黃土高原丘陵溝壑區(qū)坡面綜合治理技術研究

曹婷婷

（1.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安710075；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075）

黃土丘陵溝壑區(qū)是我國生態(tài)建設的重點和難點區(qū)域。近30多年來，通過實施小流域綜合治理、退耕還林、淤地壩建設與治溝造地等系列工程，植被恢復與水土保持取得明顯成效，但仍面臨坡體—植被系統失穩(wěn)、邊坡滑塌、溝道填方沉降以及壩系連鎖潰壩等生態(tài)風險和安全隱患問題，急需深化溝道及坡面治理工程生態(tài)安全保障的重大理論、工程技術與典型示范研究，為流域綜合治理工程實施及生態(tài)災害防控提供技術支撐。

1 國內外研究現狀及技術難題

黃土高原地形復雜、生態(tài)脆弱，黃土丘陵溝壑區(qū)更是全球水土流失最嚴重的地區(qū)之一［1］。坡溝系統是該區(qū)流域的重要組成單元，也是控制水土流失、恢復與重建生態(tài)環(huán)境的基本治理單元。溝道及坡面治理工程是該地區(qū)生態(tài)建設的主要措施。大規(guī)模治理條件下，既要強調治理工程的有效性，更要強調持續(xù)性和安全性。隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，黃土高原溝道及坡面治理工程投入強度和建設規(guī)模不斷增大。特別是自1999年以來，黃土高原地區(qū)相繼開展了退耕還林、壩系建設、坡改梯以及溝道造地等大規(guī)模水土保持生態(tài)建設活動，區(qū)域土地利用和生態(tài)環(huán)境發(fā)生了深刻變化［2］，顯著改變了黃河流域水沙情勢，也提升了區(qū)域生態(tài)系統服務功能［3］，明顯改善了居民生活［4］。然而，黃土丘陵溝壑區(qū)坡溝治理在取得巨大成效的同時，由于一些機制不夠明晰、技術不夠成熟以及施工工藝欠缺等問題，面臨的生態(tài)安全問題日益突出：①由于坡體—植被系統的穩(wěn)定性機理尚不明確，坡體—植被系統失穩(wěn)現象頻發(fā)，坡體植被的優(yōu)化配置模式仍不成熟，水土流失問題依然嚴峻［5］；②坡溝治理工程緩解了耕地緊張的壓力，鞏固了退耕還林成果，但高邊坡穩(wěn)定性差、新造土地不均勻沉降及鹽堿化加劇等問題時有發(fā)生，因此構建穩(wěn)定的邊坡—溝道復合系統、研發(fā)坡溝治理生態(tài)調控關鍵技術是保障流域生態(tài)安全的迫切需求［6］；③淤地壩是流域綜合治理體系中的關鍵防線，通過“攔、蓄、淤”既能將洪水泥沙就地攔蓄，有效防止水土流失，又能形成壩地，充分利用水土資源，但淤地壩水毀事件頻發(fā)［7-8］，壩地水沙資源化安全利用等方面面臨技術瓶頸。近年來，在全球氣候變化下，黃土高原局地極端暴雨頻發(fā)，流域生態(tài)安全受到新的威脅。因此，急需深入研究溝道及坡面治理工程對流域生態(tài)安全的影響機制、過程與效應，研發(fā)和集成以保障流域生態(tài)安全為根本前提的溝道及坡面治理技術。

2 黃土丘陵溝壑區(qū)坡面治理急需解決的關鍵問題

2.1 流域生態(tài)災害演變過程與阻控機制

本項目的核心目標是研發(fā)流域溝道—坡面治理工程的生態(tài)安全保障技術。為實現這一目標，需要準確識別影響流域生態(tài)安全的主要脅迫因子與生態(tài)風險。為此，需要明確流域生態(tài)災害的演變過程與規(guī)律，量化自然和人為活動因子對生態(tài)災害演變過程的影響，解決生態(tài)災害演變及阻控機制問題，并將其作為建立生態(tài)安全保障技術體系的理論基礎。具體地，擬從流域和坡溝系統綜合視角建立多尺度流域生態(tài)系統演化分析理論框架，基于野外調查、綜合測度以及模型模擬，系統梳理影響流域生態(tài)安全的主控因素，分析流域生態(tài)安全脅迫因素與生態(tài)風險誘發(fā)因素，揭示溝道及坡面治理工程對流域生態(tài)安全的影響機制、流域生態(tài)災害的時空演變特征及阻控機制。

2.2 溝道與坡面治理工程提升流域生態(tài)安全的協同機理

實現流域生態(tài)系統的健康穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展已成為當務之急，而已有研究多側重于溝道、坡面治理工程的單一效應，對于綜合考慮溝道—坡面治理工程、提升流域生態(tài)安全的協同作用研究亟待深入。小流域作為黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)治理的基本單元，其生態(tài)安全同時受坡面和溝道治理工程的影響。溝道與坡面治理工程的生態(tài)效應相互影響、相互疊加，研究溝道-坡面治理工程提升流域生態(tài)安全的協同作用及機理，是研發(fā)溝道—坡面協同治理、提升流域生態(tài)安全關鍵技術的理論基礎。

2.3 溝道及坡面治理工程生態(tài)效應測度技術

揭示溝道及坡面治理工程的生態(tài)安全效應和識別致災主控因素，是研制溝道及坡面治理工程生態(tài)安全保障技術和評估示范工程生態(tài)安全保障成效的基本前提?，F有生態(tài)安全效應評價多基于遙感和社會經濟統計數據在宏觀區(qū)域尺度開展，難以滿足坡面、溝道以及流域等微觀尺度的溝坡治理工程的生態(tài)安全效應評估需要。因此，針對溝道及坡面治理工程的生態(tài)安全效應測度技術，成為本研究要突破的關鍵技術問題之一。擬基于溝道調查與建模分析、定位觀測與過程解析，研制適用于小尺度區(qū)域的坡溝治理工程生態(tài)安全效應評估指標體系與權重、基準參數與閾值，進而在形成測度技術方面取得突破。

2.4 坡體—植被系統生態(tài)穩(wěn)定性提升技術

針對坡體—植被系統穩(wěn)定性低下、生態(tài)災害頻發(fā)、植被—土體一體化配置模式穩(wěn)定性差等問題，診斷影響坡體-植被系統穩(wěn)定性的主控因素，構建坡體—植被系統穩(wěn)定性快速診斷模型，評價坡體-植被系統失穩(wěn)引發(fā)流域生態(tài)災害的風險；建立坡體—植被系統根系特性與根土復合體穩(wěn)定性間的定量關系，闡明坡體—植被系統生態(tài)水文與水土保持效應，確定適宜的草灌種類及配置模式，提出坡體—植被系統生態(tài)穩(wěn)定性提升技術。

2.5 邊坡工程—溝道整治生態(tài)安全調控技術

針對黃土高原已實施的“治溝造地”“削山造城”等大型坡溝整治工程導致下墊面劇烈改變、人工切削高陡邊坡、新造土地生態(tài)災害隱患等突出問題，構建人工擾動邊坡工程安全防控與生態(tài)還綠技術，優(yōu)化溝道整治工程沉降調控措施，總結溝道整治新增土地的高效利用模式，提出邊坡工程—溝道整治生態(tài)安全調控技術。

2.6 壩系工程水土資源安全高效利用技術

針對溝道洪災頻發(fā)、淤地壩水毀風險高以及淤地速度慢等流域生態(tài)安全和資源化利用問題，研發(fā)基于壩系安全的洪水風險評價技術，提出病險淤地壩的快速診斷方法，發(fā)展淤地壩系除險加固及功能提升技術，構建淤地壩系防洪安全保障技術體系。通過改進淤地壩泄流排洪方式，促進壩地水—肥—氣—熱耦合，形成淤地壩水沙資源化安全高效利用技術。

3 結語

本文從目前黃土高原坡面存在的生態(tài)問題著手，為坡面治理工作的開展提出了如下建議：闡明溝道及坡面治理工程的流域生態(tài)安全響應、流域生態(tài)災害演變過程與阻控機制，明確溝道與坡面治理工程提升流域生態(tài)安全的協同機理與優(yōu)化配置，為技術創(chuàng)新與優(yōu)化集成提供理論指引；從保障流域生態(tài)安全的綜合視角，研發(fā)促進植被恢復、邊坡穩(wěn)固、壩系穩(wěn)定、壩地水土安全高效利用的溝道及坡面治理工程一體化技術及其施工工藝；提出溝道及坡面治理工程生態(tài)安全保障技術體系與規(guī)程，為黃土丘陵溝壑區(qū)坡溝治理提供技術支撐，切實促進區(qū)域生態(tài)安全、生產增效與持續(xù)發(fā)展。