PP織物袋梯田筑坎技術(shù)在陜南秦巴山區(qū)的應(yīng)用

李光錄，柳詩眾，鄧民興，劉利年，張 波，高 霞，周茂玲

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2.陜西省水土保持局，陜西西安710004;3.陜西綠為生態(tài)科技公司，陜西西安710054;4.洋縣水土保持工作站，陜西洋縣723300)

坡改梯是陜南秦巴山區(qū)一項重要的水土保持措施，也是保證當(dāng)?shù)厝罕娚畹臏仫柟こ?。秦巴山區(qū)每年實施坡改梯1.7萬～2.0萬hm2，其中70%是土坎梯地，這些梯地在蓄水保土和增加糧食產(chǎn)量方面發(fā)揮了重要作用[1-2]。但是，受土壤黏粒含量高、降雨強度大、土壤遇水膨脹等自然因素以及修筑、開發(fā)、利用中不合理的社會經(jīng)濟活動影響，梯田田坎垮塌現(xiàn)象極為嚴(yán)重。調(diào)查顯示，一般當(dāng)年修的梯地，在翌年雨季中就有30% ～40%的土坎發(fā)生崩塌或滑塌，嚴(yán)重者甚至高達(dá)80%[1]。梯田垮坎之嚴(yán)重令人觸目驚心!為解決這個問題，陜西省水保局曾多次組織專家調(diào)研，并采取了一系列預(yù)防梯田垮坎的措施，如建設(shè)塑料編織袋坎梯田、石坎梯田、混凝土預(yù)制件坎梯田等[3]。但是，由于材料易風(fēng)化、建設(shè)成本過高、石料短缺以及開山取石易造成新的水土流失和形成新的安全隱患等，上述措施無法得到大面積普及和推廣[4-7]。梯田垮坎已成為陜西南部梯田建設(shè)成敗的關(guān)鍵性因素，急需開展科技攻關(guān)探索新的筑坎技術(shù)，加快基本農(nóng)田建設(shè)速度。

為了順應(yīng)低碳經(jīng)濟時代的要求，積極探索和改進(jìn)坡改梯修筑技術(shù)，提高工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，解決陜南地區(qū)梯田垮坎問題，經(jīng)考察論證，將PP織物袋應(yīng)用于坡改梯筑坎。針對陜南秦巴山區(qū)梯田垮坎問題，分析PP織物袋筑坎技術(shù)的可行性和應(yīng)用前景，并對應(yīng)用效果進(jìn)行實踐論證。

1 試驗材料

PP織物袋是由含碳墨和其他抗紫外線(UV)成分與聚丙烯(Polypropylene)復(fù)合而成的新型高分子材料經(jīng)針刺雙面熨燙而成的無紡布。土工合成材料試驗(經(jīng)國家建筑材料測試中心檢驗)數(shù)據(jù)表明，在270 kPa壓力下，PP織物袋壽命超過80年，被植被覆蓋后壽命可達(dá)120年以上。

2 PP織物袋筑坎技術(shù)的可行性分析

近年來，國家大力提倡將低碳、環(huán)保材料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，先后出臺了一系列政策，鼓勵開發(fā)低碳、環(huán)保的農(nóng)業(yè)技術(shù)。目前在我國，PP織物袋已應(yīng)用于公路鐵路邊坡防護(hù)、礦山恢復(fù)、沙漠治理、湖岸河岸砌護(hù)、水庫迎水坡防沖等多個領(lǐng)域，但應(yīng)用于梯田建設(shè)還處于探索階段。

PP織物袋筑坎技術(shù)的可行性分析。①材料可行性。PP織物袋使用壽命長，具有抗老化、抗紫外線的特點，能透水保土，便于綠化。②經(jīng)濟可行性。采用PP織物袋技術(shù)能夠降低梯田建設(shè)成本。據(jù)初步測算，PP織物袋筑坎梯田建設(shè)成本為9萬元/hm2，較石坎梯田(陜南地區(qū)18萬～27萬元/hm2)降低50%以上，較預(yù)制件田坎(陜南地區(qū)12萬元/hm2)降低25%左右。③施工可行性。PP織物袋筑坎技術(shù)施工簡單、筑坎速度快，據(jù)測算每個勞動力每天可以筑坎30 m?？椢锎旧磉€具有很高的抗壓能力，能夠滿足機械碾壓、人員踩踏等施工要求，同時能預(yù)防梯田垮坎和石料短缺的問題。④生態(tài)、環(huán)?？尚行浴P織物袋本身無毒、無害，對農(nóng)作物生產(chǎn)無副作用，對生態(tài)環(huán)境影響較小?；谏鲜隹尚行苑治鼋Y(jié)果，采用PP織物袋筑坎技術(shù)能夠降低建設(shè)成本以及解決梯田垮坎和石料短缺、防止開山取石易造成新的水土流失和形成新的安全隱患等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 PP織物袋筑坎技術(shù)的應(yīng)用前景

陜南秦巴山區(qū)包括漢中、安康、商洛3市及寶雞市的鳳縣和太白縣，總?cè)丝?47萬人，耕地面積74.46萬hm2，占全省土地總面積的34.1%，其中平壩川地14.73萬 hm2，占耕地的19.78%;坡耕地59.73萬hm2，占耕地的80.22%。區(qū)內(nèi)以山丘地為主，河谷縱橫，光、熱、水條件優(yōu)越，土壤適合生物資源的繁育生長，是陜西省主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。但是在坡改梯過程中，由于土坎梯田垮坎嚴(yán)重，加之隨著國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的不斷加強，開山取石受到限制，梯田建設(shè)一直停滯不前。

目前在秦巴山區(qū)，大多數(shù)的平壩地已經(jīng)開發(fā)完畢，加之受陡坡耕地退耕等因素影響，人均耕地面積明顯減少，僅為0.088 hm2/人，因此建設(shè)基本農(nóng)田、保證群眾用糧已成為穩(wěn)定社會秩序，保證經(jīng)濟發(fā)展、社會和諧、退耕還林可持續(xù)的頭等大事。作為基本農(nóng)田的主要來源，坡改梯的重要性得到了社會的普遍認(rèn)同。在坡改梯任務(wù)艱巨的情況下，為保證梯田建設(shè)質(zhì)量，急需探索新的梯田筑坎技術(shù)。PP織物袋梯田筑坎技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用切合了這一發(fā)展機遇，具有極大的市場需求和推廣潛力。

4 PP織物袋筑坎技術(shù)的應(yīng)用實踐

4.1 示范點PP織物袋筑坎措施配置

示范點位于陜西省商州區(qū)黑山鎮(zhèn)雙廟村，設(shè)計面積0.95 km2，主要配套措施包括PP織物袋筑坎梯田7.19 hm2，PP織物袋滑坡體植物防護(hù)工程0.12 hm2，河道整治500 m，小型蓄水池和沉沙池各4座，截水溝227 m，田間排水渠7 475 m，坡面PP織物袋排水溝155 m，農(nóng)田道路312 m，坡改經(jīng)果林2.10 hm2，生態(tài)修復(fù)16.99 hm2，砼刺鐵絲網(wǎng)圍欄452 m，封禁標(biāo)牌2個，基本形成了以PP織物袋為主體的綜合配套技術(shù)體系。圖1為示范點PP織物袋布設(shè)效果圖。

圖1 示范點PP織物袋筑坎技術(shù)措施布設(shè)效果

4.2 PP織物袋筑坎梯田設(shè)計

PP織物袋筑坎梯田設(shè)計的基本原則是:①水平梯田布設(shè)于25°以下的坡耕地，在土質(zhì)較好、離村莊近、地塊集中、交通較方便的地塊建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)基本農(nóng)田;②梯田田坎沿等高線布設(shè)，大彎就勢，小彎取直，熟土蓋面，集中連片，規(guī)模治理;③由于梯田地塊相對集中，設(shè)計時要綜合考慮附屬建筑物，田間道路順排洪溝邊墻沿梯田田坎進(jìn)入耕作區(qū)，做到地地有溝、溝溝有池、分臺攔沉、就地利用，形成田林路渠綜合配套技術(shù)體系。

根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》，按10年一遇6 h最大暴雨防御標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計梯田[8]。梯田斷面設(shè)計指標(biāo)與數(shù)量為:①5°～10°坡面。PP織物袋梯田筑坎3.09 hm2，坎高1 m，田面寬度12 m，坎長2 575 m，使用織物袋12 786個，坎埂種植黃花菜12 876株(表1和圖2A)。②10°～15°坡面。PP織物袋梯田筑坎1.72 hm2，坎高1.2 m，田面寬度10 m，坎長1 720 m，使用織物袋10 320個，坎埂混凝土蓋板壓頂860 m(隔條壓頂)，坎埂種植黃花菜8 600株(表1和圖2B)。③15°～20°坡面。PP織物袋梯田筑坎1.89 hm2，坎高1.4 m，田面寬度8 m，坎長2 363 m，使用織物袋16 541個，坎埂混凝土蓋板壓頂788 m(隔兩條壓頂)，坎埂種植黃花菜11 815株(見表1和圖2C)。④20°～25°坡面。PP織物袋梯田筑坎0.49 hm2，坎高1.6 m，田面寬度6 m，坎長817 m，使用織物袋6 536個，坎埂種植黃花菜4 085株(見表1和圖2D)。

表1 PP織物袋筑坎梯田設(shè)計主要參數(shù)和指標(biāo)

圖2 PP織物袋筑坎梯田典型設(shè)計(單位:mm)

5 結(jié)語

作為梯田筑坎的新型材料，經(jīng)陜西省商州區(qū)黑山鎮(zhèn)雙廟流域的示范論證，PP織物袋用作梯田筑坎的替代材料，具有成本低、使用壽命長、易于施工建設(shè)和綠化、不易滑塌等優(yōu)點。初步試驗表明PP織物袋不僅可用于陜南秦巴山區(qū)高黏性土壤梯田筑坎，而且可以廣泛應(yīng)用于陜北等梯田建設(shè)石料短缺的地區(qū)，具有推廣價值和較好的應(yīng)用前景。

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[3]朱建強，李靖.陜南膨脹土分布區(qū)土坎梯地建設(shè)探討[J].中國水土保持，1998(12):34-35.

[4]鄭曉風(fēng).秦州區(qū)梯田土坎穩(wěn)定性及保護(hù)利用研究[J].甘肅省水利水電技術(shù)，2009，45(11):62-63.

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[6]朱建強，李靖.陜南坡改梯填筑土的擊實特性與抗剪強度試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000，16(2):36-40.

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[8]GB/T 16543.1—1996，水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范[S].