道路。

2）人居環(huán)境改造。在該項(xiàng)目中，上固村是人居環(huán)境改造的重點(diǎn)內(nèi)容，主要措施包括：①提升人居環(huán)境。相關(guān)人員在對(duì)上固村進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)走訪之后，立足于“建設(shè)美麗鄉(xiāng)村”的目標(biāo)，對(duì)蓮花廣場(chǎng)以及濱河公園等做景觀改造，并整合當(dāng)?shù)匾呀?jīng)建成的生態(tài)景觀設(shè)施，打造了沿河生態(tài)景觀走廊，在提升居民生活質(zhì)量的同時(shí)，有效改善了水土流失問題；②強(qiáng)化宣傳。根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼{(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卮迕裨谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的不合理使用農(nóng)藥等行為造成了嚴(yán)重的水資源污染，因此當(dāng)?shù)蒯槍?duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題進(jìn)行了大面積的宣傳教育，闡述不合理使用化肥農(nóng)藥對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，同時(shí)介紹當(dāng)?shù)仃P(guān)于水土保持的相關(guān)政策等[2]。通過設(shè)置一座村宣傳牌，進(jìn)一步深化村民對(duì)水土保持問題的認(rèn)識(shí)。

2.2 河溝整治

2.2.1 河溝水面線計(jì)算

按照防洪工程的相關(guān)內(nèi)容，案例項(xiàng)目中采用能量方程計(jì)算的方法推算出河道設(shè)計(jì)水面線，通過構(gòu)建河道上、下斷面參數(shù)，掌握河溝水面線的詳細(xì)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為：

式中：Z上與Z上分別代表河溝水面線的上斷面與下斷面；為流速水頭；hf與hj代表上下斷面的沿程水頭損失與局部水頭損失。

根據(jù)上述計(jì)算內(nèi)容，該項(xiàng)目中控制斷面水位的詳細(xì)資料如表2 所示。

表2 控制斷面設(shè)計(jì)水位信息

2.2.2 護(hù)岸設(shè)計(jì)方案

在該項(xiàng)目護(hù)岸設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，設(shè)計(jì)人員遵照以人為本、人水和諧的工作要求，盡可能地實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與周邊景觀之間的協(xié)調(diào)性，所采取的護(hù)岸結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

在圖1 所介紹的結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)為C20 混凝土，墻體為混凝土砌塊；采用拋石護(hù)角方法；在砌塊上用C20 混凝土壓頂，并鋪設(shè)彩色透水磚。在護(hù)岸護(hù)坡設(shè)計(jì)中，設(shè)置坡比為1:2.0。

2.2.3 邊坡穩(wěn)定性處理

邊坡穩(wěn)定性關(guān)系到水土保護(hù)效果，而結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況可知，在護(hù)岸范圍內(nèi)的表層以填土層為主，下面為少量的粉質(zhì)黏土，這一特殊結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。因此為實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性的目標(biāo)，該項(xiàng)目中采用瑞典圓弧法展開進(jìn)一步分析，其計(jì)算方法如公式（2）所示。

式中：b為土條的寬度，m；為滑動(dòng)面土層的凝聚力系數(shù)，kN/m2；θi為滑弧交點(diǎn)位置切線與土條中心線的夾角，度；W1i與W2i為土條重量，t；Φ＇i代表土層的內(nèi)摩擦角，度。

根據(jù)公式（2）展開驗(yàn)算后，計(jì)算得出該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)邊坡的系數(shù)為2.0，安全系數(shù)結(jié)果為1.429，安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1.10（5 級(jí)），符合相關(guān)規(guī)定，所以可以認(rèn)為該項(xiàng)目中的護(hù)岸邊坡具有安全性。

2.2.4 基礎(chǔ)沖刷深度

根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果，該項(xiàng)目中確定水流最大沖刷坑深度為0.78m，護(hù)岸基礎(chǔ)埋深取值為1.0m。

2.2.5 擋墻穩(wěn)定性計(jì)算

該項(xiàng)目中在擋墻穩(wěn)定性計(jì)算中，將計(jì)算的重點(diǎn)放在以下幾方面：

1）計(jì)算基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定性。該指標(biāo)的計(jì)算公式為：

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；[Kc]為容許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣP為作用在邊墻上的荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面所產(chǎn)生的切向分量；f為變量與基巖接觸面的抗摩擦系數(shù)，該數(shù)據(jù)可以根據(jù)地勘報(bào)告的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算；ΣW為作用在邊墻上的荷載對(duì)滑動(dòng)面的法向分量[3]。

2）抗顛覆穩(wěn)定性計(jì)算中，可以按照公式（4）內(nèi)容展開驗(yàn)算。

式中：K0為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；[K0]為容許抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣMy為作用在墻體上的荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩；ΣM0代表作用于墻體荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的傾覆力矩。

在上述擋墻穩(wěn)定性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，案例項(xiàng)目中分別提出了三種工況，具體工況信息為：①工況1，在擋墻建成后，墻的前后無水；②工況2，設(shè)計(jì)洪水位的工況，并且墻的前后水位均滿足洪水位的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；③工況3，洪水位快速下降。

根據(jù)上文公式（3）與公式（4）的計(jì)算結(jié)果，文章對(duì)案例項(xiàng)目中擋墻基底應(yīng)力與穩(wěn)定性展開分析，圍繞上述三個(gè)工況展開計(jì)算，詳細(xì)的計(jì)算結(jié)果如表3 所示。

表3 擋墻應(yīng)力與穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3 的相關(guān)數(shù)據(jù)可以認(rèn)為，該項(xiàng)目中河道擋墻的相關(guān)系數(shù)均滿足地基承載力的要求，符合當(dāng)?shù)睾拥乐卫淼南嚓P(guān)規(guī)范。

2.3 林草工程方案

林草工程是當(dāng)?shù)匦×饔蚝恿髦卫淼闹匾M成部分，該項(xiàng)目中所采取的措施包括：①造林整地。在項(xiàng)目開展的前一年冬季開展整地，盡量確保在雨季到來前的1 個(gè)月完成整地。其中在春季造林時(shí)機(jī)的選擇上，盡量控制在苗木萌動(dòng)前的7～10d，并在雨季到來后的15d 內(nèi)完成，這樣有助于保證苗木的成活率[3]；②整地方案。根據(jù)該項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，整地過程中所有穴狀整地以及水平階整地均采用人工施工方法，參照當(dāng)?shù)仄赂奶莨こ淌┕そ?jīng)驗(yàn)即可；之后在各個(gè)造林工程項(xiàng)目中，按照設(shè)計(jì)內(nèi)容施工[4]；在各工程填方土埂處理中，應(yīng)確保每層的夯實(shí)效果滿意，其干密度應(yīng)≥13kN/m3。在帶狀整體工程項(xiàng)目中，處理前可用水準(zhǔn)測(cè)量定線，并在修成后每隔10m左右設(shè)置小土擋，該土擋的高度為20cm；③苗木栽種過程中，其中所有的杉樹、濕地松、桂花樹等移栽苗木，運(yùn)輸過程中注意維持根部濕潤(rùn)，避免根部遭受日曬風(fēng)吹。栽種前認(rèn)真評(píng)估苗木的質(zhì)量，盡量選擇根系發(fā)育良好、完整的苗木[4]。栽植期間使用穴植法，種植過程中遵照“三填、兩踩、一提苗”的工藝，該工藝的優(yōu)點(diǎn)就是可以確保苗木根部徹底舒展，保障與土壤的結(jié)合度，提升存活率。在經(jīng)濟(jì)果林栽種過程中，需定植坑坑底挖松約20cm，并向其中施加充足的肥料，與底層土壤徹底拌和均勻后，再將苗木放入坑中栽種。此時(shí)在填土過程中應(yīng)先填埋表土、濕土，再填埋生土，最后踏實(shí)、澆水。

3 效益評(píng)價(jià)

根據(jù)永豐縣的實(shí)際情況，在落實(shí)生態(tài)清潔型小流域治理模式之后，取得了滿意效果，主要表現(xiàn)為：

1）從經(jīng)濟(jì)效益來看，通過生態(tài)清潔型小流域治理模式可以每年增產(chǎn)木材0.04 萬m3，總經(jīng)濟(jì)價(jià)值超過24 萬元，直接實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)鼐用裨鍪铡Ｍ瑫r(shí)該工程還提升了當(dāng)?shù)匦讲駭?shù)量，產(chǎn)值達(dá)到了24.88 萬元。

2）生態(tài)效益評(píng)價(jià)。從生態(tài)治理的效果來看，該項(xiàng)目落實(shí)之后，當(dāng)?shù)匦×饔蛩亮魇У闹卫矶瘸^87%，有效改善了當(dāng)?shù)厮亮魇栴}。例如根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后當(dāng)?shù)孛磕隃p少的土壤流失數(shù)量超過4.1 萬t，極大改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

3）社會(huì)效益評(píng)價(jià)。生態(tài)清潔型小流域治理模式顯著提升了當(dāng)?shù)氐耐恋乩眯剩涌飚a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也為居民提供了新的就業(yè)渠道。

4 結(jié) 語

永豐縣所采取的生態(tài)清潔型小流域治理模式取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)效益，證明該項(xiàng)目中關(guān)于生態(tài)治理的相關(guān)措施科學(xué)有效。因此各地區(qū)應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況優(yōu)化生態(tài)治理方案，這樣才能為解決水土流失問題奠定基礎(chǔ)。