微型沟台阶化整治技术研究

韩玉峰,赵力毅,李新疆

(黄河水利委员会天水水土保持科学试验站,甘肃天水 741000)

微型沟台阶化整治技术研究

韩玉峰,赵力毅,李新疆

(黄河水利委员会天水水土保持科学试验站,甘肃天水 741000)

微型沟;台阶化;整治工程;中山沟流域

微型沟台阶化整治工程是小流域综合治理中治沟工程的一项研究成果。以中山沟流域为研究区,介绍了适宜进行微型沟台阶化整治的沟道条件和整治技术。在整治后的台阶地种植“下曲葡萄”并进行效益评价,结果表明:微型沟台阶化整治工程是一项既能保持水土又能增加耕地面积的新型沟道治理措施。

微型沟台阶化整治工程是通过人工改造,将破碎的沟道整治成梯田化台阶地的过程。微型沟即侵蚀沟中的切沟和中小型冲沟。在黄土丘陵沟壑区第三副区,沟道长度0.2～2.5 km、宽 3～50m、深 5～40m、纵比降 15%以下、沟坡坡度小于 35°、分布密度1.85～6.32条/km2、沟壑密度 1.5～3.0 km/km2,且治理程度在65%以上、坡面梯化程度 70%以上、没有大的水流进入的沟道,适宜进行台阶化整治。在其他土壤侵蚀地区,整治的微型沟规模可根据当地地形条件合理确定。

1 研究背景

1.1 项目背景

微型沟台阶化整治工程是国家“十一五”科技支撑计划“宽谷丘陵区农牧综合开发模式研究与示范”课题中沟道治理与开发研究中的重要内容之一。课题研究期间,研究人员对甘肃省天水市中山沟流域的部分沟道进行了治理,总结了工程设计、建设实施、示范推广和效益分析的经验。2009年课题中期评估时,微型沟台阶化整治成果被中科院专家评价为“亮点”之一,为宽谷丘陵区沟道水土流失治理与开发利用提供了示范样板。

1.2 微型沟整治工程的作用与意义

经过3年左右的时间,甘肃天水市中山沟流域微型沟台阶化整治工程建设取得了成效,发挥了良好的经济效益和生态效益,是当前沟道治理与生产利用相结合的一个成功事例。微型沟台阶化整治工程在防治沟道水土流失、增加耕地面积、提高雨洪利用率、增加农民收入、改善农村环境等方面发挥了明显的作用,尤其在促进社会主义新农村和清洁小流域建设方面具有重要的现实意义。第一,在生态建设方面,微型沟台阶化整治工程改变了沟道原始形态和原始水流通道,降低了沟道比降,缩短了坡长,抬高了侵蚀基准面,调整了流域水文网络,改变了沟道汇流的地形因子,减缓了径流流速,延长了汇流时间,减轻了雨洪径流冲刷,具有明显的减水减沙作用。第二,在沟道内种植农作物或栽植经济林,能够增加地面植被覆盖和拦截坡面径流,既保持了水土又改善了环境。第三,整治工程实现了雨洪资源的就地利用,通过合理利用沟道内水分,既解决了沟道植物生长缺水的问题,又增加了作物和果木产量。第四,整治工程增加了耕地面积,提高了当地群众的收入水平。

2 研究区概况

甘肃省天水市麦积区中山沟流域,介于东经 105°55′15″—105°56′33″、北纬 34°33′44″— 34°35′51″之间,属黄土丘陵沟壑区第三副区,流域面积 4.91 km2,海拔 1 085— 1 621m,地势西北高东南低,相对高差 536m。流域内梁峁连绵,地形破碎,土壤侵蚀以水蚀为主,兼有重力侵蚀,林草覆盖率为 78%,水土流失治理度达 98.74%,属大陆性半湿润半干旱气候区,年降水量 547.5mm,降水少而集中、年际变化大、年内分配极不均匀,汛期降水量占年降水量的 63.1%,年蒸发量 1 300mm,约为年降水量的2.4倍。

中山沟流域范围涉及天水市麦积区社棠镇东山村和下曲村,流域内有耕地 21.64 hm2,总人口约 2 700人(526户)。自2005年起,经过 5年左右的水土流失治理,流域内植被覆盖率由61%提高到 78%,水土流失治理度由 77.21%提高到 98.74%,侵蚀模数由 2 500 t/(km2◦a)减少到 1 900 t/(km2◦a),年人均纯收入由 1 766元提高到 2 809元,经济增长率达12.3%,其中经台阶化整治后原来无效益或者负效益的沟道产生的效益占流域经济效益的 17%。

3 微型沟台阶化整治技术

3.1 工程设计

微型沟台阶化整治工程由沟坡台阶和沟底台阶两部分组成。其设计原理与坡改梯相同,但受地形因素的限制,田面宽度、田坎高度等参数与梯田设计标准有所不同。因坡面坡度较大、田面宽度相对较小,沟坡台阶地的田坎高度要大于沟底台阶地田坎高度。沟底台阶的设计可视沟道纵比降大小参照梯田设计标准进行,同时要适当修建排涝渠道,防止因地下水位过高抑制旱生植物的正常生长发育。整治工程施工时,要求田面平整、田坎坚实,将表层熟土剥离后另置,待修完后覆于台阶地表面。沟道台阶地纵断面示意图见图 1,横断面示意图见图 2,平面示意图见图 3。

图1 沟道台阶地纵断面示意图

图1中:θ为原坡面坡度;α为台阶地田坎坡度;H为台阶地田坎高度为原坡面斜长为台阶地田面毛宽;B为台阶地净宽;b为田坎占地宽。

图2 沟道台阶地横断面示意图

3.2 设计标准

(1)设计暴雨标准 P=10%,24 h最大降雨量 100mm。

图3 沟道台阶地平面示意图

(2)台阶地挖方区生土深翻厚度不小于 0.3m,熟土还原厚度不小于 0.2m。

3.3 设计规格

黄土丘陵沟壑区微型沟台阶化整治工程设计主要以原坡面坡度为控制因素,随着坡度的增加,田面宽度逐渐减小,田坎高度逐渐增加,工程设计参数见表1。受沟道地形、土质等因素的影响,不同沟道的具体参数可适当调整。

表1 微型沟台阶化整治工程设计参数

(1)台阶地田面宽度的确定。从便于修筑、耕作和灌溉的角度出发,设计时参照《基本农田建设设计规范》,流域上游段台阶地田面宽度一般在 8～40m之间。缓坡田面较宽,陡坡田面较窄。

(2)台阶地地埂指标。根据防御暴雨设计标准,一般情况下田埂顶宽为 0.3～0.5m,内坡比为 1∶1,外坡比为 1∶1～1∶0.4。有的地块宽度太窄,可不设田埂,建成反坡田面即可。

(3)施工工序。施工工序依次为:定埂坎线—清坎基—夯实坎基—堆表土—挖生土—运生土—筑坎培埂—填土整平—深翻施肥—还表土—耙耱—验收。

(4)管理与养护。管理与养护时的注意事项包括:每年汛期发生较大暴雨后,需对台阶地进行检修,如发现埂坎有缺口、穿洞等损毁现象,应及时进行补修;如发现因降雨造成的线状侵蚀或细沟状侵蚀,要及时取土填平;台阶地修筑后,要在挖方部位增施有机肥和土壤改良剂,深耕30 cm左右,以促进土壤熟化;因地制宜,选种适生农作物或经济林果,合理轮作。在中山沟流域微型沟整治后的台阶地上种植的“下曲葡萄”已逐渐形成地方品牌。

4 整治工程效益评价

4.1 经济效益

中山沟流域微型沟台阶化整治工程的实施,将原先不能利用的沟坡地和沟床开发为耕地,不仅增加了耕地面积,而且产生了较好的经济效益。经过 3～5年的管理养护,通过采取熟土还原等措施,整治后的沟道台阶地可产生与同类地区相同面积梯田相近的经济效益。经研究人员测算,在整治后的沟道台阶地上种植以“下曲葡萄”为主的经济林果,每年经济效益可达3.41万元 /hm2。

(1)投资估算。根据天水市土地整治工程投资定额,微型沟台阶化整治工程单位面积的投资额为 7 500元/hm2,按 20年使用年限计算,折合每年工程建设投资 375元/hm2。此外,台阶地及地上附着物的管理费,包括工程维修、苗木采购、田间管理(农药、化肥等)投入为 4 500元 /(hm2◦ a)。因此,整治工程单位面积投入共计 4 875元 /(hm2◦a)。

(2)效益分析。在整治后的台阶地上种植葡萄等经济林果,经济效益良好。沟道整治后实现了雨水的就地拦蓄下渗,基本解决了葡萄生长所需水分,为葡萄生长创造了条件。但是,对于新修台阶地来说,土壤熟化需要一定的时间,因此建成后前两年产量偏低,第三年及以后葡萄等经济林果产量可逐步达到相同条件下梯田的产量水平。建成初期(前两年)台阶地的葡萄产量为 0.8万 ～1.0万 kg/hm2,第三年以后就可逐步达到 1.5万 kg/hm2。按照当前葡萄的市场价格 2.6元/kg计算,台阶地上单位面积葡萄园年收益为 3.41万元/hm2。微型沟台阶化整治后台阶地与梯田葡萄产量对比见图 4,台阶地经济效益计算结果见表 2。

图4 中山沟流域微型沟整治后台阶地与梯田葡萄产量对比

表 2 中山沟流域微型沟整治后台阶地经济效益

4.2 生态效益

中山沟流域微型沟台阶化整治工程的建设改变了沟道原始地貌,减缓沟道比降,缩短坡长,抬高侵蚀基准面,减轻雨洪径流冲刷,具有明显的减水减沙作用。通过栽植作物或经济林果,增加了植被覆盖,拦截了坡面径流,保持了水土,改善了生态环境。据研究人员观测,在 20年一遇降水(P=5%)条件下,整治后的微型沟没有出现台阶地垮塌和附着物(葡萄)倒伏等现象,说明其减水减沙效益良好。同时,台阶地林果化建设增加了植被覆盖率,改善了空气质量,增加了生态效益。

5 结 语

(1)微型沟台阶化整治工程是一项既保持水土又增加耕地面积的新型沟道治理措施,是缓解黄土丘陵沟壑区人地矛盾的一项新举措。

(2)微型沟台阶化整治工程的适宜条件为:沟道长度 0.2～2.5 km2,宽 3～50m,深 5～40m,纵比降 15%以下,沟坡坡度小于 35°,流域治理程度65%以上,坡面梯化程度 70%以上,没有大的水流进入的沟道。

(3)微型沟台阶化整治工程的实施,一方面,增加了当地群众的经济收入,改善了农村居住环境,对于社会主义新农村和清洁小流域建设具有重要的现实意义;另一方面,既保持了水土又改善了环境,生态效益显著,开发利用前景广阔。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

韩玉峰(1963— ),男,甘肃礼县人,高级工程师,从事水土保持科研、规划设计等工作。

2010-11-19

(责任编辑 李杨杨)