淺議彰武縣土城子小流域水土保持設(shè)計

李玉斌

(彰武縣水土保持局, 遼寧 彰武縣 123200)

淺議彰武縣土城子小流域水土保持設(shè)計

李玉斌

(彰武縣水土保持局, 遼寧 彰武縣 123200)

本文依據(jù)土城子小流域水土流失情況，科學(xué)選定水土保持設(shè)計參數(shù)，對荒坡治理工程(截水溝)、坡式梯田、地埂植物帶等關(guān)鍵工程給定設(shè)計參數(shù)，并針對經(jīng)果林造林，合理選擇坡式梯田整地或穴狀整地模式，還依據(jù)保土耕作條件，確定耕作方案。經(jīng)分析，設(shè)計措施生效后，直接經(jīng)濟效益每年可增加281.75萬元。

水土保持； 經(jīng)果林造林； 保土耕作； 效益分析

1 引 言

土城子小流域地處彰武縣土石山區(qū)，長期以來，受氣候及人為破壞等因素影響，水土流失嚴(yán)重，土壤肥力不斷下降，有機質(zhì)含量逐漸減少，土地資源受到嚴(yán)重威脅，糧食產(chǎn)量不斷下滑，加之不合理的土地利用結(jié)構(gòu)，人民生活水平徘徊不前。水土流失促使生態(tài)環(huán)境惡化，水土資源沒有得到有效利用，蓄水保土能力不斷下降。為保證下游人民生命財產(chǎn)安全，必須進行生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，使人民生活生產(chǎn)得到保障。

要徹底減少項目區(qū)的水土流失，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促使自然資源與環(huán)境資源的利用趨于合理，必須對土城子小流域進行全面的水土保持方案設(shè)計，推動水土流失治理工程順利實施。

2 水土保持措施選擇

根據(jù)土城子小流域現(xiàn)狀，結(jié)合地區(qū)規(guī)劃，水土保持工程目標(biāo)主要包括：治理水土流失面積1000hm2，減少土壤流失1.45萬t，攔蓄徑流30.98萬m3；林地面積占宜林地面積的比例提升至50%以上，林草覆蓋率提高到34.8%，水土流失治理程度達到88%；改變農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高土地利用率，提升農(nóng)業(yè)和林業(yè)產(chǎn)值，增加人民收入，改善人民生活水平。

2.1 總體布置

土城子小流域總面積3447hm2，水土流失面積1141hm2，計劃治理面積1000hm2。流域內(nèi)自然情況和立地條件相似，故不進行水土保持分區(qū)[1]。

針對流域內(nèi)侵蝕類型、地形地貌及水土流失特點，采取以治理保護和開發(fā)利用水土資源為基礎(chǔ)，以恢復(fù)植被、興修基本農(nóng)田、保護和改造坡耕地荒地為重點，以實現(xiàn)糧食安全為中心，對水土流失進行綜合治理。

治理措施布設(shè)堅持：先上后下，上下兼治；先坡后溝，溝坡同治；工程措施、植物措施和耕作措施并舉，科學(xué)配置。保土耕作適合于坡度25°以下坡耕地，最適宜于坡度不大于10°的緩坡地；對于15°～20°的坡耕地，宜修坡式梯田。30°以下荒坡，環(huán)山等高布置荒坡治理工程(截水溝)。從上到下、從毛溝到主溝依次治理。對于郁閉度0.3～0.7的幼林采取封育治理。

坡面治理工程以10年一遇24h或6h最大暴雨為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 工程措施設(shè)計

根據(jù)水土流失的情況，水土保持設(shè)計依據(jù)《水土保持工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程》(SL 449—2009)編制。

2.2.1 荒坡治理工程(截水溝)

荒坡治理工程(截水溝)適用于30°以下荒坡，環(huán)山等高布置[2-3]。一般布設(shè)在山脊部位。

a.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?；钠轮卫砉こ?截水溝)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)其地面坡度、土質(zhì)和暴雨情況而定。一般防御標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇24h最大降雨量(129mm)確定。

b.荒坡治理工程(截水溝)設(shè)計及施工。選定典型地塊，設(shè)計截水溝尺寸。截水溝尺寸主要根據(jù)來水量確定，來水量計算公式如下：

W1=AH24C

式中W1——來水量；

A——集水面積；

H24——10年一遇24h最大降雨量；

C——徑流系數(shù)。

經(jīng)測量該地塊集水面積70000m2，徑流系數(shù)0.48，該項工程每公頃挖荒坡治理工程(截水溝)800個，經(jīng)計算W蓄>W1。

設(shè)計截水溝溝長2.0m，溝寬0.8m，溝深0.5m，溝距2.5m，中間間隔0.5m，行距5m。溝上設(shè)攔水埂，埂頂寬0.4m，埂高0.3m，內(nèi)外邊坡比1∶1。溝間留0.5m寬的小隔，防止水在溝內(nèi)流動。

2.2.2 坡式梯田

地塊地面坡度為15°～20°，土層厚度不小于30cm，坡度相對較大，設(shè)計采用坡式梯田[4]。

a.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。該流域干旱少雨，故采用10年一遇6h最大降雨(103.2mm)為設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)?？蓽p少徑流90%、減少泥沙95%以上。

b.坡式梯田斷面尺寸設(shè)計。該流域修建的坡式梯田全部為陡坡梯田(坡度>15°)，地面坡度為18°，選定田面斜寬為8m，根據(jù)土質(zhì)情況及對現(xiàn)有坡式梯田調(diào)查，確定坡式梯田斷面尺寸。為更好攔蓄徑流，田邊需設(shè)田埂，田埂頂寬和高度根據(jù)攔蓄設(shè)計頻率的暴雨徑流核算而定，其尺寸為：田埂頂寬0.4m，埂高0.5m，內(nèi)外邊坡比1∶1和1∶0.5。

2.2.3 地埂植物帶

a.設(shè)計原則。在坡耕地中沿等高線每隔一定距離筑土打埂，布置一條埂帶。埂帶間距以黑土區(qū)允許土壤流失量為臨界值，以10年一遇24h最大降雨(129mm)為計算標(biāo)準(zhǔn)，同時兼顧農(nóng)耕具的播幅與耕幅[5]，埂上播種紫穗槐。該措施能有效解決漫壟面蝕和斷壟出溝問題，初步控制水土流失。根據(jù)水土流失方程，求算坡長：

L=A允許/RKSCP

式中A允許——土壤保持量, 取2.18t/(a·hm2)；

R——降水侵蝕力指標(biāo), 取125.44J/m2；

K——土壤侵蝕因子, 取0.26t/hm2；

S——坡度因子, 取0.069；

C——地表植被覆蓋度，取0.26；

P——土壤保持措施因子, 取0.31。

計算得L=12m，結(jié)合彰武縣坡耕地水土流失治理經(jīng)驗，考慮農(nóng)業(yè)機械的播幅等耕作因素，地埂間距均采用12m。

b.工程斷面設(shè)計。埂間距選定12m，埂上寬0.3m、下寬0.75m，埂高0.3m，內(nèi)外邊坡比1∶1和1∶0.5。地埂斷面面積0.16m2，每公頃地埂長833m，每公頃土方量131m3。

2.3 林草措施設(shè)計

在小流域?qū)嵉卣{(diào)查基礎(chǔ)上，總結(jié)多年來該地區(qū)經(jīng)果林造林試驗，以立地條件為依據(jù)，考慮各立地條件的差異性，結(jié)合現(xiàn)有栽培技術(shù)水平，運用先進造林技術(shù)進行設(shè)計。流域內(nèi)經(jīng)濟林的設(shè)計，從商品化生產(chǎn)、集約化經(jīng)營角度出發(fā)，充分發(fā)揮自然資源優(yōu)勢，遵循布局合理、適地適樹、相對集中、方便管理的原則。

參照《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范荒地治理技術(shù)》(GB/T 16453.2—2008)，綜合土地利用情況，因地制宜確定樹種的栽植密度。在坡度較大的地塊設(shè)計坡式梯田整地，栽植經(jīng)果林；坡度較小的地塊設(shè)計穴狀整地，栽植經(jīng)果林。坡式梯田整地規(guī)格和坡式梯田設(shè)計相同。穴狀整地規(guī)格為40cm×40cm，造林密度為 2m×4m，樹種為榛子和蘋果，經(jīng)計算，每公頃栽植1250株。苗木規(guī)格：苗高80cm，地徑1.0cm，無凍害病蟲害。

2.4 耕作措施設(shè)計

保土耕作措施結(jié)合農(nóng)事耕作，改變微地形，增加地表植被覆蓋度或增加土壤入滲，提高土壤抗蝕性能。保土耕作應(yīng)根據(jù)各地不同的地形、土質(zhì)、降雨和農(nóng)事耕作情況，因地制宜，合理確定。

保土耕作的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用10年一遇6h最大暴雨。一般減少徑流50%、減少泥沙60%以上。保土耕作可適用于25°以下坡地，最適宜于坡度不大于10°的緩坡地。耕作方向要基本沿等高線，以攔蓄部分降雨。

將原有順坡溝壟改為橫坡溝壟時，應(yīng)耕翻，再進行橫坡耕作，形成新的橫坡溝垅。對于大面積橫坡耕作的坡耕地，坡面從上到下，每隔一定距離，還應(yīng)沿等高線修筑若干道土埂，種草帶、灌木帶等，以截短坡長，減輕水土流失。土埂宜在汛前，結(jié)合最后一次農(nóng)耕措施修筑。

耕作方法有兩種：保土耕作措施，耕作方向沿等高線進行，將原有的順坡溝壟和斜坡溝壟改為橫坡溝壟，經(jīng)過深翻、耙平后，再進行橫坡耕作，形成新的橫坡溝壟；深耕深松，打破犁底層、提高土壤入滲能力，耕作深度一般為25～30cm。5°以下壟距為50～60cm，對土質(zhì)黏重、透水性差的坡耕地，采用深耕深松的方法，提高土壤入滲能力，壟底比降設(shè)計為0.3%～0.5%左右。保土耕作示意見下圖。

保土耕作示意圖

3 資金籌措

3.1 工程量核定

土城子小流域水土保持工程規(guī)劃1年建成，共完成保土耕作562hm2、坡式梯田42hm2、地埂植物帶70hm2、經(jīng)果林170hm2、荒坡治理工程(截水溝)37hm2、石籠谷坊29座、封育治理119hm2、作業(yè)路3km、公示碑1座。

各項防治措施需動用土石方24.64萬m3，投入人工6.07萬工日，投入機械4710臺時，石籠網(wǎng)2974m2，榛子苗12.375萬株，蘋果苗8.875萬株，紫穗槐種子262.5kg。

3.2 投資概算

投資概算由4部分組成：工程措施費、林草措施費、封育治理費和獨立費用。其中獨立費用包括建設(shè)管理費、工程建設(shè)監(jiān)理費、科技推廣費和幼林管護費。

工程投資概算定額依據(jù)《水土保持工程概(估)算、編制規(guī)定和定額》(水總〔2003〕67號)和《遼寧省水利工程設(shè)計概(估)算編制規(guī)定》(試行)(遼發(fā)改發(fā)〔2005〕1114號)進行計算。人工工資按4.38元/工時計取，材料預(yù)算價格按當(dāng)?shù)毓?yīng)部門材料或市場價加運雜費計算，施工機械臺時費按《施工機械臺時費定額》計算。投資概算水平年為2015年第三季度。

經(jīng)費用核定，項目總投資480.00萬元。其中，工程措施投資268.97萬元，造林植草措施投資129.34萬元，封育治理投資14.20萬元，獨立費用67.50萬元(包含省級重點推廣項目統(tǒng)籌10.13萬元)。

3.3 資金來源

根據(jù)《國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水土保持項目管理實施細則》和《農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)資金若干投入比例的規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定，資金籌措方案按中央財政投資∶省市財政配套∶縣級自籌=1∶0.5∶0.1比例執(zhí)行，其中省市配套按9∶1比例落實。項目總投資480萬元，需中央財政投資300萬元，地方財政配套150萬元，群眾投勞折資30萬元。單位面積投資48.00萬元/km2。項目投資情況見下表。

投資概算總表 單位：萬元

4 效益分析

4.1 生態(tài)效益

土城子小流域地處彰武縣西部的丘陵區(qū)，自然條件較差，土壤沙化嚴(yán)重。多年來受地形、氣候等自然條件的影響和人為因素的破壞，項目區(qū)水土流失嚴(yán)重。工程的實施，可優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，使綜合治理措施保存率達90%以上，林草覆蓋率提高到34.8%，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

水土保持措施的生態(tài)效益主要包括就地入滲、就近攔蓄地表徑流和減輕面蝕、溝蝕等造成的土壤流失及對生態(tài)環(huán)境的影響等。經(jīng)計算，項目實施后，隨著保水能力的逐年增加，到措施全部生效時每年可增加水資源利用量30.98萬m3，地表徑流狀況將得到明顯改善，降雨經(jīng)過各種措施截留入滲，增加土壤含水量，改善了土壤水分狀況，增強了土壤抗旱能力，對涵養(yǎng)水源和促進地區(qū)水資源合理利用與保護起到了積極作用。各項措施實施后，每年可減少泥沙流失量1.45萬t，可有效改善項目區(qū)土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤肥力，抑制土地功能退化，為保護土地資源、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。

4.2 社會效益

通過治理，流域內(nèi)土地利用率將得到有效提高，地力的上升會帶來勞動生產(chǎn)率的提高，使流域內(nèi)人與自然更趨于和諧，人民生活水平、生活質(zhì)量得到提高，社會效益十分顯著。主要表現(xiàn)在：?促進流域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展；?增加農(nóng)村剩余勞動力的就業(yè)機會；?提高土地利用率；?提高農(nóng)民生產(chǎn)技能和管理水平；?促進流域內(nèi)經(jīng)濟社會進步。

項目實施后，有效改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高土地利用率、勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，緩解林糧爭地矛盾，實現(xiàn)人口、糧食、生態(tài)和經(jīng)濟的良性循環(huán)。改善群眾生活、居住環(huán)境，改變不良的衛(wèi)生習(xí)慣，減少疾病的發(fā)生和傳染病的蔓延。隨著文化教育條件的改善，將會提高當(dāng)?shù)剡m齡兒童的入學(xué)率，豐富農(nóng)民的業(yè)余文化生活，人均年收入由7500元提高到8950元，促進社會發(fā)展進步。

4.3 經(jīng)濟效益

在項目工程運行期，所有措施生效后，經(jīng)濟效益有明顯增長。各項水土保持治理措施發(fā)揮作用后，各項措施直接經(jīng)濟效益每年可增加281.75萬元。

4.3.1 評價參數(shù)

社會折現(xiàn)率采用12%，項目計算期各項措施的服務(wù)年限采用11年，其中建設(shè)期1年，運行初期及正常運行期為10年。

4.3.2 國民經(jīng)濟盈利能力分析

國民經(jīng)濟評價指標(biāo)包括：經(jīng)濟內(nèi)部收益率35.36%，經(jīng)濟凈現(xiàn)值83.59萬元，經(jīng)濟效益費用比為1.75。根據(jù)以上參數(shù)及國民經(jīng)濟效益和費用，項目經(jīng)濟內(nèi)部收益率大于社會折現(xiàn)率(is=12%)，經(jīng)濟凈現(xiàn)值大于零。經(jīng)濟效益費用比大于1，年增加經(jīng)濟效益281.75萬元，投資回收期為7年，因此可以看出項目在國民經(jīng)濟角度上是可行的。

4.3.3 國民經(jīng)濟敏感性分析

在項目計算期內(nèi)，可能發(fā)生變化的因素主要有治理措施投資、建設(shè)期限各項措施的經(jīng)濟效益等，為考察項目的抗風(fēng)險能力，確定項目在經(jīng)濟上的可靠性，分析以上因素發(fā)生變化時對經(jīng)濟指標(biāo)的影響，對治理措施投資和各項措施的經(jīng)濟效益進行單項變化的敏感性分析，結(jié)果可以看出治理措施投資、經(jīng)濟效益在±15%范圍變化時，經(jīng)濟內(nèi)部收益率大于社會折現(xiàn)率12%，經(jīng)濟凈現(xiàn)值大于零，國民經(jīng)濟評價可行。

4.3.4 國民經(jīng)濟評價結(jié)論

從上述國民經(jīng)濟盈利能力分析可以看出，項目經(jīng)濟內(nèi)部收益率大于社會折現(xiàn)率，經(jīng)濟凈現(xiàn)值遠大于零，國民經(jīng)濟評價指標(biāo)優(yōu)越；從經(jīng)濟敏感性分析可以看出，項目具有一定的抗風(fēng)險能力。從國民經(jīng)濟角度分析項目實施是完全可行。

5 結(jié) 語

土城子小流域長期受氣候及人為破壞等因素影響，水土流失嚴(yán)重，水土保持設(shè)計及實施刻不容緩。水土保持設(shè)計時，治理措施布設(shè)應(yīng)堅持工程措施、植物措施和耕作措施并舉，科學(xué)配置。

對荒坡治理工程(截水溝)、坡式梯田、地埂植物帶等關(guān)鍵工程依據(jù)規(guī)范，合理選定設(shè)計參數(shù)；經(jīng)果林造林，綜合土地利用情況，因地制宜，合理選擇坡式梯田整地栽植經(jīng)果林或穴狀整地栽植經(jīng)果林的模式；保土耕作，確定耕作方向基本沿等高線，科學(xué)選擇開辟新的橫坡溝壟或深耕深松。

該次工程的實施，可優(yōu)化小流域土地利用結(jié)構(gòu)，使綜合治理措施保存率達90%以上，林草覆蓋率提高到34.8%，生態(tài)環(huán)境將得到明顯改善。治理區(qū)人均年收入預(yù)計由7500元提高到8950元，促進社會發(fā)展進步。在所有措施生效后，經(jīng)濟效益將有明顯增長，各項措施直接經(jīng)濟效益每年可增加281.75萬元。

[1] 唐克麗.中國水土保持(精)[M].北京：科學(xué)出版社,2004.

[2] 沈慧,姜鳳岐,杜曉軍,等.水土保持林土壤抗蝕性能評價研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2000,11(3):345-348.

[3] 楊勤科,李銳.中國水土流失和水土保持定量研究進展[J].水土保持通報,1998,18(5):13-18.

[4] 李占斌,朱冰冰,李鵬.土壤侵蝕與水土保持研究進展[J].土壤學(xué)報,2008,45(5):802-809.

[5] 沈慧,姜鳳岐,杜曉軍,等.水土保持林土壤肥力及其評價指標(biāo)[J].水土保持學(xué)報,2000,14(2):60-65.

On soil and water conservation design of small watershed in Tuchengzi of Zhangwu County

LI Yubin

(Liaoning Zhangwu County Soil and Water Conservation Bureau, Zhangwu 123200, China)

In the paper, soil and water conservation design parameters are selected scientifically according to soil and water loss condition of small watersheds in Tuchengzi. Design parameters are given in key projects such as waste slope treatment project (water drainage ditches), slope terrace, ridge plant belt, etc. Slope terrace land preparation and cavernous land preparation modes are rationally selected aiming at economic fruit forestation. Cultivation plans are determined according to soil conservation cultivation conditions. After the design measures take effect, direct economic benefits can be increased by 2.8175 million Yuan each year according to analysis.

soil and water conservation; economic fruit forestation; soil conservation cultivation; benefit analysis

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.05.011

TV212.5

A

2096-0131(2017)05- 0043- 05