韓玉峰,趙力毅,李新疆

(黃河水利委員會天水水土保持科學試驗站,甘肅天水 741000)

微型溝臺階化整治技術研究

韓玉峰,趙力毅,李新疆

(黃河水利委員會天水水土保持科學試驗站,甘肅天水 741000)

微型溝;臺階化;整治工程;中山溝流域

微型溝臺階化整治工程是小流域綜合治理中治溝工程的一項研究成果。以中山溝流域為研究區(qū),介紹了適宜進行微型溝臺階化整治的溝道條件和整治技術。在整治后的臺階地種植“下曲葡萄”并進行效益評價,結果表明:微型溝臺階化整治工程是一項既能保持水土又能增加耕地面積的新型溝道治理措施。

微型溝臺階化整治工程是通過人工改造,將破碎的溝道整治成梯田化臺階地的過程。微型溝即侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝。在黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū),溝道長度0.2～2.5 km、寬 3～50m、深 5～40m、縱比降 15%以下、溝坡坡度小于 35°、分布密度1.85～6.32條/km2、溝壑密度 1.5～3.0 km/km2,且治理程度在65%以上、坡面梯化程度 70%以上、沒有大的水流進入的溝道,適宜進行臺階化整治。在其他土壤侵蝕地區(qū),整治的微型溝規(guī)模可根據當地地形條件合理確定。

1 研究背景

1.1 項目背景

微型溝臺階化整治工程是國家“十一五”科技支撐計劃“寬谷丘陵區(qū)農牧綜合開發(fā)模式研究與示范”課題中溝道治理與開發(fā)研究中的重要內容之一。課題研究期間,研究人員對甘肅省天水市中山溝流域的部分溝道進行了治理,總結了工程設計、建設實施、示范推廣和效益分析的經驗。2009年課題中期評估時,微型溝臺階化整治成果被中科院專家評價為“亮點”之一,為寬谷丘陵區(qū)溝道水土流失治理與開發(fā)利用提供了示范樣板。

1.2 微型溝整治工程的作用與意義

經過3年左右的時間,甘肅天水市中山溝流域微型溝臺階化整治工程建設取得了成效,發(fā)揮了良好的經濟效益和生態(tài)效益,是當前溝道治理與生產利用相結合的一個成功事例。微型溝臺階化整治工程在防治溝道水土流失、增加耕地面積、提高雨洪利用率、增加農民收入、改善農村環(huán)境等方面發(fā)揮了明顯的作用,尤其在促進社會主義新農村和清潔小流域建設方面具有重要的現(xiàn)實意義。第一,在生態(tài)建設方面,微型溝臺階化整治工程改變了溝道原始形態(tài)和原始水流通道,降低了溝道比降,縮短了坡長,抬高了侵蝕基準面,調整了流域水文網絡,改變了溝道匯流的地形因子,減緩了徑流流速,延長了匯流時間,減輕了雨洪徑流沖刷,具有明顯的減水減沙作用。第二,在溝道內種植農作物或栽植經濟林,能夠增加地面植被覆蓋和攔截坡面徑流,既保持了水土又改善了環(huán)境。第三,整治工程實現(xiàn)了雨洪資源的就地利用,通過合理利用溝道內水分,既解決了溝道植物生長缺水的問題,又增加了作物和果木產量。第四,整治工程增加了耕地面積,提高了當地群眾的收入水平。

2 研究區(qū)概況

甘肅省天水市麥積區(qū)中山溝流域,介于東經 105°55′15″—105°56′33″、北緯 34°33′44″— 34°35′51″之間,屬黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū),流域面積 4.91 km2,海拔 1 085— 1 621m,地勢西北高東南低,相對高差 536m。流域內梁峁連綿,地形破碎,土壤侵蝕以水蝕為主,兼有重力侵蝕,林草覆蓋率為 78%,水土流失治理度達 98.74%,屬大陸性半濕潤半干旱氣候區(qū),年降水量 547.5mm,降水少而集中、年際變化大、年內分配極不均勻,汛期降水量占年降水量的 63.1%,年蒸發(fā)量 1 300mm,約為年降水量的2.4倍。

中山溝流域范圍涉及天水市麥積區(qū)社棠鎮(zhèn)東山村和下曲村,流域內有耕地 21.64 hm2,總人口約 2 700人(526戶)。自2005年起,經過 5年左右的水土流失治理,流域內植被覆蓋率由61%提高到 78%,水土流失治理度由 77.21%提高到 98.74%,侵蝕模數由 2 500 t/(km2?a)減少到 1 900 t/(km2?a),年人均純收入由 1 766元提高到 2 809元,經濟增長率達12.3%,其中經臺階化整治后原來無效益或者負效益的溝道產生的效益占流域經濟效益的 17%。

3 微型溝臺階化整治技術

3.1 工程設計

微型溝臺階化整治工程由溝坡臺階和溝底臺階兩部分組成。其設計原理與坡改梯相同,但受地形因素的限制,田面寬度、田坎高度等參數與梯田設計標準有所不同。因坡面坡度較大、田面寬度相對較小,溝坡臺階地的田坎高度要大于溝底臺階地田坎高度。溝底臺階的設計可視溝道縱比降大小參照梯田設計標準進行,同時要適當修建排澇渠道,防止因地下水位過高抑制旱生植物的正常生長發(fā)育。整治工程施工時,要求田面平整、田坎堅實,將表層熟土剝離后另置,待修完后覆于臺階地表面。溝道臺階地縱斷面示意圖見圖 1,橫斷面示意圖見圖 2,平面示意圖見圖 3。

圖1 溝道臺階地縱斷面示意圖

圖1中:θ為原坡面坡度;α為臺階地田坎坡度;H為臺階地田坎高度為原坡面斜長為臺階地田面毛寬;B為臺階地凈寬;b為田坎占地寬。

圖2 溝道臺階地橫斷面示意圖

3.2 設計標準

(1)設計暴雨標準 P=10%,24 h最大降雨量 100mm。

圖3 溝道臺階地平面示意圖

(2)臺階地挖方區(qū)生土深翻厚度不小于 0.3m,熟土還原厚度不小于 0.2m。

3.3 設計規(guī)格

黃土丘陵溝壑區(qū)微型溝臺階化整治工程設計主要以原坡面坡度為控制因素,隨著坡度的增加,田面寬度逐漸減小,田坎高度逐漸增加,工程設計參數見表1。受溝道地形、土質等因素的影響,不同溝道的具體參數可適當調整。

表1 微型溝臺階化整治工程設計參數

(1)臺階地田面寬度的確定。從便于修筑、耕作和灌溉的角度出發(fā),設計時參照《基本農田建設設計規(guī)范》,流域上游段臺階地田面寬度一般在 8～40m之間。緩坡田面較寬,陡坡田面較窄。

(2)臺階地地埂指標。根據防御暴雨設計標準,一般情況下田埂頂寬為 0.3～0.5m,內坡比為 1∶1,外坡比為 1∶1～1∶0.4。有的地塊寬度太窄,可不設田埂,建成反坡田面即可。

(3)施工工序。施工工序依次為:定埂坎線—清坎基—夯實坎基—堆表土—挖生土—運生土—筑坎培埂—填土整平—深翻施肥—還表土—耙耱—驗收。

(4)管理與養(yǎng)護。管理與養(yǎng)護時的注意事項包括:每年汛期發(fā)生較大暴雨后,需對臺階地進行檢修,如發(fā)現(xiàn)埂坎有缺口、穿洞等損毀現(xiàn)象,應及時進行補修;如發(fā)現(xiàn)因降雨造成的線狀侵蝕或細溝狀侵蝕,要及時取土填平;臺階地修筑后,要在挖方部位增施有機肥和土壤改良劑,深耕30 cm左右,以促進土壤熟化;因地制宜,選種適生農作物或經濟林果,合理輪作。在中山溝流域微型溝整治后的臺階地上種植的“下曲葡萄”已逐漸形成地方品牌。

4 整治工程效益評價

4.1 經濟效益

中山溝流域微型溝臺階化整治工程的實施,將原先不能利用的溝坡地和溝床開發(fā)為耕地,不僅增加了耕地面積,而且產生了較好的經濟效益。經過 3～5年的管理養(yǎng)護,通過采取熟土還原等措施,整治后的溝道臺階地可產生與同類地區(qū)相同面積梯田相近的經濟效益。經研究人員測算,在整治后的溝道臺階地上種植以“下曲葡萄”為主的經濟林果,每年經濟效益可達3.41萬元 /hm2。

(1)投資估算。根據天水市土地整治工程投資定額,微型溝臺階化整治工程單位面積的投資額為 7 500元/hm2,按 20年使用年限計算,折合每年工程建設投資 375元/hm2。此外,臺階地及地上附著物的管理費,包括工程維修、苗木采購、田間管理(農藥、化肥等)投入為 4 500元 /(hm2? a)。因此,整治工程單位面積投入共計 4 875元 /(hm2?a)。

(2)效益分析。在整治后的臺階地上種植葡萄等經濟林果,經濟效益良好。溝道整治后實現(xiàn)了雨水的就地攔蓄下滲,基本解決了葡萄生長所需水分,為葡萄生長創(chuàng)造了條件。但是,對于新修臺階地來說,土壤熟化需要一定的時間,因此建成后前兩年產量偏低,第三年及以后葡萄等經濟林果產量可逐步達到相同條件下梯田的產量水平。建成初期(前兩年)臺階地的葡萄產量為 0.8萬 ～1.0萬 kg/hm2,第三年以后就可逐步達到 1.5萬 kg/hm2。按照當前葡萄的市場價格 2.6元/kg計算,臺階地上單位面積葡萄園年收益為 3.41萬元/hm2。微型溝臺階化整治后臺階地與梯田葡萄產量對比見圖 4,臺階地經濟效益計算結果見表 2。

圖4 中山溝流域微型溝整治后臺階地與梯田葡萄產量對比

表 2 中山溝流域微型溝整治后臺階地經濟效益

4.2 生態(tài)效益

中山溝流域微型溝臺階化整治工程的建設改變了溝道原始地貌,減緩溝道比降,縮短坡長,抬高侵蝕基準面,減輕雨洪徑流沖刷,具有明顯的減水減沙作用。通過栽植作物或經濟林果,增加了植被覆蓋,攔截了坡面徑流,保持了水土,改善了生態(tài)環(huán)境。據研究人員觀測,在 20年一遇降水(P=5%)條件下,整治后的微型溝沒有出現(xiàn)臺階地垮塌和附著物(葡萄)倒伏等現(xiàn)象,說明其減水減沙效益良好。同時,臺階地林果化建設增加了植被覆蓋率,改善了空氣質量,增加了生態(tài)效益。

5 結 語

(1)微型溝臺階化整治工程是一項既保持水土又增加耕地面積的新型溝道治理措施,是緩解黃土丘陵溝壑區(qū)人地矛盾的一項新舉措。

(2)微型溝臺階化整治工程的適宜條件為:溝道長度 0.2～2.5 km2,寬 3～50m,深 5～40m,縱比降 15%以下,溝坡坡度小于 35°,流域治理程度65%以上,坡面梯化程度 70%以上,沒有大的水流進入的溝道。

(3)微型溝臺階化整治工程的實施,一方面,增加了當地群眾的經濟收入,改善了農村居住環(huán)境,對于社會主義新農村和清潔小流域建設具有重要的現(xiàn)實意義;另一方面,既保持了水土又改善了環(huán)境,生態(tài)效益顯著,開發(fā)利用前景廣闊。Yellow River Conservancy Commission,Tianshui,Gansu 741000,China)(50)

Techniques o f Terraced Treatment of M initype Gullies

HAN Yu-feng,ZHAO Li-yi,LIXin-jiang
(Tianshui Scientific Experimental Station of Soil and Water Conservation,

The terraced treatmentprojectofminitype gullies is a study resultof small watershed integrated treatment.The paper introduces thegully condition and treatment techniques that suitable for terraced treatment inm initypegu llies by taking Zhongshangou Watershed as a study area.We plants Xiaqu grapes on terraced fields after treatmentand evaluates the benefits.The outcomes show that the terraced treatment project ofminitype gullies is ameasure of new-type gully treatment that can notonly conserve soil and water,butalso increase the area of cu ltivated land.

minitype gully;terraced;treatment project;ZhongshangouWatershed

S157

C

1000-0941(2011)04-0050-03

韓玉峰(1963— ),男,甘肅禮縣人,高級工程師,從事水土保持科研、規(guī)劃設計等工作。

2010-11-19

(責任編輯 李楊楊)