基于三道溝小流域治理設(shè)計(jì)綜述

于 博

(康平縣自然資源保護(hù)與行政執(zhí)法中心，遼寧 康平 110500)

0 引 言

三道溝小流域位于康平縣張強(qiáng)鎮(zhèn)南部，總面積1830.00hm2，其中水土流失面積483hm2，占流域面積26.39%，且全部為輕度侵蝕。該小流域?qū)儆谶|北山地丘陵區(qū)，海撥高度85-135m，相對(duì)高差為50m，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草地、水域及村屯道路等非生產(chǎn)用地面積736.6hm2、529.00hm2、213.92hm2、350.78hm2。三道溝小流域?qū)偌撅L(fēng)大陸性氣候，多年平均降水量513.4mm，汛期降雨(7--9月份)約占全年總量75%以上，且多以大雨、暴雨出現(xiàn)，年均氣溫6.9℃，日照時(shí)數(shù)2867.6h，年蒸發(fā)量2018mm，凍土深1.45m，無(wú)霜期151d。

1 小流域治理的必要性

1.1 水土流失成因

自然和人為因素為引發(fā)水土流失的兩大根源，其中自然因素體現(xiàn)在以下方面：①降雨年內(nèi)分布不均，汛期降雨占全年總量75%以上，并多以大雨、暴雨出現(xiàn)，降雨集中、歷時(shí)短、強(qiáng)度大、沖刷作用強(qiáng)烈，表層土壤極易遭到破壞，其后果為土壤肥力下降和生產(chǎn)能力減弱。②流域位于內(nèi)蒙古科爾沁沙地南緣，受沙漠氣候的影響，終年多風(fēng),年平均風(fēng)速4.6m/s，8級(jí)以上大風(fēng)達(dá)36d以上，西北部耕地風(fēng)剝沙壓嚴(yán)重。③該地區(qū)屬低山丘陵區(qū)，東南部丘陵起伏，西北部有少量沙化區(qū)，地勢(shì)較為復(fù)雜，這種地形地貌如無(wú)防治措施，勢(shì)必加大水土流失的發(fā)生和發(fā)展。④土壤多為棕壤土和沙化土，土地較瘠薄貧瘦、結(jié)構(gòu)不良，其抗蝕性能弱。

人為因素產(chǎn)生的水土流失主要表現(xiàn)在土地利用不合理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)失調(diào)、防治措施少、治理程度較低等方面。

1.2 必要性分析

1)保護(hù)土地資源。水力侵蝕使原有的土地割裂，溝壑發(fā)育，坡面上出現(xiàn)大量的侵蝕溝，造成地塊支離破碎，地面平整度下降，導(dǎo)致可利用土地逐年減少；此外，水土流失使土壤抗沖蝕能力降低、養(yǎng)分逐漸減少、土壤肥力逐年下降，嚴(yán)重地影響了糧食產(chǎn)量[1-2]。因此，為了增加糧食生產(chǎn)，恢復(fù)地力，農(nóng)民每年都要施用大量的有機(jī)肥、化肥、機(jī)械動(dòng)力等以彌補(bǔ)地力的虧空，使原本貧困的群眾生活更加拮據(jù)，因此小流域治理是保護(hù)土地資源的迫切需要[3]。

2)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。由于徑流沖刷造成表土流失，致使土層變薄和土壤養(yǎng)分損失，使沃土變貧變瘠，同時(shí)侵蝕還造成土壤沙化、鹽堿化，土地板結(jié)，使地力衰退，導(dǎo)致生產(chǎn)力和人們生活水平下降，對(duì)整個(gè)流域及下游周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生很大的制約影響。所以，必須開展以小流域?yàn)閱卧乃帘３址乐喂ぷ?，搞好水土流失治理?duì)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、提高糧食產(chǎn)量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有根本性的作用，對(duì)推進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義[4]。

3)提高防洪減災(zāi)能力。每年汛期洪水暴發(fā)，水土流失產(chǎn)生大量泥沙，淤積在河道內(nèi)，使河道變窄，降低了水利設(shè)施調(diào)蓄功能和天然河道泄洪能力，泥沙沖入下游，則加劇了下游的洪澇災(zāi)害。為保護(hù)輸水通道的暢通，減少泥沙淤積，提高區(qū)域防洪、減少自然災(zāi)害的能力，必須進(jìn)行水土流失綜合防治。

4)推動(dòng)小流域高質(zhì)量發(fā)展。水土流失造成生態(tài)環(huán)境不斷惡化，降低了涵養(yǎng)水源能力，由于三道溝小流域內(nèi)溝道叢生，遇強(qiáng)徑流時(shí)蠶食溝道兩岸農(nóng)田；耕地由于長(zhǎng)年耕作且無(wú)保土耕作措施，致使土壤流失嚴(yán)重，肥力流失，農(nóng)民反響強(qiáng)烈，所以這是推動(dòng)小流域健康發(fā)展的需要[5]。

綜上分析，當(dāng)?shù)卣叨戎匾曅×饔蛑卫砉ぷ鳎J(rèn)為水土保持肩負(fù)著改善生態(tài)環(huán)境、減輕自然災(zāi)害、推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的歷史使命。因此，積極參與小流域治理工程，結(jié)合流域侵蝕溝實(shí)際情況因地制宜的布設(shè)水保措施，并科學(xué)設(shè)計(jì)綜合整治方案，對(duì)項(xiàng)目落實(shí)、資金配套、征占地等問(wèn)題給出合理化建議具有現(xiàn)實(shí)意義[6-7]。

2 小流域治理設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

1)對(duì)三道溝小流域內(nèi)現(xiàn)有的天然林、人工林、草地全面保護(hù)，增強(qiáng)蓄水保土能力，提高林草覆蓋率和土壤抗沖蝕性；對(duì)以上區(qū)域和未成林地實(shí)施封禁治理，利用大自然的力量，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我繁衍和自修復(fù)功能，加快修復(fù)植被恢復(fù)和改善受損的環(huán)境，封禁治理區(qū)周圍要求插牌定界，并訂立相關(guān)的政策和制度，明確專人管理。

2)小流域內(nèi)溝道侵蝕嚴(yán)重，小河道沒(méi)有護(hù)岸措施，溝底、河底下切較深且蠶食兩側(cè)土地，為保護(hù)兩側(cè)土地免受侵害，可以采取新建谷坊、溝頭防護(hù)、小河道治理等措施。通過(guò)合理布設(shè)各項(xiàng)措施，加強(qiáng)預(yù)防保護(hù)和監(jiān)督，保護(hù)小流域內(nèi)現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.2 綜合治理措施

通過(guò)對(duì)小流域內(nèi)侵蝕溝、小河道的治理，減少由于水土流失而進(jìn)入水中的泥沙數(shù)量，控制由于農(nóng)田徑流的沖刷而帶入水體中氮、磷等污染物的數(shù)量，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水源。建設(shè)規(guī)模如下：新建谷坊27座，溝頭防護(hù)7處，小河道治理長(zhǎng)度1.5km，防沖坎1座，棉槐種植5000m2，梯田修復(fù)135hm2。

1)谷坊工程設(shè)計(jì)。針對(duì)溝底比降不超過(guò)5%的溝段布設(shè)谷坊群，從上而下按照溝底比降圖初步擬定谷坊的位置。上谷坊基部與下谷坊頂部等高，谷坊壩址選擇在“口小肚大”、無(wú)破碎或孔洞、岸坡地質(zhì)良好、溝底地形適宜的地層，雜物和卵石要易于清除，取用土、石等建筑材料比較方便的地方作為壩址。石籠谷坊斷面尺寸∶尺寸為高1.0m，頂寬1m，上游邊坡坡比1∶1.0，下游邊坡坡比1∶1.0，頂中部留長(zhǎng)為頂長(zhǎng)L/3高為0.25m的溢流口，谷坊長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)狀情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)溝頭防護(hù)工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)范圍為三道溝小流域侵蝕溝溝頭，具體防護(hù)位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇沖刷嚴(yán)重地點(diǎn)為重點(diǎn)防護(hù)地段，治理方式為石籠陡坡跌水式溝頭防護(hù)。為防止水的溯源侵蝕，在溝道的源頭設(shè)計(jì)溝頭防護(hù)，跌水式溝頭防護(hù)一般由三部分組成：進(jìn)水口(寬頂堰)、陡坡消力池和出口海漫。其中，溝頭防護(hù)需進(jìn)行人工削坡處理，坡比1∶2，進(jìn)行石籠護(hù)坡，底部采用3m寬，0.5m厚石籠護(hù)底，護(hù)坡頂部采用2m寬，0.5m厚石籠壓頂，石籠下鋪設(shè)0.1m厚砂墊層和土工布(400g/m2)。

3)小河道治理工程設(shè)計(jì)。防洪標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)合小流域?qū)嶋H情況，小河道保護(hù)對(duì)象為小河道兩側(cè)耕地及道路，防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10a，故設(shè)計(jì)實(shí)施小河道疏浚工程。縱斷面設(shè)計(jì)：小河道設(shè)計(jì)比降按河底高程作為河道的控制基點(diǎn)，河床已基本固定，其連成線所形成的河底即為設(shè)計(jì)河底線，工程設(shè)計(jì)采用原河道現(xiàn)狀比降6.61‰；橫斷面設(shè)計(jì)：橫斷面按現(xiàn)有河道寬度確定，清淤底寬范圍為3-30m，具體以現(xiàn)狀實(shí)際寬度為準(zhǔn)，清淤厚度范圍為0.3-0.5m，邊坡坡比為1∶2進(jìn)行設(shè)計(jì)。河道疏浚土方運(yùn)至兩岸岸坡上，在條件允許的小河道兩岸進(jìn)行植物防護(hù)。

4)防沖坎工程設(shè)計(jì)。為了防止溝底下切，減小水流沖刷的影響，小流域修建防沖坎一座。防沖坎采用石籠結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度10.0m，寬度40.0m，石籠網(wǎng)線采用3.2mm普通熱鍍鋅鐵絲編制而成，其他指標(biāo)和石籠護(hù)岸要求一致。

5)梯田修復(fù)工程設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)情況，對(duì)流域內(nèi)現(xiàn)狀梯田進(jìn)行田埂修復(fù)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)梯田主要分為水平梯田和坡式梯田兩種，要分別進(jìn)行田埂修復(fù)。其中，水平梯田田埂修復(fù)設(shè)計(jì)采用頂寬0.5m，上游坡比1∶0.4，下游坡比1∶1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在有條件的田埂上種植灌木棉槐進(jìn)行固土；坡式梯田田埂修復(fù)設(shè)計(jì)采用底寬0.4m，上游坡比1∶1，下游坡比1∶0.5的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在有條件的田埂上種植灌木棉槐進(jìn)行固土。

6)水土保持造林工程設(shè)計(jì)。在小河道兩岸石籠背坡進(jìn)行水土保持造林工程，植物選用棉槐，種植寬度2.0m，該小流域共種植棉槐5000m2，規(guī)格為株高60cm，種植密度為間距0.2m×0.2m。栽植片植小灌木時(shí)要保持整齊，栽植深度相同，考慮樹干大小與苗木高度均勻搭配，外側(cè)種植形態(tài)好的苗木，定植前將標(biāo)線或繩臨時(shí)拉設(shè)于栽植溝外側(cè)；拆除包裹物后，隨栽隨填土沖實(shí)，相鄰苗木間的枝條以稍交叉為最佳，較栽植地面土球上表面低5-6cm，6cm，沿溝外壘畦埂，高15-20cm；設(shè)定標(biāo)線，并在新芽萌動(dòng)后按定標(biāo)線修建。

2.3 效益分析

2.3.1 生態(tài)效益

小流域治理前生態(tài)環(huán)境敏感且脆弱，多年來(lái)受地形、氣候等自然條件的影響和人為因素的破壞，生態(tài)環(huán)境惡劣，自然災(zāi)害頻繁，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不良影響，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整緩慢。綜合治理工程的實(shí)施，可進(jìn)一步控制小流域所在地及周邊地區(qū)的水土流失，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的提高，使小流域資源可持續(xù)利用得到保護(hù)。

同時(shí)，地表植被的增加和恢復(fù)，不僅為野生動(dòng)物的棲息提供了良好場(chǎng)所，也為工程所在地及周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)盡快恢復(fù)創(chuàng)造了條件。小流域生態(tài)環(huán)境將有明顯改善，有效地減少地表徑流和土壤沖刷量，提高土地生產(chǎn)力，促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在蓄水保土效益兩個(gè)方面，其中蓄水效益是指各項(xiàng)治理措施實(shí)施后通過(guò)攔蓄、延長(zhǎng)匯流時(shí)間、增加土壤入滲和延緩地表徑流等增加需水量；保土效益是指各項(xiàng)治理措施的實(shí)施，通過(guò)減輕土壤溝蝕、面蝕以及攔蓄坡溝泥沙等減少的泥沙量和土壤侵蝕量。

保水效益利用攔蓄徑流指標(biāo)(%)、各種治理措施徑流模數(shù)乘以其相應(yīng)的面積計(jì)算，各種工程措施的年總蓄水量用工程個(gè)數(shù)乘以工程的平均容積計(jì)算；總保水效益用總蓄水量乘以當(dāng)?shù)嘏d建蓄水工程每1m3庫(kù)容的造價(jià)求得，興建蓄水工程1m3庫(kù)容造價(jià)為2.00元。保土效益根據(jù)各種措施面積乘以相應(yīng)措施的侵蝕模數(shù)及保土指標(biāo)(%)計(jì)算;各種工程措施的年總保土量，用工程的個(gè)數(shù)乘以工程平均保土量計(jì)算，則總保土效益用總保土量乘以清除河道每噸泥沙或加高堤防單位土方量的造價(jià)求得，該地區(qū)清除小型水利工程或河道泥沙的每噸造價(jià)為2.00元。

經(jīng)計(jì)算小流域各項(xiàng)治理措施實(shí)施后，各項(xiàng)新增措施總蓄水量達(dá)0.08萬(wàn)m3，保土量達(dá)0.003萬(wàn)t，產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益0.17萬(wàn)元。

2.3.3 社會(huì)效益

1)改善生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水土。水土保持措施的實(shí)施可有效控制水土流失，增加生物產(chǎn)量、植被面積和土壤水分儲(chǔ)存，提高水資源利用率。由于減少了水、肥、土的流失，可增加土地的使用價(jià)值，從而增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)、林、牧等的各項(xiàng)效益。

2)減少遼河流域產(chǎn)沙量及河流泥沙含量。由于水土保持工程對(duì)土壤水蝕采取了分層防護(hù)措施，通過(guò)溝頭防護(hù)、塘壩及河道的工程建設(shè)，可逐步降低土壤侵蝕模數(shù)，減少泥沙入河量，從而減輕了泥沙淤積對(duì)區(qū)域內(nèi)河流和水庫(kù)的危害。

3)減輕山洪、泥石流災(zāi)害。水土保持工程在一定程度上改善溝道徑流的年內(nèi)分配，通過(guò)多層攔截涵蓄，阻止或延緩地表徑流的產(chǎn)生，減少洪峰流量，從而減輕洪水、泥石流等自然災(zāi)害，保護(hù)村屯、道路、農(nóng)田及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

4)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。治理措施的實(shí)施，可使區(qū)域生態(tài)條件得到極大改善，為地區(qū)農(nóng)林牧生產(chǎn)發(fā)展創(chuàng)造良好條件，也為增加群眾收入，加快脫貧致富步伐，走上致富道路提供了有力支撐。通過(guò)挖掘資源潛力，不僅拓寬了農(nóng)村勞動(dòng)力就業(yè)的門路，豐富了產(chǎn)品數(shù)量和種類，而且有利于推動(dòng)小流域可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié) 論

根據(jù)小流域生產(chǎn)力發(fā)展水平、土地利用現(xiàn)狀和地貌形態(tài)特征，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以改造與保護(hù)耕地、恢復(fù)植被為重點(diǎn)，以水土資源開發(fā)利用和治理保護(hù)為基礎(chǔ)，科學(xué)設(shè)計(jì)小流域治理方案。經(jīng)初步估算，各項(xiàng)新增措施總蓄水量達(dá)0.08萬(wàn)m3，保土量達(dá)0.003萬(wàn)t，產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益0.17萬(wàn)元。項(xiàng)目的實(shí)施顯著提高了流域內(nèi)的土地生產(chǎn)力、農(nóng)業(yè)防御自然災(zāi)害能力，并有利于恢復(fù)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高居民生活水平發(fā)揮著巨大作用。