典型黑土區(qū)侵蝕溝的綜合生態(tài)治理實踐

孫業(yè)欣

(中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 基本情況

本工程主要涉及建設(shè)農(nóng)場第三管理區(qū)和第五管理區(qū)，土地總面積13 502 hm2，區(qū)內(nèi)耕作土壤主要有黑土、草甸土，耕地總面積為7468 hm2。侵蝕溝總長6887 m，溝壑密度0.09 km/km2

工程區(qū)植被區(qū)劃屬小興安嶺闊葉紅松林亞區(qū)與松嫩平原羊草草原區(qū)的過渡地帶，植被主要有沼澤植被和農(nóng)業(yè)植被兩種類型。

區(qū)內(nèi)降水年際間變率大，最多年份降水量776.4 mm，發(fā)生在1994年，最少年份303.7 mm，發(fā)生在1989年。夏季降雨集中，降雨強度大，7—9月降水量占全年總降水量的80%。

工程區(qū)總?cè)丝?278人，其中農(nóng)業(yè)人口3850人，勞動力3383人。農(nóng)業(yè)和牧業(yè)是農(nóng)場經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。2014年末，年均生產(chǎn)總值46 646萬元[1-4]。

1.2 水土流失和治理狀況

1.2.1 水土流失現(xiàn)狀

項目所在地建設(shè)農(nóng)場地貌類型為漫川漫崗，水土流失嚴重，水土流失主要類型為水力侵蝕，主要是坡耕地的面蝕和侵蝕溝的溝蝕。工程區(qū)現(xiàn)有侵蝕溝22條，侵蝕溝總長6887 m，溝壑密度0.09 km/km2，土壤侵蝕模數(shù)1150 t/(km2·a)。已實施的水土保持工程有秸稈還田和深松，措施總面積為89.2 hm2。由于侵蝕溝切割耕地、側(cè)蝕耕地，農(nóng)場沒有專項資金治理，致使水土流失治理成效不顯著。主要是坡耕地的面蝕和侵蝕溝的溝蝕，溝蝕主要以溝頭前進、溝底下切和溝岸擴張三種方式，不斷地割切和吞蝕地面，使地面變得支離破碎，溝壑的面積和體積越來越大。

侵蝕溝給人民生產(chǎn)生活帶來很大危害：毀耕地、毀道路、毀橋、毀涵等。

(1)破壞黑土地，蠶食耕地。侵蝕溝切割耕地，使耕地由長變短，由大變小，地塊被切割得支離破碎，嚴重影響了農(nóng)場的現(xiàn)代化機械作業(yè)。侵蝕溝不斷發(fā)育，溝頭溯源、溝底下切、溝岸擴張，大量侵吞耕地，使黑土耕地土層變薄、數(shù)量變少，黑土耕地損失破壞嚴重。

(2)降低土壤養(yǎng)分，削弱地力。由于坡面徑流帶走表土的養(yǎng)分，使坡耕地土地瘠薄，耕地質(zhì)量下降，產(chǎn)能逐年降低，黑土大糧倉遭受嚴重威脅。

(3)淤積湖庫河道，影響防洪。水土流失造成河流水質(zhì)含有大量泥沙，流失的泥土隨水進入湖庫河流，造成湖泊水庫河道淤積堵塞，污染湖庫，水質(zhì)惡化，縮短水庫使用壽命，影響河道防汛行洪。

(4)環(huán)境功能減退，災(zāi)害頻發(fā)。水土流失造成生態(tài)環(huán)境惡化，抵御自然災(zāi)害的能力降低，水、旱災(zāi)害頻繁發(fā)生，土壤蓄水能力下降，糧食產(chǎn)量低，農(nóng)民收入減少。

1.2.2 水土流失治理現(xiàn)狀

建設(shè)農(nóng)場在多年的水土流失治理工作中積累了許多經(jīng)驗，針對不同類型和發(fā)展程度的侵蝕溝，因地制宜，因害設(shè)防，溝坡兼治，系統(tǒng)治理，采用工程和林草措施相結(jié)合綜合治理水土流失，取得了較好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。在侵蝕溝治理方面積極應(yīng)用秸稈填埋、柳編護溝等新技術(shù)、新方法，使溝毀耕地得到恢復(fù)和保護，遏制侵蝕溝發(fā)展，有效保護黑土耕地。

1.2.3 主要問題

工程區(qū)在水土流失治理工作中取得了許多成就和經(jīng)驗，但由于資金短缺，沒有統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，水土流失的治理成效不顯著，治理進度緩慢，仍存在以下問題：①資金分散，無法大面積開展水土保持工作，形不成規(guī)模效應(yīng)。②工程配套措施不完善，重水利工程建設(shè)輕林草措施，工程長遠效益得不到保障。③建后管理和科研觀測工作滯后。雖然在水保隊伍建設(shè)方面有所加強，人員素質(zhì)得到較大提高，但跟不上水土保持工作的新形勢，管理和科研觀測工作滯后，缺乏對治理成果和效益的量化評價和分析。

2 工程總體布置與措施設(shè)計

2.1 工程總體布置

2.1.1 布置原則

根據(jù)項目區(qū)的特點，本工程遵循如下布置原則：①治理措施與主體工程相呼應(yīng)，節(jié)約建造成本，提高經(jīng)濟效益。②遵循客觀施工規(guī)律，嚴禁出現(xiàn)工序倒置現(xiàn)象，應(yīng)按照先主后次，從頭到尾的順序施工。③嚴控材料的性能、觀感等質(zhì)量標準，且遵循就近取材原則。④適當(dāng)采用綜合治理方式，確保治理措施簡單有效。⑤適當(dāng)選擇速生優(yōu)良樹種。

2.1.2 措施布置

布設(shè)治理措施前，應(yīng)該對項目及周邊環(huán)境做充分的調(diào)查和詳細勘察，根據(jù)發(fā)育特點和危害防治需求，選用適宜的治理措施。對溝坡侵蝕活躍、崩塌較重的溝段進行削坡減載；對于耕地中的小型侵蝕溝，采用秸稈填溝措施，恢復(fù)耕地；在來水量較大及溝頭跌差較大的侵蝕溝溝頭布設(shè)柳跌水；柳編護溝布設(shè)在溝底比降較大，但溝深較小的侵蝕溝中；在立地條件適宜的侵蝕溝溝坡、溝底采用密植插柳造林的措施。

2.2 措施設(shè)計

項目區(qū)共有22條侵蝕溝，根據(jù)《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標準》(SL 446—2009)和《水利水電工程設(shè)計工程量計算規(guī)定》(SL 328—2005)等相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合每條侵蝕溝特點，全部采取了削坡整形，其中直線削坡17條，直角削坡5條，削坡土方量為4944 m3；有9條侵蝕溝布設(shè)柳跌水9座，柳跌水長度共255 m，共1591 m2；有5條侵蝕溝布置秸稈填溝措施，共需填方總量3481 m3，其中土方1393 m3，秸稈捆2088 m3，恢復(fù)耕地面積約0.42 hm2；有16條侵蝕溝營造溝坡防蝕林，防止溝邊坍塌，造林面積3.14 hm2，苗木用量125 600株。

2.2.1 工程措施

(1)削坡整形。對侵蝕溝削坡整形的治理措施，應(yīng)建立在其基本情況的前提下進行。應(yīng)根據(jù)侵蝕溝的特點，制定相應(yīng)的削坡角度、形狀等等，在削坡后還應(yīng)采取一定的加固方式，如布設(shè)柳樁編籬谷坊、柳編護溝等措施，產(chǎn)生的多余土方可以直接平鋪溝底。直線削坡，布設(shè)柳樁編籬谷坊措施，削坡角為35°，如圖1所示。

圖1 侵蝕溝樁號處削坡斷面圖

削坡工程量計算如式(1)：

V=[ (2L1+L2+L3)×H/2-

(L2+L3)×H/2]×L

(1)

式中：V為削坡土方，m3；L1為削坡寬度，m；L2為原溝道上口寬，m；L3為原溝底寬，m；H為溝道深度，m；L為溝道長，m。

削坡寬度為L=0.62 m，上口平均寬6.56 m，下口平均寬2.92 m，平均深1.08 m，經(jīng)計算，項目區(qū)內(nèi)有22條侵蝕溝進行削坡整形，其中直線削坡17條，直角削坡5條，削坡土方量為4944 m3。

(2)柳跌水。針對侵蝕溝溝頭落差較大的侵蝕溝，采用柳條捆修建跌水坡，作為防沖排水通道，控制溝底下切和溝岸擴張，柳跌水的柳條鋪設(shè)厚度為20cm，寬度為侵蝕溝溝底寬度與兩側(cè)溝坡長度之和。有9條侵蝕溝布設(shè)柳跌水9座，柳跌水長度共255 m，共1591 m2

柳跌水關(guān)鍵施工步驟為：柳跌水的邊沿應(yīng)用柳條捆壓住，然后在溝道頭段連續(xù)鋪設(shè)，根據(jù)溝道的侵蝕溝溝頭立地條件和跌差確定柳跌水的長度。接著采用人工施工削坡，然后在坡底端下逐級修筑。最底端的柳條梢方向應(yīng)為順流方向，用柳樹樁釘牢，互相連成一個整體。最后在柳條投入使用后，應(yīng)進行定期檢查，如遇極端天氣時，可加強檢查頻率并做好修復(fù)工作[5-6]。

(3)石籠干砌石溝頭防護。溝頭處布設(shè)石籠干砌石溝頭防護，溝頭處為一個過路涵洞的出口，即可以作為排水通道，又可以起到穩(wěn)定溝床的作用。

漿砌石溝頭跌水陡坡坡比1∶2，跌差4.6 m，陡坡長9.2 m(水平段8 m)，消力池長6.0 m，池深0.6 m，石籠干砌石護坡護底15 m。

(4)石籠干砌石谷坊。項目區(qū)根據(jù)實際情況布設(shè)石籠干砌石谷坊與其他治理侵蝕溝的措施相互配合治理侵蝕溝6條，共布置石籠干砌石谷坊16座。谷坊嵌入溝邊1m，溝底0.5 m，谷坊尺寸如下：頂寬1 m，高2 m(地上1.5 m，地下0.5 m)，迎水坡1∶0.2，背水坡1∶0.5，壩體長7.17 m。本方案是石籠干砌石谷坊和其他治理措施結(jié)合治理侵蝕溝，根據(jù)侵蝕溝溝底比降等具體情況布設(shè)相應(yīng)的谷坊，形成綜合防治體系，更好的治理侵蝕溝，如圖2所示。

(5)秸稈填溝。在黑土區(qū)域小型侵蝕溝恢復(fù)的治理措施中，最常用的方法是秸稈填溝。其具有便于機械化施工，恢復(fù)效果好等特點。對恢復(fù)耕地完整性，提高耕地利用率具有非常顯著的作用。項目區(qū)共有5條侵蝕溝布置秸稈填溝措施，共需填方總量3481 m3，其中土方1393 m3，秸稈捆2088 m3(秸稈捆17 405個)，恢復(fù)耕地面積約0.42 hm2。

秸稈填溝的關(guān)鍵工序為：先對侵蝕溝進行削坡，在溝底間隔3m左右插一排木樁，沿溝底鋪一層秸稈，秸稈捆尺寸(長×寬×高)0.6 m×0.4 m×0.5 m，沿溝底鋪設(shè)1層。將多余土方平鋪在上面，如圖3所示。

2.2.2 植物措施

項目區(qū)共有16條侵蝕溝營造溝坡防蝕林，防止溝邊坍塌，造林面積3.14 hm2，株距0.5 m，行距0.5 m，造林密度40 000株/hm2，苗木用量125 600株。

在溝坡和溝底布置防護林，造林圖式見圖4。

圖4 防蝕林造林圖示(單位：m)

造林技術(shù)措施：首先采用小穴整地方式造林整地，穴徑0.2 m，穴深0.15 m，隨整地隨造林。一般選擇在秋季造林，坑植插條，在溝底谷坊之間插灌木柳(柳條)。

3 效益分析

3.1 保水保土效益

水土保持措施的基礎(chǔ)效益包括蓄水效益和保土效益兩部分。根據(jù)《水土保持綜合治理效益計算方法》(GB/T 15774—2008)等相關(guān)規(guī)范，采用各類型區(qū)的徑流模數(shù)、侵蝕模數(shù)乘各項措施面積再乘各項措施的蓄水率、保土率是評價工程措施和造林工程蓄水、保土效益的主要參數(shù)，具體參數(shù)見表1。

表1 各項措施保水保土效益指標

根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以分析出，蓄水保土能力符合設(shè)計和規(guī)范要求，項目的治理措施效果顯著。年減少泥沙下泄量4785 t，土壤侵蝕模數(shù)將由治理前的1150 t/(km2·a)降低到1040 t/(km2·a)，減蝕率為9.60%。年可蓄水量0.95萬m3，蓄水率0.11%。

3.2 社會經(jīng)濟效益

建設(shè)農(nóng)場侵蝕溝道的治理，有效地控制了侵蝕溝積蓄切割耕地，改良土壤理化性狀，使農(nóng)田土壤環(huán)境向良性循環(huán)轉(zhuǎn)化，提高了區(qū)內(nèi)抗御自然災(zāi)害的能力。間接地提高了糧食產(chǎn)量，確保了居民具有較為適宜的生產(chǎn)生活的條件，提高了當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏?。通過分析調(diào)查數(shù)據(jù)可以得出，本項目經(jīng)濟效益主要指灌木造林增產(chǎn)枝條量收入。項目區(qū)造林面積5.27 hm2，措施生效后年產(chǎn)柳條1976 kg，產(chǎn)生經(jīng)濟效益0.04萬元[7-8]。

4 結(jié) 語

針對建設(shè)農(nóng)場侵蝕溝發(fā)育特點和危害形式，采取工程和植物防治相結(jié)合的措施綜合治理侵蝕溝，增強了溝道的行洪能力，使坡面來水安全的匯入河道，保證了侵蝕溝到所在流域的安全，改善當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活條件，進而幫助群眾增加收入。水土保持效益監(jiān)測表明，隨著水保措施的有序?qū)嵤?，坡耕地土壤侵蝕被有效控制，黑土耕地得到有效保護。但本項目在施工過程總也造成了一定的水土流失，今后將仍需要優(yōu)化治理方案。