水土保持植物與工程措施設(shè)計(jì)分析

朱翔華

(燈塔市水利工作服務(wù)中心，遼寧 燈塔 111300)

1 研究區(qū)概況

1.1 基本情況

燈塔市地處低山丘陵區(qū)，屬于遼河平原農(nóng)田防護(hù)區(qū)和人居環(huán)境維護(hù)區(qū)，經(jīng)過多年的治理，燈塔市的生態(tài)環(huán)境有了明顯的改善，坡耕地成為了節(jié)水高效的梯田，河道泥沙的淤積情況明顯減少。

1.2 水文特征

燈塔市地處遼東低山丘陵區(qū)，屬于半北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為718.00mm，年平均徑流深為200mm，降水量年季間變化大，年內(nèi)分配不均勻，多集中在6、7、8、9四個(gè)月，多年平均蒸發(fā)量為1520mm，相對濕度52%。春季干旱，雨熱同期，日照充足，溫差較大，年平均氣溫8.50℃，日照時(shí)數(shù)2565h，無霜期160d，最大凍土深度1.20m主。燈塔市境內(nèi)共有20條河流，太子河、渾河屬省內(nèi)大河，其次有小渾河、戈西河、十里河、北沙河、馬峰河等，總河長310.54 km2，控制面積1171.44 km2。

1.3 土壤與植被

燈塔市土壤構(gòu)成包括3個(gè)土類，依次為棕壤土、草甸土、水稻土，6個(gè)亞類，22個(gè)土屬，36個(gè)土種。其中，棕壤土類有87.4萬畝，草甸土類67.4萬畝，水稻土類41.9萬畝，此外還有少量的沼澤土類等。棕壤土類主要分布在中部、東部地區(qū)，草甸土主要分布在西部平原地區(qū)，水稻土主要分布在中部和西部地區(qū)。

主要植被為落葉林和針、闊混交林，植物種類豐富，也是是次生林和人工林最集中的區(qū)地，森林多為天然次生林和建國后人工營造林，全市森林覆蓋率16.5%，東部山區(qū)森林覆蓋率為57%。該區(qū)域以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)作物主要由玉米、大豆、水稻，經(jīng)濟(jì)作物有山楂、大榛子、蘋果、南國梨等。

1.4 水土流失現(xiàn)狀

調(diào)查顯示，研究區(qū)地形破碎，土壤條件差，水土流失嚴(yán)重，侵蝕方式主要以中度水蝕為主。在降水徑流作用下，侵蝕溝壑分布廣泛，其治理難度較大；加之部分已治理的地塊標(biāo)準(zhǔn)不高，有待修復(fù)；部分地區(qū)的管護(hù)力度不夠，人為破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?？傮w而言，燈塔市存在的水土流失問題如下：①鑒于技術(shù)原因，部分地區(qū)遺留大量半風(fēng)化低土層荒山，為水土流失治理的難點(diǎn)。②耕地以坡耕地為主，由于多年的傳統(tǒng)耕作，耕作層較淺，且由于常年的化肥使用導(dǎo)致土壤板結(jié)嚴(yán)重，肥力低下，無任何水保、灌溉措施，經(jīng)濟(jì)效益低下且水土流失嚴(yán)重。③目前仍有大面積的坡耕地和侵蝕溝未采取保護(hù)措施，部分坡耕地水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)作物產(chǎn)量低下。

2 水土保持措施設(shè)計(jì)

2.1 綜合防護(hù)體系設(shè)計(jì)

在綜合治理中結(jié)合自然條件和土地類型分布規(guī)律，按照因害設(shè)防、因地制宜的原則綜合配置水保措施和土地利用類型，堅(jiān)持分階段實(shí)施，分項(xiàng)目推進(jìn)。

1)坡耕地治理體系。坡耕地水土流失防護(hù)體系主要以修筑果樹梯田為主，通過改變微地形，變坡地為平地，調(diào)節(jié)地表徑流，防止雨水直接流入坡耕地沖刷表層土壤，減少水土流失，增加土地產(chǎn)出[1]。具體做法是：坡度在15°以下的土層厚、土質(zhì)肥沃的坡耕地修筑果樹梯田。

2)侵蝕溝防護(hù)體系。侵蝕溝水土流失防護(hù)體系主要以修筑溝頭防護(hù)、谷坊為主，通過溝頭治理、節(jié)節(jié)攔水?dāng)r沙，防止溝岸擴(kuò)張及溝底下切，安全承接上游來水、攔截泥沙、消減洪峰[2]。具體做法是：對侵蝕嚴(yán)重的溝頭進(jìn)行綜合治理，在溝深、匯水量、侵蝕較嚴(yán)重的侵蝕溝上布設(shè)石籠谷坊，堅(jiān)持先上游后下游，先支溝后干溝，從溝頭到溝口的治理順序。

3)封育治理防護(hù)體系：對圖斑內(nèi)水土流失面積達(dá)到15%以上、不適宜直接修建工程和林草措施的區(qū)域，采取圍欄等封育治理措施，封育治理區(qū)周圍要求埋立公示牌，并訂立相關(guān)的政策和制度，明確專人管理，避免人為和牲畜擾動(dòng)，充分利用生態(tài)系統(tǒng)自修復(fù)功能和大自然的力量，加快水土流失治理步伐，減少水土流失。

4)荒山荒坡治理防護(hù)體系：營造水保林，以增加植被覆蓋度。在立地條件較好的地方發(fā)展經(jīng)果林，根據(jù)市場的實(shí)際需要和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選擇附加值較高且不損害立地條件的樹種[3]。在營造水保林、經(jīng)果林時(shí)根據(jù)具體情況可采用水平槽整地，提高植物成活率。

2.2 工程措施

2.2.1 果樹梯田工程

1)設(shè)計(jì)原則。根據(jù)經(jīng)濟(jì)林適宜布設(shè)果樹梯田的立地條件，從早受益、集約化經(jīng)營和商品生產(chǎn)的角度，充分利用自然資源優(yōu)勢，遵循布局合理、兼顧周圍、相對集中、方便管理的原則設(shè)計(jì)果樹梯田措施[4]。

2)技術(shù)措施。針對治理地塊已栽植果樹，樹種有蘋果、梨等，土質(zhì)較好，應(yīng)根據(jù)原有地形，設(shè)計(jì)的規(guī)格3m×4m，以3m×4m的果樹株行距為主，實(shí)際施工中以實(shí)際株行距為準(zhǔn)。設(shè)計(jì)于每1株樹或每2株樹為一水平池，地面坡度為12°，池埂高0.30m，池埂寬0.30m，底寬0.40m，池埂邊坡1∶1，每個(gè)池面平整，池埂整齊、規(guī)則、密實(shí)。根據(jù)現(xiàn)場勘查，確定果樹株行距為3m×3m或2m×6m，如圖1。

圖1 果樹梯田設(shè)計(jì)圖

2.2.2 谷坊工程

工程區(qū)溝壑密度較大，溝壑是產(chǎn)生水土流失的重要地類。為了防止溝岸繼續(xù)擴(kuò)張和溝床下切，針對工程區(qū)的侵蝕溝需要修筑小型水保工程—谷坊，以攔截泥沙，穩(wěn)定溝坡，促使溝壑逐步川臺化，達(dá)到有效利用的目的。

1)設(shè)計(jì)原則。根據(jù)侵蝕溝的水土流失特點(diǎn)、地形條件、水文地質(zhì)、建筑材料和施工技術(shù)等因素，本著就地取材、攔截泥沙和有效控制溝壑下切的原則，以最經(jīng)濟(jì)的投入發(fā)揮最大的水土保持效益。

2)谷坊型式。谷坊類型要便于開發(fā)、經(jīng)久耐用、就地取材，滿足功能多樣、能溢能泄、抗滑抗傾、因地制宜等要求。結(jié)合低山丘陵區(qū)石料豐富的特點(diǎn)，選擇適合山洪溝道含沙量大、節(jié)約供料的干砌石谷坊和鐵絲石籠谷坊。

3)谷坊設(shè)計(jì)。干砌石谷坊、鐵絲石籠谷坊頂寬1.0m，迎水坡坡比為1∶0.2，背水坡1∶0.8。谷坊的高度取1.2m，基礎(chǔ)埋深0.3m或清基至巖石層。干砌石谷坊頂用混凝土壓蓋10cm，谷坊高度1/2處混凝土夾層厚10cm。谷坊的間距為78m，谷坊溢流口尺寸底寬3.0m，高度0.3m，如圖2。

4)工程布置。布置原則是“頂?shù)紫嗾铡?，將谷坊布設(shè)于溝道直段，溝道有跌坎時(shí)布設(shè)于跌坎上，溝道斷面變化時(shí)布設(shè)于較窄處。

圖2 谷坊設(shè)計(jì)圖

5)谷坊砌筑位置的選擇。①谷坊壩址要求“口小肚大”，溝底和溝坡地形、地質(zhì)良好，沒有不易清除的雜物、亂石、破壞地層或孔洞，建筑材料方便；②谷坊修筑流程要符合從上而下、自高到低的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，逐級實(shí)施；③避開跌水和拐彎處，在存在支流匯合的情況下可將谷坊修建于匯合點(diǎn)處。[5]。

2.2.3 封育治理工程

1)設(shè)計(jì)原則。根據(jù)流域內(nèi)自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件及水土流失特點(diǎn)、程度，對圖斑內(nèi)水土流失面積達(dá)到15%以上、不適宜直接修建工程和林草措施的區(qū)域采取必要的人工輔助措施，即在人、畜活動(dòng)頻繁區(qū)和封育治理區(qū)邊緣設(shè)置鐵絲圍欄，以防人、畜對封育治理區(qū)的破壞；封育治理區(qū)周圍要求埋立公示牌。

2)封育方式和管理制度。采取全年封育治理方式，結(jié)合實(shí)際情況確定封育治理年限，一般為4年。封育治理區(qū)應(yīng)遵循當(dāng)?shù)剜l(xiāng)規(guī)民約、舍飼禁牧和封育保護(hù)有關(guān)政策，嚴(yán)格控制不合理建設(shè)活動(dòng)，創(chuàng)造良好的封育整治環(huán)境，推進(jìn)封育治理工作。另外加強(qiáng)水土保持封育治理成果管護(hù)工作，利用水利局開展封育治理的執(zhí)法、監(jiān)督、檢查工作，流域內(nèi)各村設(shè)專職管護(hù)員，確保封育治理工程的順利實(shí)施。

3)圍欄設(shè)計(jì)。采用全封方式，為防止人、畜隨意進(jìn)入，必須用圍欄將封育治理區(qū)封閉。結(jié)合地形地貌特征，在打柴場、牧場、村屯、道路等活動(dòng)頻繁區(qū)布設(shè)圍欄。圍欄水泥樁采用C20混凝土樁，規(guī)格為長0.12m、寬0.12m、高2.10m，混凝土樁間距4m，地下埋深0.50m，地上高1.60m，隔2根混凝土樁用礫石加固根部。水平刺線5道，間距0.20m，對角線共2道。將鐵絲網(wǎng)捆扎在支柱上。各封育治理單元預(yù)留進(jìn)出口2個(gè)，并分別安裝混凝土樁柱鐵絲網(wǎng)門。刺線采用刺鐵絲和8#鐵絲，如圖3。

2.3 植物措施

2.3.1 水保林措施

1)設(shè)計(jì)原則。遵循的原則：適地適樹、因地制宜，以獲得穩(wěn)定持續(xù)的林分環(huán)境，改善立地質(zhì)量為目標(biāo)；選擇適應(yīng)性較強(qiáng)、經(jīng)諾年栽培或適宜的鄉(xiāng)土樹種，提高造林成活率；最大程度的創(chuàng)造復(fù)層林相，以穩(wěn)定的生態(tài)體系和高效利用的營養(yǎng)空間充分發(fā)揮土地生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)水保效益的最大化。

2)造林設(shè)計(jì)。①整地方式：水保林一般都要采取整地工程，以保水保土和維持樹木生長，不同樹種、不同立地條件下采取的整地方式不同。按設(shè)計(jì)的造林密度確定整地坑數(shù)量，根據(jù)不同的立地條件類型，確定整地方式。根據(jù)規(guī)劃地塊的地形地貌條件，采用魚鱗坑整地方式，整地規(guī)格為株距3.0m、行距4.0m，栽植坑規(guī)格為長徑0.6m，短徑0.4m，坑深0.5m。在坡面上各坑沿等高線布設(shè)，上下兩行呈“品”字錯(cuò)開排列；②造林樹種及密度：結(jié)合區(qū)域內(nèi)的不同立地條件，按著適地適樹的原則優(yōu)選出生物生態(tài)特性與其地形、土壤、水分相適應(yīng)的喬灌樹種。此流域水保林的樹種選擇刺槐，造林密度的確定以造林目的、立地條件、樹種特性為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范確定主要適宜生長樹種的初植密度。水保林造林密度宜采用株行距3m×4m，造林密度840株/hm2，苗木選擇地徑1cm的截干苗，如圖4；③幼林撫育：除松土除草外，栽后2年內(nèi)略加修剪管理，刺槐每年夏季疏剪其長枝。

圖4 水保林造林設(shè)計(jì)圖

2.3.2 經(jīng)濟(jì)林措施

1)設(shè)計(jì)原則。根據(jù)該流域內(nèi)部分荒山適合布設(shè)經(jīng)濟(jì)林等措施，設(shè)計(jì)原則從早受益、集約化經(jīng)營、商品生產(chǎn)的角度，遵循布局合理、適地適樹、兼顧周圍、相對集中、方便管理的原則。

2)造林設(shè)計(jì)。①整地時(shí)間及方式。整地時(shí)間一般春、夏、秋季均可，最好在雨季前完成。根據(jù)該流域的地形地貌條件，流域內(nèi)對于荒山荒坡的治理，主要采用的整地方式為水平槽整地，整地規(guī)格：主槽長1.6m，槽寬0.5m，槽深0.5m，回土深度0.3m，槽間距1.4m，行距3.0m。副槽長1.6m，槽寬0.3m，槽深0.2m，攔水埂高0.25m；②栽植樹種：結(jié)合當(dāng)?shù)乜伤臍庀筇卣骱土⒌貤l件，選擇適于燈塔地區(qū)的經(jīng)濟(jì)林樹種，一般為山杏；③栽植密度及栽植方法：栽植密度直接關(guān)系到能否最大限度地利用光能和土地資源，經(jīng)濟(jì)林果栽植密度因樹種、品種、立地條件及管理水平不同而異，主要經(jīng)濟(jì)林果栽植密度也不盡相同。山杏栽植的株行距2m×3m，造林密度1667株/hm2，如圖5；④幼林撫育：新建經(jīng)濟(jì)林須采取幼林撫育措施，集約化經(jīng)營。每年夏、秋各修剪一次，并保持松土、施肥、除草、澆水。幼林可間作豆科作物。

圖5 經(jīng)濟(jì)林造林設(shè)計(jì)圖

3 結(jié) 語

隨著水土保持治理理念的不斷提升，治理項(xiàng)目的進(jìn)一步深化，燈塔市小流域治理更進(jìn)入一個(gè)攻堅(jiān)克難的關(guān)鍵時(shí)期，以往傳統(tǒng)措施無法治理的難點(diǎn)、流失類型等，在不斷創(chuàng)新的治理手段和治理模式下逐漸成為未來水土保持治理的主要方向。根據(jù)區(qū)域水土流失特征，堅(jiān)持因害設(shè)防、因地制宜的原則，綜合利用植物與工程措施實(shí)行綜合性開發(fā)治理，有利于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和居民生活水平，加快土地資源的優(yōu)化調(diào)整和土地產(chǎn)出率的提升，為合理利用有限的水土資源以及促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。