陳長山
(丹東市水利勘測設(shè)計研究院有限公司,遼寧 丹東 118000)
國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)侵蝕溝綜合治理工程中鳳城市共計涉及8 個村,其中,2018 年,劉家河項目區(qū)涉及楊家村、尖山子村、劉家河村、秋木莊村、八道河村;2019年,四門子項目區(qū)涉及四門子村、方家村;2020年,草河街道項目區(qū)涉及山東溝村。
項目區(qū)受益村總?cè)丝?.12萬人,其中,劉家河、四門子、草河項目區(qū)人口分別為1.36,0.45,0.31 萬人;保護耕地1 767.61 hm2,其中,劉家河、四門子、草河項目區(qū)保護耕地分別為731.72,638.61,397.28 hm2;項目區(qū)治理侵蝕溝總面積為62.86 hm2,其中,劉家河、四門子、草河項目區(qū)治理侵蝕溝面積分別為22.31,11.08,29.47 hm2。
項目區(qū)治理侵蝕溝總計153 條,治理侵蝕溝總長度為83.865 km。劉家河項目區(qū)治理侵蝕溝37條,總長37.250 km,其中,中型侵蝕溝干溝19條、長16.792 km、溝底平均比降3.60%,小型侵蝕溝干溝18 條、長5.648 km、溝底平均比降10.00%。四門子項目區(qū)治理侵蝕溝55 條,其中,中型侵蝕溝18 條、長6.440 km,小型侵蝕溝37條、長5.855 km,侵蝕溝平均比降為1.45%~19.43%。草河項目區(qū)治理侵蝕溝61 條,其中,中型侵蝕溝16 條、長20.403 km、平均比降為1.10%~10.00%,小型侵蝕溝45 條、長13.117 km、平均比降為0.90%~111.00%。
鳳城市處于低山丘陵區(qū),治理模式選用以坡耕地侵蝕溝為防治重點,溝頭、溝底、溝壁綜合防治的模式。溝頭修筑排水式防護,配合溝頭植物串帶和造林;溝底結(jié)合山形地勢,就地取材修筑石籠谷坊、植物谷坊和過水路面;溝壁采用土工格室護坡和石籠擋墻,防止溝底下切和溝岸坍塌擴張;對侵蝕溝和水線溝毀壞的耕地進行復(fù)墾。
根據(jù)地形和實際調(diào)查,確定溝道的匯水面積、溝道長度和平均比降等溝道特性。對丹東站和林家臺站的降雨資料進行分析,確定各時段設(shè)計暴雨。丹東站有48 年的各時段降雨資料,年最大1,3,6 h 降雨均值分別為45.9,66.1,85.0 mm,10 年一遇設(shè)計降雨值分別為67.4,99.2,125.0 mm。林家臺雨量站設(shè)立較晚,但距離項目區(qū)較近,共計有8年的各時段降雨資料,年最大1,3,6 h 降雨均值分別為34.6,48.2,63.9 mm,10 年一遇設(shè)計降雨值分別為46.0,121.4,150.8 mm。因林家臺站資料系列較短,樣本的變差系數(shù)較大,且不符合一般的水文規(guī)律,所以采用丹東站的設(shè)計暴雨成果。文中采用水保規(guī)范推薦的設(shè)計洪水計算公式,分別計算各條溝的設(shè)計洪水,再依據(jù)現(xiàn)狀溝底比降和過水?dāng)嗝?,采用曼寧公式試算求得各溝道的水力要素(水深、過水面積、水力半徑和平均流速)。
結(jié)合地形、溝道特性、氣象要素、當(dāng)?shù)刂脖环植己痛迕裨V求,對于溝頭和坡度較陡的耕地及開荒地,采用退耕還林、補植和植物串帶等治理措施。溝底比降超過5.00%,或者侵蝕溝深度超2.0 m 處采用谷坊治理。溝道流速在1.0 m/s 以下,采用天然草皮護坡;流速在1.0~2.5 m/s,采用格室護坡;流速在2.5 m/s 以上,采用格賓石籠護坡或格賓石籠擋墻,格賓石籠以上坡面采用植物串帶。對于溝口淤積分汊段,應(yīng)恢復(fù)溝道、復(fù)墾耕地;溝道較窄段采用預(yù)制混凝土槽整治;溝道被侵占段采用疏通浚深。對于既是作業(yè)路,又是排水溝的侵蝕溝,采取單側(cè)設(shè)溝路面硬化。
1)溝道削坡整形
為了給后期工程措施和植物措施的布置創(chuàng)造條件,需對侵蝕溝進行削坡整形,維持坡面穩(wěn)定。根據(jù)溝的深度和土壤類型的不同,坡比采用1∶1~1∶1.5 ,溝道寬度按設(shè)計流量計算,并結(jié)合現(xiàn)狀寬度合理確定。
2)填溝工程
為了增加耕地資源、改善耕作條件,采用秸稈填溝工程恢復(fù)耕地資源,即先將耕作層土剝離,再用機械開挖深1.0 m、寬1.0 m 的溝,將打捆的玉米秸桿順溝鋪設(shè),鋪設(shè)厚度為0.5 m,回填剝離耕作層土或外購腐殖土,回填土厚度不小于0.5 m。
3)谷坊工程
結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研和侵蝕溝的發(fā)展情況,分別選用柳樁編籬跌水和格賓石籠跌水兩種形式防治溝道深切。對于比降陡、運輸石材不方便的溝頭和溝道較深處選用柳樁編籬跌水,寬度一般為3.0 m,柳木樁行株距為0.5 m×0.5 m,底部和表層設(shè)柳樁編籬,中間采用土工袋裝土充填;對于石材運輸方便且破壞后不會造成較大影響的溝道深切處,采用格賓石籠跌水,臺階式寬高比為1∶1,下游按2~3倍水頭設(shè)防沖護腳。
4)格室護坡和格賓石籠護坡工程
設(shè)計流速大于1.0 m/s 的溝道,采用格室防護或格賓石籠防護。按溝道削坡后的坡比鋪設(shè)厚度為15 cm 的透水型土工格室,并按5 級堤防要求填筑土料壓實,溝底埋置深度為0.5 m。格賓石籠擋墻分兩層,基礎(chǔ)層為1.0 m×0.5 m(寬×高),上層為0.5 m×1.0 m,基礎(chǔ)層只設(shè)前趾,前趾寬0.5 m。
5)整地工程
施工中運輸建筑材料會擾動、占壓干溝兩側(cè)和支溝一側(cè)的耕地。項目實施后,對占壓的耕地采取深耕、起壟等措施,使耕地恢復(fù)原有耕種條件或與侵蝕溝恢復(fù)后的耕地融為一體。
6)水土保持林
為了減少坡面匯流,較陡的坡耕地退耕還林,栽植紅松,紅松栽植株行距為2.0 m×2.0 m。溝頭疏林地和侵蝕溝的兩側(cè)無硬防護段采取植物串帶,樹種選用刺嫩芽,以減少水土流失,保護耕地,刺嫩芽串帶株距0.2 m,行距2.0 m。
劉家河、四門子、草河項目實施后,控制水土流失面積分別為10.72,6.39,6.39 km2,保護耕地面積分別為731.72,638.61,397.28 hm2,耕地復(fù)墾面積分別為1.29,0.33,1.00 hm2,植物串帶面積分別為26.50,7.16,5.65 hm2,退耕還林面積分別為1.74,5.57,0.20 hm2;各項水保措施全部生效后,平均每年可攔蓄徑流總量分別為15.00,0.24,16.30 萬m3,每年的保土效益分別為7 550,4 900,3 400 t。
鳳城市侵蝕溝治理采用坡溝綜合治理模式,既有坡面的水土保持林,又有針對溝頭、溝底和溝壁的綜合治理措施。因水力條件、河道特性不同,采用整形、谷坊、護坡、植物串帶、退耕還林等工程措施和植物措施,體現(xiàn)了因地制宜、宜林則林的原則,達到了系統(tǒng)治理的要求。經(jīng)過對項目區(qū)實施效果的調(diào)研,綜合治理措施遏制了侵蝕溝發(fā)展,有效保護了黑土資源。鳳城市侵蝕溝的治理模式、綜合措施,可以為其他地區(qū)侵蝕溝治理提供借鑒和參考。