北方土石山區(qū)坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與示范

魏 颯，郭永晨，侯 克

(1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊 050057； 2.河北省水土保持工作總站，河北 石家莊 050051)

北方土石山區(qū)坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與示范

魏 颯1，郭永晨1，侯 克2

(1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊 050057； 2.河北省水土保持工作總站，河北 石家莊 050051)

坡改梯；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；北方土石山區(qū)；河北

坡改梯工程建設(shè)應(yīng)包含梯田工程、水源及灌溉工程、防洪和排水工程、田間道路工程、防護(hù)林網(wǎng)工程、地力建設(shè)等內(nèi)容。依據(jù)河北省開(kāi)展坡耕地水土流失綜合治理的實(shí)踐，科學(xué)總結(jié)了北方土石山區(qū)坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)典型地區(qū)的水土保持措施綜合配置模式及水土流失治理效果進(jìn)行了研究。各典型地區(qū)在實(shí)施坡耕地水土流失綜合治理后生態(tài)效益明顯，保土效益達(dá)到50%以上，蓄水效益達(dá)到45%以上，對(duì)水土流失的調(diào)控能力明顯增強(qiáng)。

坡耕地是我國(guó)耕地資源的重要組成部分，直接關(guān)系國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和防洪安全[1]。近年來(lái)，由于治理滯后，坡耕地和侵蝕溝成了水土流失的主要源地。全國(guó)現(xiàn)有1.213億hm2耕地中，坡耕地約0.24億hm2，占20%。坡耕地面積占全國(guó)水土流失面積的6.7%，每年產(chǎn)生的土壤流失量占全國(guó)土壤流失總量的28.3%[1]。坡耕地的大量存在及其嚴(yán)重的水土流失，是影響生態(tài)重建和恢復(fù)的關(guān)鍵因素。

坡耕地水土流失綜合治理作為山丘區(qū)一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，得到了黨中央、國(guó)務(wù)院的高度重視[1]，最近5年的中央1號(hào)文件都強(qiáng)調(diào)要加快推進(jìn)坡耕地水土流失綜合治理?！度珖?guó)坡耕地水土流失綜合整治工程規(guī)劃》提出了2009—2018年坡耕地水土流失綜合整治的10年實(shí)施方案。近幾年來(lái)，我國(guó)針對(duì)坡耕地開(kāi)展了大量的綜合整治和研究工作，并取得了豐碩的成果[2]。

河北省山地丘陵區(qū)面積占全省土地總面積的51%，其中坡耕地面積占全省耕地總面積的66.5%。受季風(fēng)氣候影響，降水年內(nèi)、年際分配極不均勻，季節(jié)性干旱十分嚴(yán)重。全省耕地每公頃平均水資源量3 165 m3，約為全國(guó)的1/7，加之坡耕地嚴(yán)重的水土流失，導(dǎo)致該地區(qū)坡耕地農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而不穩(wěn)，干旱缺水和水土流失已成為制約坡耕地生產(chǎn)力提高和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。從2010年11月起，河北省被列入第一批全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)，迄今全省已相繼有隆化、青龍、曲陽(yáng)、阜平、易縣、遷西、平泉等市(縣)被列為全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)縣，陸續(xù)出現(xiàn)了許多坡改梯綜合治理的精品工程，為總結(jié)北方土石山區(qū)坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了很好的樣板[3-5]。鑒于此，本研究在總結(jié)、提煉坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分析了不同地區(qū)水土保持措施在空間配置上的結(jié)構(gòu)、功能和效益。

1 坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

坡改梯通常指將5°～25°坡耕地改造為水平梯田；荒坡地修筑水平梯田可參照坡改梯工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中坡度20°～25°的宜修筑隔坡梯田。

坡改梯是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋了梯田工程、水源及灌溉工程、防洪和排水工程、田間道路工程、防護(hù)林網(wǎng)工程，以及地力建設(shè)等內(nèi)容。

1.1 梯田工程

(1)梯田田面。坡改梯后應(yīng)使水平梯田田面縱橫向高差小于1%，田面呈內(nèi)低外高形式。水平梯田土層深30～50 cm內(nèi)沒(méi)有石塊、石礫，土層厚度應(yīng)滿(mǎn)足作物根系生長(zhǎng)要求。坡度5°～15°的坡地，改梯田后田面寬度為10～30 m；坡度15°～25°的坡地，改梯田后田面寬度為5～10 m。

(2)田坎(埂)。土坎高度一般不宜超過(guò)2 m，石坎高度一般不宜超過(guò)3 m，做到坎面整齊、穩(wěn)定，行走不坍塌。田埂可為土埂，也可為石埂。土質(zhì)田埂呈梯形，頂寬20～30 cm、底寬35～50 cm，埂高以20～30 cm為宜。

1.2 水源及灌溉工程

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水源條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，布設(shè)地下取水和地面水引、蓄、提等工程，做到蓄、引、提、集相結(jié)合，合理配置各類(lèi)水源工程。充分利用地形修建塘堰(壩)、小型攔河壩(閘)、蓄水池和水窖工程，因地制宜地?cái)r蓄雨水。

灌溉設(shè)計(jì)保證率一般不低于50%，渠道防滲灌溉水利用系數(shù)不應(yīng)低于0.70，井灌低壓管道輸水灌溉水利用系數(shù)不應(yīng)低于0.80，噴、微灌灌溉水利用系數(shù)不應(yīng)低于0.90，且坡改梯農(nóng)田灌溉用水一般按非充分灌溉標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

1.3 防洪和排水工程

梯田田面排水標(biāo)準(zhǔn)宜采用5～10年一遇，1日暴雨3日排至作物耐淹水深。

當(dāng)梯田區(qū)上方有較大面積的匯水坡面、地表徑流可能威脅梯田區(qū)安全時(shí)，應(yīng)在坡地與梯田交界處布設(shè)截水溝、排水溝工程。截水溝基本沿等高線(xiàn)布設(shè)，與等高線(xiàn)取1%～2%的比降；當(dāng)截水溝比降較大時(shí)，應(yīng)在溝中每隔5～10 m修筑一高20～30 cm的小土擋；截水溝排水端應(yīng)與坡面排水溝相接，并在連接處做好防沖措施。坡面排水溝一般布設(shè)在坡面截水溝的兩端或較低一端，用以排除截水溝不能容納的地表徑流，排水溝的終端應(yīng)連接天然排水道或下(上)山道路一側(cè)或兩側(cè)的排水溝，將多余的地表徑流安全排出梯田區(qū)。截水溝、排水溝一般以土質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，有條件的可采用砌石、預(yù)制件結(jié)構(gòu)。

1.4 道路工程

田間道路系統(tǒng)由上山路和作業(yè)路組成。

上山路一般以單個(gè)耕作區(qū)為單元設(shè)置，比降在15%以下時(shí)，從坡腳上山順溝緣布設(shè)上山路；當(dāng)比降在15%以上(暴雨多發(fā)區(qū)為9%以上)時(shí)，上山路按S形或環(huán)繞山丘布設(shè)。在道路適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置會(huì)車(chē)區(qū)。作業(yè)路在耕作區(qū)內(nèi)布設(shè)，路的一端或兩端與上山路相連。根據(jù)梯田布局、田面寬度和耕作需要，可每隔3～5個(gè)臺(tái)面規(guī)劃一條生產(chǎn)路。

1.5 防護(hù)林網(wǎng)工程

防護(hù)林網(wǎng)控制面積占宜建林網(wǎng)農(nóng)田面積的比例應(yīng)不低于90%。林草成活率和保存率應(yīng)達(dá)到90%以上。路、溝、渠防護(hù)林一般布置在靠近梯田一側(cè)，一般采用單行或雙行種植方式，在風(fēng)沙危害嚴(yán)重地區(qū)可采用多行種植。根據(jù)梯田所處地形、位置和防護(hù)要求，因地制宜布設(shè)梯田坡面防護(hù)工程，如坡面防護(hù)林、埂坎防護(hù)林。

1.6 地力建設(shè)

坡改梯后耕作層厚度一般為20～30 cm。

耕作層土壤理化性狀指標(biāo)：表層土壤質(zhì)地以壤質(zhì)土為佳，表土疏松，通氣性良好，心土緊實(shí)，保墑保肥。砂質(zhì)土和黏土應(yīng)施以相應(yīng)的土壤改良措施。

抗旱能力：灌排工程完善，在中度干旱情況下土壤抗旱能力增加5～7 d。

2 不同地區(qū)的水土保持措施配置結(jié)構(gòu)

坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程開(kāi)展幾年來(lái)，河北省不同地區(qū)水土保持措施配置結(jié)構(gòu)略有差異(見(jiàn)表1)。應(yīng)結(jié)合各典型小流域自然環(huán)境的特點(diǎn)，選取適宜的水土保持措施，在保證耕作的前提下，重點(diǎn)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的改善，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。通過(guò)坡面水保措施空間適宜性分析可知[6]，北方土石山區(qū)降水偏少，地層土石混雜，因此坡面上部多以植物措施為主，但需輔以工程措施攔蓄水土，坡面底部主要修建梯田進(jìn)行農(nóng)田建設(shè)。總之，需結(jié)合不同地區(qū)的水土流失特點(diǎn)，在坡面不同位置合理配置水土保持措施。

表1 河北省不同地區(qū)坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程水保措施配置結(jié)構(gòu)

遷安市地處唐山市東北部、燕山南麓、長(zhǎng)城腳下，是典型的北方土石山區(qū)。該市坡改梯遵循“蓄排結(jié)合、蓄水為灌、灌余后排、排后再蓄”的原則，建立坡、頂、溝立體防護(hù)林網(wǎng)。為防止田面沖刷，在梯田上部、道路兩側(cè)設(shè)置截排水溝，排水溝與集雨水窖相連，達(dá)到充分利用雨水資源的目的。梯田間淺溝修筑土谷坊，土谷坊設(shè)置漿砌石溢流口；深溝修筑干砌石谷坊，防止梯田間溝床下切、溝岸擴(kuò)張，最終起到保護(hù)梯田的作用。

保定市坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程共涉及阜平、曲陽(yáng)、易縣3個(gè)縣6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)26個(gè)行政村。該市因地制宜發(fā)展石坎梯田，既能充分利用當(dāng)?shù)厥挠帜苡行ПＷo(hù)梯田田面，并針對(duì)山區(qū)水源特點(diǎn)配套了雨水集、蓄、引工程；同時(shí)，引進(jìn)推廣果樹(shù)新、優(yōu)品種，采用先進(jìn)抗旱節(jié)水技術(shù)提高苗木成活率，還積極推廣果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)杯育苗移植技術(shù)，縮短了育苗周期。

平泉縣2011年被列為坡耕地水土流失綜合治理工程試點(diǎn)縣后，充分利用山坡地的地形落差，找準(zhǔn)工程建設(shè)與發(fā)展暖棚設(shè)施蔬菜這一結(jié)合點(diǎn)，建成了采光好、儲(chǔ)熱強(qiáng)、占地少的日光溫室暖棚。同時(shí)，采用淤地壩和水窖攔蓄儲(chǔ)存坡面、溝道和棚室面徑流，充分利用地形自然落差，將水窖集水引入大棚滿(mǎn)足棚室蔬菜用水，發(fā)展坡改梯條件下設(shè)施蔬菜集雨節(jié)灌和高效農(nóng)業(yè)種植模式化技術(shù)。

3 不同地區(qū)實(shí)施坡改梯后的生態(tài)效益分析

水土流失強(qiáng)度的變化主要受下墊面條件和降雨條件的影響，在其他條件相同的情況下，降雨特征的不同將直接導(dǎo)致水土流失強(qiáng)弱的變化。因此，在分析項(xiàng)目區(qū)水土保持效益時(shí)，必須考慮降雨條件的變化。河北省是從2010年起作為國(guó)家坡耕地水土流失綜合治理項(xiàng)目試點(diǎn)開(kāi)始開(kāi)展這一工作的，近幾年項(xiàng)目區(qū)所涉及地區(qū)降雨數(shù)據(jù)變化不大，因此可以認(rèn)為近幾年坡耕地水土流失強(qiáng)弱變化完全是由坡改梯水土保持措施實(shí)施引起的。

圖1和圖2是不同地區(qū)實(shí)施坡改梯前后水土保持效益統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。從圖1可以看出，與坡改梯之前相比，實(shí)施綜合治理之后土壤侵蝕模數(shù)顯著降低，保土效益均在50%以上，平泉縣的保土效益則高達(dá)60%以上。同時(shí)，治理后除平泉縣土壤侵蝕模數(shù)略高外，其他地區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)均不超過(guò)1 000 t/(km2·a)。從圖2可以看出，實(shí)施坡改梯之后，各區(qū)年均徑流量均顯著下降，蓄水效益均達(dá)到45%以上。這充分說(shuō)明坡耕地綜合治理的水土保持措施配置結(jié)構(gòu)是合理有效的。此外，相同地區(qū)的保土效益略高于蓄水效益，而不同地區(qū)的保土蓄水效益存在著一定的差異，這主要是由降雨特征，土壤、地形條件，以及水保措施配置結(jié)構(gòu)等因素的空間差異性造成的[7]。

圖1 不同地區(qū)坡改梯前后土壤侵蝕變化

圖2 不同地區(qū)坡改梯前后徑流量變化

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)近幾年實(shí)施坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程，河北省科學(xué)總結(jié)了坡改梯工程建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，形成了河北省地方標(biāo)準(zhǔn)——《坡改梯工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》。實(shí)踐證明該工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在北方土石山區(qū)是合理可行的，生態(tài)效益明顯，具有很好的推廣價(jià)值。

典型坡改梯工程建設(shè)項(xiàng)目在實(shí)施治理后生態(tài)效益明顯，保土效益基本在50%以上，蓄水效益在45%以上。在各類(lèi)似地區(qū)推廣后，同樣取得了明顯的生態(tài)效益，將跑土、跑水、跑肥的“三跑田”變?yōu)榱吮Ｍ?、保水、保肥的“三保田”?/p>

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

S157.2

C

1000-0941(2015)04-0028-03

魏颯(1981—)，女，河北安國(guó)市人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水資源與水環(huán)境等方面的研究。

2014-06-24