賈國威

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

1 項(xiàng)目背景

法庫縣以農(nóng)業(yè)耕種為主，20世紀(jì)70年代曾修筑過梯田工程，土地耕地聯(lián)產(chǎn)承包以后，農(nóng)民通過闊邊展沿拓展耕地面積，造成有一定水保功能的地隔、溝坡被破壞，形成新的土壤侵蝕源。項(xiàng)目區(qū)降雨集中，強(qiáng)降雨產(chǎn)生的徑流，使原有溝頭繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大，并出現(xiàn)新的沖刷侵蝕溝頭，造成耕地面積不斷減少、水土流失不斷加重的不利局面。

法庫縣作為沈陽市“田園綜合體”規(guī)劃區(qū)，在各級政府的支持下，積極開展國家水土流失綜合治理工程。本著減少水土流失的前提條件，努力探索和研究多功能化的生態(tài)治理措施，加強(qiáng)生態(tài)治理為主的侵蝕溝治理思想及原則，有效改善生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，促進(jìn)坡耕地生態(tài)效益持久發(fā)揮。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

法庫縣國家侵蝕溝綜合治理工程位于吉祥街道，中心坐標(biāo)東經(jīng)123°29′46.32″，北緯42°30′45.14″。項(xiàng)目區(qū)地處長白山系哈達(dá)嶺余脈的低山丘陵區(qū)，境內(nèi)山巒起伏，海拔平均在200～300m之間，坡度一般在5°～25°之間。項(xiàng)目區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量590mm，大部分集中在7、8兩月，約占全年降水量的50.9%，10年一遇6h最大暴雨為98.04mm，多年平均蒸發(fā)量為1881.4mm，年平均氣溫為7℃，年平均日照時(shí)數(shù)為2800.8h，年平均風(fēng)速4.1m/s，最大風(fēng)速為25.0m/s。多年平均無霜期為157d，地面凍結(jié)始于10月上旬，解凍在3月下旬，平均凍層深度為1.1～1.2m。項(xiàng)目區(qū)為低山丘陵區(qū)，土壤類型為棕壤，土質(zhì)較好。流域內(nèi)土層在0.20～1.5m之間，土壤有機(jī)質(zhì)含量在3%～4%，土壤理化特性pH值5.0～8.0，適合農(nóng)、林、果、副業(yè)生產(chǎn)，土壤養(yǎng)分狀況基本是貧磷、少氮，缺乏有機(jī)質(zhì)，土壤肥力不足。項(xiàng)目區(qū)植被類型主要為溫帶針闊混交林，屬于華北植物區(qū)系，樹種主要以松樹、落葉松、刺槐為主，經(jīng)果林樹種主要有山楂、沙果、杏樹、梨等。項(xiàng)目區(qū)林草覆蓋率37.67%。

3 水土流失及防治現(xiàn)狀

根據(jù)法庫縣2014年小流域土壤侵蝕分布數(shù)據(jù)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水土流失面積20.61km2，其中輕度侵蝕17.37km2，中度侵蝕3.24km2，侵蝕類型主要為水蝕，平均侵蝕模數(shù)為1900t/(km2·a)，溝壑密度為0.80km/km2。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)侵蝕溝分布眾多，大多為V型溝，溝長80～500m。項(xiàng)目區(qū)坡耕地面積較大，曾經(jīng)的梯田等水土保持工程，由于年久失修，加之耕種降雨等破壞，梯田工程已經(jīng)破壞殆盡。項(xiàng)目區(qū)除了部分林草地外無其他水土保持措施。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目區(qū)共有侵蝕溝38條，均處發(fā)展階段，侵蝕溝溝道面積31.58hm2，總長度為17.05km。其中小型溝(<0.3hm2)16條，中型溝(0.3～1.4hm2)22條。侵蝕溝平均比降為9.57%，其中溝道比降0～5%范圍6條，比降5%～10%范圍15條，比降10%～20%范圍12條，比降20%～25%范圍5條。侵蝕溝深度范圍0.5～3.5m，平均溝深1.8m，其中溝深0.5～2.0m范圍26條，溝深2.0～3.0m范圍8條，溝深3.0～3.5m范圍4條。侵蝕溝溝寬范圍0.5～10m，其中溝寬0.5～3.0m范圍13條，溝寬3.0～8.0m范圍21條，溝寬8.0～10.0m范圍4條。通過統(tǒng)計(jì)分析，溝道比降、溝道深度及溝道寬度與溝道匯水面積無明顯相關(guān)性。

4 措施布設(shè)

以坡耕地上發(fā)展型侵蝕溝為治理重點(diǎn)，在攔截、疏導(dǎo)坡耕地坡面來水來沙綜合治理的基礎(chǔ)上，根據(jù)侵蝕溝特征，分別在溝頭、溝坡及溝底采取生態(tài)綜合措施、植物措施及工程措施相結(jié)合的形式。通過對項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)場勘察、調(diào)研，針對侵蝕溝發(fā)育強(qiáng)烈程度，遵循項(xiàng)目區(qū)“田園綜合體”治理思想及原則，因地制宜，利用當(dāng)?shù)亓己盟临Y源，并結(jié)合遼寧省及東北黑土區(qū)同類侵蝕溝治理經(jīng)驗(yàn)并綜合分析，探討法庫縣不同現(xiàn)狀下的生態(tài)治理綜合措施。

4.1 溝頭治理

溝頭治理是侵蝕溝治理中最首要也是最關(guān)鍵的一步，侵蝕溝的形成是由于溝頭上游地表及地下徑流共同作用的結(jié)果，通過對溝頭進(jìn)行防護(hù)及治理，可有效減少沖刷造成的溝頭溯源前進(jìn)及擴(kuò)大趨勢。目前溝頭治理主要措施為溝頭跌水形式，跌水布設(shè)材質(zhì)各有不同，主要分為柳跌水、砌石跌水、石籠跌水及鋼筋混凝土跌水等。本次實(shí)施過程中主要采用生態(tài)跌水措施，即生態(tài)柳跌水溝頭防護(hù)及石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護(hù)。

4.1.1生態(tài)柳跌水溝頭防護(hù)

對于坡降小、周圍植被較好、侵蝕較輕的溝頭采取蓄水型生態(tài)柳跌水溝頭防護(hù)形式。

生態(tài)柳跌水溝頭由進(jìn)口段、緩流段和水平段組成，各段長度比例一般為1∶3.3∶1.5。生態(tài)柳跌水木樁排距為0.8m，間距0.4m，沿每排樁橫向鋪柳捆，縱向順溝坡鋪柳捆，共鋪設(shè)兩層柳捆，每層柳捆厚度為10cm，柳捆鋪設(shè)厚度共20cm，上方鋪設(shè)0.3m厚土層，在進(jìn)口段及緩流段土層中播撒生態(tài)草籽以加快涵養(yǎng)水源速度，減少柳條上土體的侵蝕破壞。柳樁埋桿直徑8cm，柳樁打入地下0.8m，桿長1.5m。如圖1所示。

圖1 生態(tài)柳跌水縱斷面布置圖

4.1.2石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護(hù)

對于坡降較大、地勢落差較大、周圍植被較差、上游匯水面積較大、侵蝕破壞嚴(yán)重且難以遏制的溝頭，采取排水型石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護(hù)形式。

石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護(hù)包括進(jìn)口段、緩坡段及消能段。各段長度比例一般為1∶3.3∶1.5。溝頭從中心線向兩側(cè)依次布設(shè)石籠網(wǎng)箱，末端與周圍土體連接處布設(shè)生態(tài)袋網(wǎng)箱，生態(tài)袋網(wǎng)箱應(yīng)嵌入土體0.5m，生態(tài)袋網(wǎng)箱填充規(guī)格為0.6m×0.3m×0.15m的生態(tài)袋，生態(tài)袋中裝生態(tài)土及適應(yīng)性草籽，生態(tài)袋具有透水、透氣、強(qiáng)度高及可降解的優(yōu)點(diǎn)，生態(tài)草籽生長后可穿破生態(tài)袋自然生長，與周圍土體無縫銜接。石籠網(wǎng)內(nèi)用塊石填充，網(wǎng)箱孔隙率不大于30%，單個(gè)網(wǎng)箱規(guī)格為1m×1m×(0.5m/1m)，網(wǎng)箱設(shè)計(jì)采用12號賓格網(wǎng)，為鍍鋅材質(zhì)，格眼尺寸8～12cm。溝頭防護(hù)底部整體鋪設(shè)400g/m2無紡布進(jìn)行反濾。如圖2所示。

圖2 石籠生態(tài)袋階梯跌水平面布置圖

4.2 岸坡防護(hù)

項(xiàng)目區(qū)中以中小型溝為主，小型侵蝕溝溝道下切較小，不需設(shè)專門的岸坡防護(hù)措施。岸坡防護(hù)主要針對中型下切溝和沖刷溝，隨著溝底下切加重，岸坡失穩(wěn)坍塌加劇，加之岸坡植被較少，水肥條件較差，為防止岸坡進(jìn)一步破壞，需進(jìn)行岸坡防護(hù)綜合治理。

根據(jù)以往岸坡治理經(jīng)驗(yàn)，主要分為植物措施和工程措施兩種。植物措施主要是對溝道岸坡可用范圍較大時(shí)進(jìn)行削坡整形后進(jìn)行植物措施的布設(shè)，包括魚鱗坑整地及種植喬灌木及經(jīng)果林等措施。工程措施用于岸坡放坡范圍不夠，沖刷嚴(yán)重位置進(jìn)行布設(shè)，主要包括石籠網(wǎng)箱、漿砌石擋墻及土袋堆砌等措施。相比之下單項(xiàng)治理措施存在其局限性，本次實(shí)施吸取以往經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取生態(tài)綜合性措施進(jìn)行布設(shè)，本次設(shè)計(jì)采取生態(tài)袋石籠護(hù)岸及石籠護(hù)岸生態(tài)綠化兩種形式。

4.2.1生態(tài)袋石籠護(hù)岸措施

生態(tài)袋石籠護(hù)岸措施主要布設(shè)在溝道坡腳沖刷嚴(yán)重、岸坡土質(zhì)較好的侵蝕溝上。

該措施由生態(tài)袋護(hù)坡及石籠護(hù)腳兩部分組合而成，生態(tài)袋中裝種植土、適應(yīng)性草籽及有機(jī)肥料，可快速恢復(fù)岸坡植被生長及穩(wěn)定，護(hù)坡坡度不大于1∶1。生態(tài)袋與石籠底部綁扎絞接，中間用連接扣進(jìn)行鏈接，坡面段用鋼筋扦插錨固形式進(jìn)行固定，錨固深度為0.5m，錨固間距為1.0m。生態(tài)袋頂部需挖槽并錨固，最后覆土夯實(shí)。生態(tài)袋裝土后規(guī)格為600mm×300mm×150mm，長邊為順?biāo)鞣较?，每層錯(cuò)縫0.15m進(jìn)行壓實(shí)，每兩層生態(tài)袋的鋪設(shè)位置呈品字形結(jié)構(gòu)，石籠護(hù)腳規(guī)格為1m×0.7m×2m(寬×高×長)，每2.0m為一個(gè)石籠獨(dú)立段，在每個(gè)石籠中每1m處設(shè)一道固濱網(wǎng)。石籠埋深0.5m，溝底以上0.2m。坡面采用生態(tài)袋防護(hù)，為確保治理后效果，設(shè)計(jì)兩側(cè)邊坡比一致。在生態(tài)袋和石籠后部及下部鋪設(shè)400g/m2無紡布進(jìn)行反濾。如圖3所示。

圖3 生態(tài)袋石籠護(hù)岸橫斷面圖

4.2.2石籠護(hù)岸生態(tài)綠化措施

石籠護(hù)岸生態(tài)綠化措施主要布設(shè)在溝道岸坡土質(zhì)酥松、沖刷嚴(yán)重、溝道轉(zhuǎn)彎處及邊坡大于1∶1的侵蝕溝上。

該措施由石籠護(hù)岸結(jié)合生態(tài)綠化兩部分組成。石籠護(hù)岸采用規(guī)格為1m×1m×(0.5m/1m)的石籠網(wǎng)箱進(jìn)行疊放，網(wǎng)箱布設(shè)上層比下層向后搓0.3m，石籠擋墻后及下部部鋪設(shè)400g/m2無紡布。生態(tài)綠化措施主要布設(shè)于石籠網(wǎng)箱頂部與網(wǎng)箱臺階上，在石籠孔隙間播撒種植土及適應(yīng)性草籽，利用石籠孔隙透氣、溫度適宜等有利條件，使草籽快速生長，與周圍環(huán)境融為一體，起到綠化生態(tài)效用。如圖4所示。

圖4 石籠護(hù)岸生態(tài)綠化措施橫斷面圖

4.3 溝底加固

當(dāng)侵蝕溝底存在下切侵蝕時(shí)，根據(jù)坡降及侵蝕強(qiáng)度，采取不同的谷坊形式以阻止下切加劇。谷坊措施能有效降低溝道比降、降低流速、阻止岸坡擴(kuò)張、阻攔泥沙、恢復(fù)植被等效用。根據(jù)以往治理經(jīng)驗(yàn)，谷坊措施一般分為土谷坊、混凝土谷坊、砌石谷坊及植物谷坊4大類。本次設(shè)計(jì)中，緊緊圍繞生態(tài)治理理念，在原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)新，探索新材料、新形式的谷坊類性，本次設(shè)計(jì)主要采用生態(tài)袋谷坊及生態(tài)柳樁編籬植物谷坊兩種。

4.3.1生態(tài)袋谷坊

生態(tài)袋谷坊主要布置在比降范圍10%～20%、溝深大于1.5m的侵蝕溝上。

生態(tài)袋谷坊選擇熱軋無紡布生態(tài)袋，袋內(nèi)裝種植土、適應(yīng)性草籽及有機(jī)肥，裝土后生態(tài)袋規(guī)格為600mm×300mm×150mm。谷坊迎水坡邊坡比為1∶1，背水坡邊坡比為1∶3，生態(tài)袋間用生態(tài)扣進(jìn)行固定，谷坊外層用10號鍍鋅賓格網(wǎng)進(jìn)行包裹及固定，格眼尺寸10～12cm，每隔0.5m高度加1層10號鍍鋅賓格網(wǎng)。谷坊兩側(cè)各嵌入溝岸0.5m，谷坊溢洪口斷面為矩形，溢洪口邊長為谷坊長度的1/3，溢洪口深0.50m。谷坊下游設(shè)生態(tài)袋海漫消力段，海漫寬為與溝道底寬度一致，海漫厚為0.3m。如圖5—6所示。

圖5 生態(tài)袋谷坊平面圖

圖6 生態(tài)袋谷坊橫斷面圖

4.3.2生態(tài)柳樁編籬植物谷坊

生態(tài)柳樁編籬植物谷坊主要布設(shè)在溝道比降小于10%、溝深較淺的侵蝕溝上。

該措施柳樁埋桿直徑5～12cm，排間距1.0m，樁間距0.3m，相鄰兩排柳樁呈“品”字形布設(shè)。柳樁打入地下0.5m以上，桿長1.5m～1.8m。用柳梢將柳樁編織成籬。在每兩排籬中填入卵石(或編織袋裝碎石)厚0.5m，用鉛絲將前后排柳樁聯(lián)系捆綁，使之成為整體，加強(qiáng)抗沖能力。在柳梢編籬表層覆蓋種植土0.1m，并播撒有機(jī)肥及生態(tài)適應(yīng)性草籽。如圖7—8所示。

圖7 柳樁編籬谷坊橫斷面圖

圖8 柳樁編籬谷坊平面圖

5 效益分析

項(xiàng)目區(qū)通過生態(tài)綜合治理，水土流失得以控制，耕地資源得以持續(xù)利用，同時(shí)產(chǎn)生了巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益。年可攔蓄徑流50.21萬m3，年保土1.4萬t，保護(hù)耕地989hm2，林草覆蓋率提高1.5%，年可增加直接經(jīng)濟(jì)效益319.97萬元，并帶動科技創(chuàng)新的發(fā)展及推廣。

生態(tài)綜合治理技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，有效改善了東北黑土區(qū)以工程措施治理為主、冬季凍脹破壞嚴(yán)重及生物多樣性缺乏的缺點(diǎn)，減少了石料等能源開采及消耗，對生態(tài)環(huán)境改善及生物多樣性提供了物質(zhì)條件。但生態(tài)創(chuàng)新措施的應(yīng)用，需經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)分析，確定適用條件及保養(yǎng)措施，在大面積推廣之前，需經(jīng)過理論及試驗(yàn)的雙重驗(yàn)證。