劉 一

(內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

將水土保持對位配置技術(shù)應(yīng)用到小流域溝道的保護(hù)和開發(fā)中，能夠遏制小流域溝道本身存在的生態(tài)破壞、水土流失等問題，有利于恢復(fù)原有的生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)；還能提高小流域溝道各種資源的利用率，挖掘各種資源的利用價(jià)值，從而創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。水土保持對位配置技術(shù)的應(yīng)用將生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益有機(jī)統(tǒng)一起來，成為現(xiàn)階段保護(hù)和開發(fā)小流域溝道的一種有效措施。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)在內(nèi)蒙古高原的西北方，位于E107°22′，N44°37′，面積為3713.5km2，地形以溝壑和塬地為主，海拔在600～1200m，屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫4.6℃，年日照時(shí)長2800～3200h，多年平均降水量307mm，其中6—8月降水量占全年降水量的70%左右。由于地表植被稀疏，降雨集中在夏季，雨水沖刷使得塬面被不斷蠶食，帶來嚴(yán)重的水土流失問題，成為造成生態(tài)平衡失調(diào)和制約地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，遏制水土流失，本文提出了適用于小流域溝道的水土保持對位配置措施，通過預(yù)防與治理相結(jié)合，生物措施與工程措施相結(jié)合的原則，切實(shí)提高了研究區(qū)溝道治理成效，為修復(fù)受損生態(tài)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的同步發(fā)展提供了有益幫助。

2 小流域溝道水土保持措施對位配置技術(shù)

2.1 植物措施對位配置

掌握小流域溝道所在地區(qū)的海拔、降雨、積溫、全年日照、土壤水分等數(shù)值，根據(jù)土壤類別、坡度坡向、降雨情況等劃分出立地類型。在此基礎(chǔ)上分別對喬木、灌木、草本植物的生態(tài)適宜度展開分析，并計(jì)算各類植物對當(dāng)前立地環(huán)境的生態(tài)適宜度。生態(tài)適宜度的區(qū)間為[0，1]，當(dāng)生態(tài)適宜度為1時(shí)，認(rèn)為區(qū)域現(xiàn)狀資源完全滿足發(fā)展要求，即植物對立地環(huán)境的適應(yīng)性最好；當(dāng)生態(tài)適宜度為0時(shí)，認(rèn)為區(qū)域現(xiàn)狀資源完全不能滿足發(fā)展要求，即植物對立地環(huán)境的適應(yīng)性最差[1]。根據(jù)水土保持措施對資源環(huán)境要求的不同，可以將其分成3種類型。

2.1.1 類型一

假設(shè)水土保持對資源現(xiàn)狀的適應(yīng)性存在一個(gè)適宜區(qū)間[Pimin，Pimax]，在該區(qū)間范圍內(nèi)，資源現(xiàn)狀的實(shí)際測度P越大越好，此時(shí)可以構(gòu)建資源適宜度指數(shù)(Xi)的數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中，Si表示i資源現(xiàn)狀的測度；Ri表示i資源的風(fēng)險(xiǎn)性測定結(jié)果。

2.1.2 類型二

假設(shè)在資源能夠充分供給的情況下，存在一個(gè)適宜區(qū)間[Pimin，Pimax]，并且該區(qū)間內(nèi)有一個(gè)最適宜的點(diǎn)Pi，當(dāng)該區(qū)間內(nèi)資源現(xiàn)狀的測度大于或小于Pi時(shí)都會成為限制因素，此時(shí)可以構(gòu)建資源適宜度指數(shù)(Xi)的數(shù)學(xué)模型：

(2)

2.1.3 類型三

水土保持措施對資源現(xiàn)狀的適宜性，既不存在最低閾值(Pimin)，也不存在最高閾值(Pimax)，但是有一個(gè)最適宜的值Pi，只要資源現(xiàn)狀不等于Pi都會成為限制因素，此時(shí)可以構(gòu)建資源適宜度指數(shù)(Xi)的數(shù)學(xué)模型：

(3)

考慮到區(qū)域發(fā)展的資源需求生態(tài)位是一個(gè)由若干種資源共同構(gòu)成的多維度空間，在該空間中只要有任意一種資源無法滿足需求的最低要求(即任意一種資源的生態(tài)適宜度為0)，則整個(gè)生態(tài)的適宜度為0，生態(tài)適宜度指數(shù)公式：

(4)

式中，Xj表示j發(fā)展措施的生態(tài)適宜性指數(shù)；Xij表示ij發(fā)展措施的生態(tài)適宜性指數(shù)；n表示發(fā)展措施的數(shù)量[2]。

2.2 工程措施對位配置

工程措施對位配置技術(shù)主要包含2方面內(nèi)容：分析不同類型治溝工程及其自然地質(zhì)狀況，具體來說就是，參考國家有關(guān)部門出臺的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，對于常見工程(如淤地壩、沉沙池、蓄水池等)的規(guī)格、地質(zhì)條件、壩址選擇條件等進(jìn)行總結(jié)，為下一步開展工程措施生態(tài)位的研究提供依據(jù)；根據(jù)治溝工程的具體類別，尋找與之適配的對位配置模式，為下一步開展水土保持和生態(tài)修復(fù)提供幫助[3]。

3 小流域溝道水土保持措施對位配置技術(shù)的應(yīng)用

3.1 植物措施對位配置技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 溝道立地條件類型的劃分

研究表明，即便是在同一個(gè)小流域內(nèi)，由于溝壑的走向、深度、坡度以及坡面長度等因素存在明顯差異，導(dǎo)致不同位置的水、光、熱分配情況也會存在較為明顯的差異，進(jìn)而在1個(gè)小流域內(nèi)形成若干個(gè)小氣候，這是造成小流域內(nèi)生物生長存在差異的原因之一；除此之外，采取的栽培方式，土壤的滲透能力，地表蓄水工程等因素，也會對水土保持能力產(chǎn)生直接影響，這是造成小流域內(nèi)生物生長存在差異的原因之二[4]。為此，本文在研究小流域溝道水土保持植物措施對位配置技術(shù)時(shí)，充分考慮了小流域的坡向、坡度、土壤類型、日照時(shí)數(shù)、>10℃有效積溫等6個(gè)影響植物生長發(fā)育的因子，以高原溝壑區(qū)氣候觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算6個(gè)因子并根據(jù)計(jì)算結(jié)果劃分立地條件，如表1所示。

3.1.2 植物生態(tài)學(xué)特性分析

本研究中分別探究了喬木、灌木、多年生草本植物生長發(fā)育所學(xué)的生態(tài)條件，為了找出適合各種植物的最佳生態(tài)環(huán)境，共挑選了6項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，分別是海拔、年均降雨量、>10℃有效積溫、全年日照時(shí)數(shù)、土壤含水量和年均氣溫。喬木植物有刺槐、山杏、側(cè)柏、毛白楊、粗枝云杉等；灌木植物有白刺、葡萄、沙棘、紫穗槐等；多年生草本植物有沙打旺、紅豆草、披堿草、紫花苜蓿等。這里以灌木植物為例，其生長發(fā)育所需生態(tài)條件見表2。

表2 灌木樹種最適宜的生長發(fā)育條件

3.1.3 植物種生態(tài)適宜度計(jì)算

根據(jù)式(1)～(4)對10種立地條件下的樹種進(jìn)行生態(tài)適宜度計(jì)算。結(jié)合內(nèi)蒙古的植被分布情況來看，每種立地類型下適宜種植的植物有若干種，如立地類型A常見的樹種有側(cè)柏、刺槐、山杏、葡萄、文冠果等；立地類型B常見的樹種有山桃、紅柳、檸條、臭椿等；立地類型D常見的樹種有山楊、毛白楊、華山松等；立地類型G常見的樹種有三葉草、紫花苜蓿等。本文在計(jì)算不同立地類型下樹種生態(tài)適宜度時(shí)，在每種立地類型下選擇了1種具有代表性的樹種，分別選擇了海拔、年降雨量和全年日照實(shí)數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算了生態(tài)適宜度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 樹種生態(tài)適宜度指數(shù)計(jì)算表

生態(tài)適宜度的取值范圍為[0，1]，計(jì)算結(jié)果越接近于1，說明該樹種越適宜在當(dāng)前立地條件生長。當(dāng)生態(tài)適宜度為1時(shí)，說明該樹種處于最佳生長環(huán)境；反之，當(dāng)生態(tài)適宜度為0時(shí)，說明該樹種不適宜在當(dāng)前環(huán)境下種植。由表3可知，除了立地類型A的紫穗槐生態(tài)適宜度指數(shù)較低外，其余7種立地類型下的樹種生態(tài)適宜度指數(shù)較高。

3.1.4 不同立地類型植物措施的對位配置模式

在植物措施對位配置模式下，除了考慮樹種對立地條件的生態(tài)適宜度外，整地方式也會對植物的生長情況產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而決定了小流域溝道的生態(tài)治理效果[5]。通過計(jì)算得出，研究區(qū)是以種植的喬木樹種有19種，灌木樹種有8種，多年生草本植物有5種。在整地方式方面，從調(diào)查情況來看，研究區(qū)常用的整地方式有魚鱗坑、水平階、反坡臺、穴狀整地4種類型。除了立地類型A、B不需要整理外，立地類型C、D、G需要實(shí)施水平階、反坡臺整地工程；立地類型C適宜種植的樹種有油松、側(cè)柏、刺槐、臭椿、山杏、葡萄、沙棘等；立地類型D適宜種植的樹種有檸條、紅柳；立地類型G適宜種植的樹種有山桃、旱柳、文冠果。立地類型E和H需要實(shí)施魚鱗坑、穴狀整地工程；立地類型E適宜種植的樹種有紫穗槐、紅豆草、沙打旺等；立地類型H適宜種植的樹種有側(cè)柏、三葉草等。

3.2 工程措施對位配置技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 不同類型治溝工程的自然地質(zhì)狀況分析

根據(jù)降水情況、土壤類型、坡向坡度、地質(zhì)條件等情況，適合的治溝工程措施也不盡相同。因此，在應(yīng)用工程措施對位配置技術(shù)時(shí)，要堅(jiān)持因地制宜的原則，保證工程措施的針對性。結(jié)合前期調(diào)查情況，研究區(qū)的治溝工程主要有3類，所需條件如下。

3.2.1.1 淤地壩

對于壩高在15m以下、庫容不足10萬m3、淤地面積在2hm2以下的小型淤地壩，可以直接修建在巖基上，或者是河床覆蓋層這類透水性較差，承載力較強(qiáng)的地質(zhì)條件上，壩址盡量選擇在小支溝或者大支溝的上游。對于壩高在15m以上、庫容超過10m3、淤地面積在2hm2以上的中大型淤地壩，要選擇巖基或者堅(jiān)實(shí)的土基上，要求土質(zhì)堅(jiān)硬，無滑坡塌方，壩址盡量選擇在主溝的中下游或者支溝的下游。

3.2.1.2 蓄水池

通常布置在坡腳處或者是坡面的低洼處，蓄水池與截(排)水溝的末端連接，方便排水和蓄水。根據(jù)研究區(qū)的氣候條件，一個(gè)坡面可以集中修建一個(gè)或分散修建多個(gè)蓄水池，要求蓄水池的總?cè)萘吭?000～8000m3。蓄水池需要布置在巖性良好、施工較為便利的區(qū)域，最好是無裂縫、暗穴的砂礫層。

3.2.1.3 沉沙池

通常將沉沙池布置在蓄水池進(jìn)水口的上游，保證截(排)水溝排出的水能夠進(jìn)入到沉沙池完成沉淀，留下底層的泥沙，將上層的清水排入到蓄水池中。

3.2.2 不同類型治溝工程對位配置模式

根據(jù)溝道的深度、型式等方面的不同，將溝道分成不同的級別和類型，同時(shí)制定相應(yīng)的工程措施，為治溝工程對位配置提供依據(jù)。本文研究區(qū)的溝道分為3級，具體配置：將輕度割裂、半主溝型的溝道，劃分為I級溝，可以建設(shè)小型淤地壩，其中個(gè)別面積在1km2以上、長度在50m以上的I級溝，選擇溝口建設(shè)中型淤地壩；將中度割裂、半主溝或主溝型的溝道，劃分為II級溝，可以選擇在II級溝的下游修建中型壩；將重度割裂、主溝型的溝道，考慮到溝道回流面積可以達(dá)到10km2以上，可修建2座甚至更多的中型壩。

4 結(jié)語

對于植被較為稀疏，水土流失較為嚴(yán)重的小流域構(gòu)造，根據(jù)因地制宜原則采取水土保持措施。在植物措施對位配置方面，要根據(jù)立地條件選擇適宜的樹種以及科學(xué)的整地方式，從而提高了植物的成活率和生長質(zhì)量，更好地發(fā)揮水土保持作用；在工程措施對位配置方面，要根據(jù)溝道級別、類型以及地質(zhì)條件，選擇相應(yīng)的布設(shè)方式，以提高溝道治理工程的實(shí)用性。研究區(qū)綜合采取了植物措施和工程措施切實(shí)提高了水土保持效果，對減少夏季集中降雨時(shí)的地表徑流，改善區(qū)域生態(tài)條件起到了積極幫助。