針對紫色土特性的水土保持措施設(shè)計探討

李云霞　鄔　龍　俞云飛　翟中文

針對紫色土特性的水土保持措施設(shè)計探討

李云霞鄔龍俞云飛翟中文

紫色土很肥沃、土層淺薄、結(jié)構(gòu)松散、水土保持效益差，通過對紫色土特性的分析，針對紫色土的特點(diǎn)，對開發(fā)建設(shè)項目觀景口水利樞紐工程的水土保持措施設(shè)計進(jìn)行探討。

紫色土觀景口水土保持措施

1　項目背景

重慶市觀景口水利樞紐工程位于重慶市巴南區(qū)五布河干流上，工程的主要任務(wù)是以城市供水為主，同時兼顧小城鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉的綜合利用。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，最大壩高63.9 m，壩頂長度312.3 m，主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和泄洪防空洞等。輸水線路長24.969 m，包括隧洞、泵站、交叉建筑物及控制建筑物。項目所在區(qū)域地勢起伏多變，是典型的山地丘陵地帶，區(qū)內(nèi)以紫色土為主，根據(jù)流域內(nèi)白鶴水文站與石龍雨量站1959—2009年降水量資料統(tǒng)計，多年平均降水量1 104 mm，但年內(nèi)分配不均，汛期5～9月占全年的67.0%，根據(jù)巴南氣象站統(tǒng)計，1971—2010年多年平均氣溫 18.3℃，極端最高氣溫42.3℃，極端最低氣溫-1.8℃，多年平均日照數(shù)1 134 h，是生態(tài)脆弱區(qū)，工程施工擾動地面228.51 hm2，擾動面積大，勢必造成礦質(zhì)養(yǎng)分含量豐富的紫色土大量流失，造成下游河道淤積等問題。面臨著巨大的水土流失防治任務(wù)。

2　紫色土的特性

紫色土是由侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)紫色砂巖、泥巖時代形成的紫色或紫紅色砂巖、頁巖變來的，是在頻繁的風(fēng)化作用和侵蝕作用下形成的，礦質(zhì)含量豐富，土壤中的紫色大都富含鈣質(zhì)和磷、鉀等營養(yǎng)元素，很肥沃。紫色土其過程特點(diǎn)是：物理風(fēng)化強(qiáng)烈、化學(xué)風(fēng)化微弱，石灰開始淋融。土層淺薄，通常不到50 cm，超過1 m區(qū)域很少，集中分布于四川盆地，其農(nóng)業(yè)利用價值很高。

紫色土分為酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土3個亞類。酸性紫色土分布在長江以南和四川盆地廣大低山丘陵。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量相對較高，磷、鉀稍低，土壤呈酸性，pH值小于5.5，鹽基飽和度較低；中性紫色土主要分布在四川、云南，土層較酸性紫色土薄，30～60 cm，碳酸鈣含量小于30 g/kg，pH值約為7.5，肥力水平較高，但有機(jī)質(zhì)、氮、磷稍顯不足；石灰性紫色土主要分布在四川盆地及滇中，土質(zhì)疏松，碳酸鈣含量大于6%，土壤有機(jī)質(zhì)在10 g/kg左右，氮、磷低，鋅、硼嚴(yán)重缺乏，土體淺薄，保水抗旱能力差。

3　紫色土的水土保持缺陷分析

紫色土尤其是侵蝕酸性紫色土土層淺薄，土層松散，結(jié)構(gòu)性差，保水保肥能力差，由于人為活動植被受到嚴(yán)重破壞，疏松腐殖質(zhì)層多被侵蝕，母質(zhì)層裸露，有機(jī)質(zhì)降低，土壤侵蝕嚴(yán)重，易造成水土流失；紫色土風(fēng)化也快，是一種具有強(qiáng)烈侵蝕性的土壤，其侵蝕程度僅次于黃土；在強(qiáng)降雨的作用下，極易產(chǎn)生水土流失，降低土地生產(chǎn)力；松散土壤流入下游河道，影響行洪安全?，F(xiàn)階段紫色土區(qū)域的水土流失嚴(yán)重，亟需進(jìn)行有效的水土保持防治。

4　針對缺陷的有益探索

4.1水土保持林對紫色土土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是指土壤中大小、形狀不一，具有不同孔隙度和機(jī)械穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)單位，通常將粒徑大于0.25 mm的結(jié)構(gòu)單位稱為大團(tuán)聚體，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性指標(biāo)，是土壤環(huán)境、管理實(shí)踐和土地利用類型相互作用的結(jié)果。

王軼浩等研究三峽庫區(qū)紫色土植被恢復(fù)過程的土壤團(tuán)粒組成及分形特征認(rèn)為三峽庫區(qū)紫色土物理性狀為土壤容重為12.4～16.6 kN/m3，土壤pH值為5.12～6.21［2］。紫色土較大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加能提高土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加則會降低土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［2］。紫色土區(qū)域?qū)嵤┧帘３种参锎胧┖笫馆^大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加。

三峽庫區(qū)紫色土經(jīng)退耕還林、植被恢復(fù)后，土壤生態(tài)功能得到改善和提高，原因是，植被恢復(fù)后地表枯落物和地下根系增多，增加土壤中天然有機(jī)質(zhì)來源，促使土壤中大團(tuán)聚體含量增加，另一方面其冠層和地表覆蓋物能有效減少降雨和地表徑流對土壤大團(tuán)聚體的沖刷和破壞，以及人為對土壤大團(tuán)聚體破壞的減弱；經(jīng)過水土保持植被恢復(fù)后，紫色土土壤結(jié)構(gòu)得到改善，且隨時間增長而變得明顯，是由于植被恢復(fù)后土壤大粒徑團(tuán)聚體增加［2］。

4.2水土保持林的林種選擇對紫色土的影響

有學(xué)者認(rèn)為紫色土區(qū)域不同治理措施下植被恢復(fù)和土壤性質(zhì)改良最明顯的是實(shí)施林草措施和封禁，其豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最大，其次是喬灌草相結(jié)合的恢復(fù)措施。水土保持植物措施喬灌草垂直配置和樹草種選擇多樣性可增加區(qū)域生態(tài)豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，使紫色土區(qū)域土壤性質(zhì)得到改良。

4.3水土保持林對紫色土水文作用的影響

有學(xué)者認(rèn)為土壤的水源涵養(yǎng)能力與土壤厚度、有機(jī)質(zhì)含量、非毛管孔隙率、最大持水量有關(guān)，研究表明就重慶而言，林區(qū)降水量高于農(nóng)區(qū)；徑流系數(shù)隨森林覆蓋率的增大而增大；區(qū)域徑流泥沙含量隨林草覆蓋率增加而降低。營造水土保持林可增加土壤的水源涵養(yǎng)能力，增加區(qū)域徑流系數(shù)，減少徑流泥沙含量。

水土保持林草措施實(shí)施后，可以改善土壤理化性質(zhì)，保護(hù)和增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)生物多樣性，提高水源涵養(yǎng)能力，減少水土流失量，使區(qū)域生態(tài)良性循環(huán)。

5　觀景口水利樞紐工程水土保持措施設(shè)計

5.1措施設(shè)計與水源涵養(yǎng)相結(jié)合

重慶市水利樞紐工程各區(qū)域選擇適生樹草種造林種草，喬灌草在空間上垂直搭配與水源涵養(yǎng)林相結(jié)合。水土保持林草措施實(shí)施后可涵養(yǎng)水源；保留紫色土養(yǎng)分，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土地生產(chǎn)力。

5.2措施設(shè)計與改良土壤相結(jié)合

結(jié)合紫色土特性及水土保持林草措施對紫色土的蓄水保土、改良土壤等作用，水土保持措施的配置側(cè)重于 “硬”治理，既要使水土流失治理在短期內(nèi)效果明顯，也要發(fā)揮長遠(yuǎn)的生態(tài)效益。增加工程措施和臨時擋護(hù)措施，使改良紫色土土壤在短期內(nèi)起到明顯的作用。

5.3工程措施、植物措施和臨時措施相結(jié)合

5.3.1工程措施

工程措施中重點(diǎn)是工程開挖前，將表層土進(jìn)行剝離，剝離厚度為30～60 cm，剝離后集中堆放，待工程施工結(jié)束后回填利用，對紫色腐殖質(zhì)土保護(hù)起到極為重要的作用。

5.3.2植物措施

植物措施重點(diǎn)是針對紫色土，選擇適合紫色土生長的樹草種。根據(jù) 《重慶市林業(yè)基本情況調(diào)查報告》及現(xiàn)場查勘，對臨時占地選擇重慶市鄉(xiāng)土樹種馬桑和黃荊進(jìn)行行間混交綠化，株行距為1 m×1 m，穴裝整地，規(guī)格為30 cm×30 cm，以控制水土流失；對永久征地范圍內(nèi)區(qū)域，選擇撒播三葉草、紫花苜蓿等草籽，點(diǎn)綴栽植雪松、紫葉李、磁竹、欒樹、大葉黃楊等喬灌木樹種進(jìn)行綠化美化。

5.3.3臨時措施

臨時措施重點(diǎn)是針對工程臨時開挖面及臨時堆土進(jìn)行擋護(hù)苫蓋，選擇使用防塵網(wǎng)進(jìn)行苫蓋，同時在堆土周邊使用袋裝土進(jìn)行擋護(hù)，斷面為矩形，尺寸為0.6 m×1 m，防治雨水沖刷松散堆積體及裸露高陡邊坡。

6　結(jié)語

（1）紫色土在治理中雖然存在水土保持缺陷，但是深入分析其產(chǎn)生原因，有針對性地采取水土保持措施，有利于水土保持方案設(shè)計更加合理、適用。

（2）借鑒一些成功的案例，能夠?qū)ξ撮_工的工程有一定的指導(dǎo)意義，更便于指導(dǎo)實(shí)踐。

（3）觀景口水利樞紐工程施工過程中需嚴(yán)格執(zhí)行水土保持方案設(shè)計中的措施，并在各項措施實(shí)施過程中進(jìn)行水土保持工程監(jiān)測，以便對下一步紫色土水土保持效益研究提供基礎(chǔ)資料。

［1］劉剛才，游翔，張建輝.紫色土丘陵區(qū)小流域治理對水土保持的作用 ［J］.山地學(xué)報，2008，25（5）：590-595.

［2］王軼浩，耿養(yǎng)會，黃仲華.三峽庫區(qū)紫色土植被恢復(fù)過程的土壤團(tuán)粒組成及分形特征 ［J］.生態(tài)學(xué)報，2013，33（18）：5493-5499.

［3］熊偉，魏勝龍，陳志彪.紫色土丘陵區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式與土壤性質(zhì)相關(guān)性分析［J］.亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報，2014，9（4）：44-50.

［4］馬良清，張毓銳.重慶地區(qū)森林水文作用的初步研究 ［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，20（1）：14-19.

李云霞女工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

鄔龍男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

俞云飛男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

翟中文男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

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2016-03-17）