黃土高原殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜面防治模式研究

柴亞凡，周 波，呂忠明，丁紅春

(1．甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州730020;2．涇川縣水土保持工作局，甘肅 涇川744300)

(責(zé)任編輯 徐素霞)

黃土高原溝壑區(qū)和黃土高原殘塬溝壑區(qū)交接地帶，溝壑縱橫，梁峁蜿蜒，塬面地勢平坦，溝壑下切較深。其中，塬面治理程度較高，攔蓄能力強，水土流失基本得到遏制;而溝坡和溝谷紅土母質(zhì)垂直節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松，植被稀疏，難于治理，水土流失嚴(yán)重［1］，這主要是由于紅土瀉溜區(qū)域缺乏行之有效的防治措施。

甘肅省平?jīng)鍪袥艽h田家溝小流域從20 世紀(jì)五六十年代開始就陸續(xù)開展了紅土瀉溜面的水土流失防治研究和實踐，積累了中低產(chǎn)田改造、坡改梯配置建設(shè)、溝臺地引洪漫灌、溝道壩系布設(shè)以及抗旱造林技術(shù)等治理經(jīng)驗，形成了獨特的治理模式，但是多年來對于自己的治理經(jīng)驗和成果缺乏科學(xué)總結(jié)。

本研究以田家溝小流域為研究對象，通過查閱基礎(chǔ)資料和現(xiàn)場調(diào)查對紅土瀉溜面的侵蝕特征和防治措施進行了對比分析和總結(jié)，篩選出了立體防護、景觀遮蔽、溝坡兼治、溝道鎖定、坡腳固定共5 種治理模式，并對其進行總結(jié)和提煉，以期為黃土高原殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜面治理探索出行之有效的防治模式，也為同類地區(qū)開展水土流失防治提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

1．1 自然概況

田家溝小流域位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h北部，距縣城3 km，是涇河的一級支流，海拔1 027．9—1 374．1 m，流域總面積56．3 km2，主溝道呈“V”形，長17．3 km，平均比降為2．33%，溝壑密度1．64 km/km2。流域年平均氣溫10．1 ℃，年均降水量514．5 mm，年均蒸發(fā)量1 237．9 mm，最大凍土深55 cm。溝谷中下部為紅土，上部覆蓋黃土，主溝道下游巖石裸露。流域內(nèi)天然植被多為旱生植物，包括禾本科、豆科和菊科等植物共100 多種，人工栽植喬灌木種類繁多，資源豐富。

1．2 水土流失現(xiàn)狀

侵蝕類型主要有水力侵蝕和重力侵蝕，主要分布于塬面、溝坡和溝道兩側(cè)。塬面以層狀面蝕和細溝狀面蝕為主。溝道內(nèi)侵蝕以溝頭前進、溝底下切、溝岸擴張為主，并相繼交替發(fā)生，是主要的產(chǎn)沙區(qū)［2］。

1．3 水土保持現(xiàn)狀

田家溝小流域從20 世紀(jì)五六十年代就開始了水土流失防治工作，在水土保持措施配置、科技應(yīng)用等方面進行了大量的實踐研究，通過修筑梯田、改建溝道、建壩淤地、植樹造林等，使該流域變成了林茂糧豐的綜合生產(chǎn)基地。通過水土保持科技示范園項目以及黃河水保生態(tài)工程試點壩系田家溝壩系建設(shè)項目等，積累了山地坡改梯中低產(chǎn)田改造、山地梯田配置建設(shè)、溝臺地引洪漫灌、溝道修筑谷坊、淤地壩抬高溝道侵蝕基點控制溝岸擴張以及抗旱造林技術(shù)等經(jīng)驗，形成了自己獨特的治理模式。

2 紅土瀉溜侵蝕的概念及特點

2．1 紅土瀉溜侵蝕的概念

本文所指的“紅土”，主要是指第四紀(jì)紅色黏土的沉積物，是當(dāng)?shù)厝罕姷母欧Q。黃土溝谷中由紅土構(gòu)成的瀉溜坡面，由于冬春凍融變化引起收縮以及物理風(fēng)化作用所產(chǎn)生的巖屑受重力作用向坡腳滾溜而發(fā)生瀉溜，這種以重力作用為主的侵蝕方式，稱為瀉溜侵蝕［3］。這種侵蝕方式廣泛分布在整個隴東高原的溝壑中，且隨著區(qū)域自然條件的差異，溝壑發(fā)展程度的不同，瀉溜侵蝕發(fā)展的嚴(yán)重程度也不一致。因為這種侵蝕多發(fā)生在土壤黏粒含量大于30%、坡度在45° ～75°之間的第四紀(jì)紅黏土地層上，所以常稱這種侵蝕發(fā)生的坡面為“紅土瀉溜面”［4］。

2．2 紅土瀉溜面的侵蝕特點

(1)連續(xù)而持久的循環(huán)作用。瀉溜侵蝕以重力和熱力為主導(dǎo)營力，與水蝕、風(fēng)蝕和重力侵蝕相比，它是一種比較連續(xù)而持久的侵蝕方式，時間上無明顯間斷，空間分異也不明顯。

(2)自然逆轉(zhuǎn)比較困難。瀉溜侵蝕常出現(xiàn)于坡度較大的谷坡部位，受上游來水的影響，瀉溜發(fā)生部位很難形成和保持疏松通透的表土層，因此透水和持水性都比較差，加之坡面水熱變化劇烈，對植被的生長極為不利。

(3)影響因素復(fù)雜多樣，常與其他侵蝕方式相互疊加，相互加劇侵蝕。瀉溜侵蝕受重力、水力、風(fēng)力、地形、土質(zhì)、植被、溫差和水熱變化過程等多種因素的影響，常與面蝕、溝蝕和重力侵蝕疊加在一起，往復(fù)不斷，相互加劇侵蝕［5］。

2．3 紅土瀉溜侵蝕過程

紅土瀉溜侵蝕的過程主要有裂隙產(chǎn)生、疏松層形成和瀉溜發(fā)生共3 個階段。裂隙是瀉溜侵蝕的最初階段，可分為縱向裂隙與交錯裂隙:前者是指隨著巖體緩慢失水而收縮，產(chǎn)生垂直于巖面的裂紋;后者是由于外界氣溫冷暖驟變，使巖體中的水分及溫度也隨之急劇變化而產(chǎn)生的平行或斜交于巖面的裂紋，致使巖體表層呈鱗片狀相互分離。裂隙形成后，由于外界水熱條件的變化促使細小的塊狀巖體不斷分裂成碎小的巖屑，形成疏松層。疏松層附著于巖面之上，處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦遭到破壞，大量巖屑不斷地沿坡面向下滾動、滑落產(chǎn)生瀉溜。上部巖屑瀉落過程中與下部巖屑發(fā)生撞擊，破壞了下部巖屑的穩(wěn)定性，使下部疏松層也同時發(fā)生瀉溜，如此周而復(fù)始地進行著，直到坡角小于該類物質(zhì)的休止角時，才逐漸減緩或停止［5］。

3 紅土瀉溜面防治模式

3．1 立體防護模式

立體防護模式即上攔—下?lián)酢懈采w的治理模式。該治理模式也是田家溝小流域內(nèi)對于紅土瀉溜面治理最常采用的一種模式。一是在坡面上部修筑梯田或水平臺(水平階)，通過種植農(nóng)作物或者布設(shè)植物措施以改變坡面水熱環(huán)境，就地攔蓄，增加入滲;二是在坡腳處錯位密植耐埋壓、耐瘠薄的灌木，攔截坡積物，固定坡腳，使紅土瀉溜坡面坡度趨緩，外側(cè)栽植當(dāng)?shù)剡m生的新疆楊、旱柳等高大喬木，以改善景觀;三是在攔截上游來水、穩(wěn)定坡腳的基礎(chǔ)上，在瀉溜坡面上播撒草籽或者栽植灌木，通過對裸露坡面的植被覆蓋，改善坡面水熱環(huán)境，增強坡面抗蝕和抗沖性。

干濕、冷熱、凍融交替都是影響紅土瀉溜侵蝕的主要外在因子，而植被的營造，勢必對這些因子產(chǎn)生影響。根據(jù)試驗研究，裸露的紅土瀉溜面被植被覆蓋后，水分變異和地溫變化趨于緩和，這在一定程度上削弱了干濕交替和冷熱變化對瀉溜侵蝕的觸發(fā)作用［6］。

根據(jù)試驗研究，在紅土瀉溜面營造的植被郁閉后，蓄水?dāng)r泥效益十分顯著。而且坡腳植被對來自上方的滑塌體可直接攔截，使瀉溜坡坡度趨緩［7］。

3．2 溝坡兼治模式

田家溝小流域壩系工程自2003年開始建設(shè)，目前共有骨干壩9 座、中型淤地壩12 座、小型淤地壩13座，總控制面積55．93 km2，總庫容751 萬m3，滯洪庫容525 萬m3，攔泥庫容226 萬m3。該流域壩系工程也是黃土高原水土保持生態(tài)工程試點壩系之一，工程建成后攔泥、蓄水、淤地、防洪、改善交通和經(jīng)營作用十分顯著。對于此類有壩系工程的紅土瀉溜溝道，在壩系工程攔蓄的基礎(chǔ)上，將壩系工程控制范圍內(nèi)溝道兩側(cè)的紅土瀉溜坡面采用立體防護治理模式進行治理，對建壩形成的壩肩削坡開階，對馬道進行綠化，以提升景觀效果，這樣不僅可以構(gòu)建溝坡兼治的立體防治體系，還可以極大地提高壩系的攔蓄效益。

3．3 溝道鎖定模式

根據(jù)調(diào)查，刺槐作為當(dāng)?shù)匾N植物，在流域內(nèi)長勢良好、分布較廣，尤其是在荒溝溝口處多呈集中連片分布，而且刺槐具耐埋壓、耐貧瘠的優(yōu)勢，利用這些優(yōu)點，采用補植等方式，在荒溝溝口處集中連片栽植刺槐，可以起到鉚鎖溝口、攔蓄泥沙的作用，在此基礎(chǔ)上在溝道內(nèi)布設(shè)土柳谷坊，可進一步提高攔蓄效益。

3．4 坡腳固定模式

對于坡長較短、坡積物較多的紅土瀉溜坡面，在不穩(wěn)定的坡腳可以埋設(shè)水泥植樹圈或者廢舊輪胎，待穩(wěn)定后在其中栽植苗木。這種栽植方式不僅能夠穩(wěn)定坡面，攔截坡積物，提高苗木成活率，還兼有保水保肥的作用。

根據(jù)試驗研究，在紅土瀉溜坡面布設(shè)植物措施以后，紅土瀉溜坡面土壤容重逐漸減小，總孔隙度逐漸增加，有機質(zhì)、水穩(wěn)性團粒和速效養(yǎng)分等含量都有一定程度的提高［7］。

3．5 景觀遮蔽模式

對于坡度較大，生物措施難以布設(shè)的紅土瀉溜面，在上攔的基礎(chǔ)上，在坡腳內(nèi)側(cè)栽植沙棘、酸棗等灌木固持坡腳，外側(cè)錯位栽植新疆楊、旱柳等冠型較大的高大喬木對陡峭的紅土瀉溜面進行遮蔽，以提升景觀效果。尤其是對于公路周邊和離村鎮(zhèn)較近的瀉溜坡面，更適宜采用這種治理模式。

4 結(jié)論與討論

(1)該技術(shù)主要是針對形成紅土瀉溜的“裂隙—疏松層—瀉溜”三個階段，通過控制坡面水熱環(huán)境、穩(wěn)定坡腳、增加坡面覆蓋，以控制紅土瀉溜坡面的水土流失。其主要措施是在紅土瀉溜面頂部布設(shè)攔蓄防護工程，坡腳布設(shè)攔擋工程，坡面布設(shè)植物措施和護坡工程。

(2)篩選出了立體防護、景觀遮蔽、溝坡兼治、溝道鎖定、坡腳固定等5 種具有代表性的紅土瀉溜面治理模式，為殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜面的治理探索出了行之有效的途徑。這些防治模式的推廣應(yīng)用也將為同類地區(qū)開展水土流失防治提供理論參考和技術(shù)支撐。

(3)針對紅土瀉溜面的侵蝕特點，建議治理時應(yīng)當(dāng)全面規(guī)劃、綜合治理，工程措施與生物措施并重，最關(guān)鍵的是要穩(wěn)定坡腳和溝床。對于暫時相對穩(wěn)定的瀉溜坡面，也應(yīng)納入保護治理范圍，否則日積月累，相對穩(wěn)定的紅土瀉溜坡面將趨于不穩(wěn)定。

［1］曾伯慶，馬文中，張治國，等．三趾馬紅土瀉溜侵蝕規(guī)律研究［J］．中國水土保持，1991(7):21-25，51．

［2］李裕后．黃土高原瀉溜侵蝕的分布特征［J］．中國水土保持，1989(9):33-35．

［3］涂安千．“紅土”陡坡的瀉溜侵蝕及其防治［J］．水土保持通報，1981(4):10-12．

［4］王德賢．瀉溜侵蝕的防治問題［J］．人民黃河，1965(1):28．

［5］王斌科．海東黃土區(qū)的瀉溜侵蝕［J］．中國水土保持，1990(5):25-26．

［6］胡建忠．沙棘——一種防治紅土瀉溜侵蝕的優(yōu)良樹種［J］．林業(yè)科技開發(fā)，1993(1):5-6．

［7］胡建忠，王愿昌，張鑒．沙棘對瀉溜紅土的改良及其生長規(guī)律［J］．水土保持通報，1993，13(4):44-46．