栖龙湾水土保持科技示范园建设与创新

李新建，赵剑锋，张卫东，亓传琢，李 菁，韩 云

(1.莱芜市水土保持办公室，山东 莱芜 271100;2.莱芜市莱城区水土保持办公室，山东莱芜 271100)

1 示范园概况及建设目标

1.1 示范园概况

栖龙湾水土保持科技示范园位于山东省莱芜市北部，地处鲁中南中低山丘陵区，属北方土石山区水土流失类型区，园区面积110.27 hm2，地形地貌、水土流失状况具有典型性，能够代表山东省重点治理区(鲁中南中低山丘陵区)和我国北方土石山区的生态环境及水土流失的主要类型、程度、危害。示范园自2005年开始由山东农业大学、山东省水科院与莱芜市水土保持办公室共同规划建设，截至目前已经完成水土流失综合治理面积102.49 hm2，其中：建设石坎水平梯田 3.1 hm2，栽植水保林 30 hm2，建果园13.28 hm2，封育治理56.11 hm2，建成径流试验小区25个、库容16万m3治沟骨干工程1座、蓄水谷坊7座、蓄水池4座，配备风力提水机4台，发展节水灌溉面积10 hm2，新建道路4.5 km，共计投入1 000多万元。2007年，栖龙湾被水利部列为“全国水土流失动态监测与公告项目典型小流域和典型监测点”;2012年2月，栖龙湾被水利部命名为国家级水土保持科技示范园。

1.2 示范园建设目标

示范园以高起点、高标准、高水平水土保持生态科教园为目标，建成集水土保持科学研究、技术示范、科普教育为一体的水土保持科学试验研究基地和具有鲁中南地域特色的水土保持技术示范基地，探索新时期中低山丘陵区水土保持生态治理与发展区域经济相结合的途径与模式，为北方土石山区乃至全国水土保持生态建设提供示范样板，为普及水土保持知识，提高全社会的水土保持意识，探索人与自然协调和谐的途径积累经验、提供示范，使其成为广大科技人员、中小学生、民众等参观学习的户外教室，成为北方水土保持试验研究、科技示范、知识宣传、技术培训、休闲观光、信息咨询和对外交流的窗口和科教示范基地。

2 示范园建设技术

2.1 功能设置

示范园以水土保持试验研究、技术示范、科普教育为中心，划分为核心区和辐射区，核心区以科研试验、产业开发、科普教育、生态休闲为重点，辐射区以推广应用、大面积示范为重点。

2.2 总体规划与功能划分

根据建设内容不同，园区共划分为“四区十园”。各功能区划分见图1。

图1 栖龙湾水土保持科技示范园功能分区

2.2.1 科学试验与示范功能区

(1)气象因子监测园。已建成的气象因子监测园，布置在山体较平坦、周边无遮挡的空旷区，周边设置围栏，面积5 m×5 m，安装PH自动气象站，采用远程数据无线接收，对示范区内基本气象要素如风速、风向、大气温度、大气湿度、降雨等实施动态观测，为区域水土流失预测预报提供基础气象资料。

(2)坡地水土流失监测园。根据区域特点，本试验区内重点研究坡度、坡长、植物配置3个因子对水土流失影响的机理。结合地形，已建成 10°、15°、20°、25°、30°五个自然坡度的径流小区，每个坡度设5个重复，共设25个径流小区。其中10°～20°径流小区的规划措施配置主要考虑种植农作物和栽植经济林对水土流失的影响，25°～30°径流小区的规划措施主要考虑生态林草措施、坡面工程和不同坡长对水土流失的影响。在示范园内流域出口处设置控制站，安装自记水位计和泥沙自动取样机，主要观测水位、流量、含沙量、径流量、输沙量等。

(3)土壤水文生态监测园。在本园安装有土壤理化分析设备，研究土壤水文物理特征(土壤粒径与质地结构、土壤容重与孔隙结构、土壤贮水与渗透能力、土壤水分动态)、生物化学特征(土壤微生物、土壤有机质、土壤营养元素)等，探索不同水土保持措施对土壤水文生态与生物化学功能的改善作用。

2.2.2 技术示范与推广功能区

(1)坡面生物工程示范园。建成此园是为开展以坡面生物工程配置为核心的水土流失综合防治技术示范，具体分为集蓄水整地工程、植被重建工程、植被封育恢复工程3类坡面治理技术措施。

(2)沟谷综合整治示范园。在集水单元的汇水沟头，选地质条件好、工程量小、拦蓄径流泥沙多、工程材料较充足的地方，修筑了5个石谷坊、1个土谷坊和1个钢结构谷坊，防止沟床冲刷，集中体现汇水沟谷的综合整治。其中钢结构谷坊设计独特，利用钢材抗拉能力强等特点，下弧采用悬连线反拱式，属国内首创。

(3)高效特色产业示范园。在坡面立地条件较好的区域，建设以经济效益为目的、以特色植物开发为基础、以水土资源高效利用为核心的高效特色产业示范园。主要建设核桃、板栗或药用植物区，并采用雨水高效利用技术，以坡面蓄水池和水库为水源，充分利用节水灌溉设施和风力提水设施进行灌溉。

2.2.3 科普宣传与教育功能区

该区以宣传、教育、培训为主要功能，为广大的中小学生、民众及对外技术交流等提供服务。设置科教培训园、模拟示范园、水土保持植物园等3个园区。

(1)科教培训园。以室内教学培训为主，建设水土保持科教综合大楼，楼中设多功能阶梯教室，提供科教培训服务。拟新建一幢2 000 m2的水土保持科教大楼，第一层为多媒体展示厅、接待室、室内展示厅和实验室，第二层为参观、培训、学习的地方，第三层为资料室、会议室和办公室。

(2)模拟示范园。设有从德国进口的模拟水土流失过程的降雨设备，可在人工干预条件下开展不同雨强的水土流失观测和研究，给参观学习者以直观的感受。

(3)水土保持植物园。本园以汇集与展示北方地区优良的水土保持植物种类，增加示范园科技含量为目的，集示范、教育、游憩、开发、观赏等功能于一体。按照植物形态特征分为乔木、灌木、藤本、草本4种植物类型，因地制宜地按块状分区布设;依据植物主要(或特色)功能和开发利用价值，将4种植物类型进一步划分为生态型、观赏型、特用经济型3种汇集配置，展示丰富多彩的水土保持植物种类及其多样性功能。

2.2.4 生态休闲与观光区

生态休闲与观光区设有一处休闲游憩园，有凉亭、栈桥、亲水平台等设施，供游人休闲、游憩。

3 示范园在坡面水土流失影响因子定量分析方面进行的研究

3.1 研究目标

通过研究降雨、地形、土壤、植被等单因素对水土流失的影响及自然、人为因素对水土流失的综合影响等内容，分析自然及人为因素与水土流失的规律性关系，建立坡面尺度水土流失预测模型，为北方土石山区水土流失综合治理及措施体系配置提供理论与技术指导。

3.2 研究内容

以坡地水土流失监测园为核心，以径流小区为对象，重点研究不同坡度、不同坡长以及不同措施配置下各因素对径流泥沙的影响，主要研究内容如下：

(1)坡地径流小区设计与布设。根据国家规范，结合鲁中南山区特点，选择土壤剖面相同、土层厚度比较均匀、坡向较为一致的自然坡面，建设径流小区。

(2)坡地水土流失监测。在径流小区内设置降雨、径流、泥沙等观测设施，观测降雨、径流、泥沙等项目，研究坡地水土流失规律。

(3)建立坡地水土流失监测数据库，运用土壤侵蚀原理、水土保持学等理论与方法，探索降雨、地形、土壤、植被等单因素对坡地小区径流、泥沙的影响及其变化规律，以求在建立坡地水土流失预测模型方面实现创新，为北方土石山区坡地水土流失治理提供科学依据。

4 示范园研究成果及创新点

4.1 规划建设方面

栖龙湾水土保持科技示范园建设力求在规划设计及建设技术方面实现创新，集生态、科研、示范、推广、科普教育、休闲观光为一体，是当地水土保持科学研究、成果展示和科普教育的窗口。

4.2 建立预测模型方面

示范园中建设的径流小区在北方土石山区具有较强的代表性，在坡度设置、植物措施、设备配置等方面有突破创新，通过建立坡地水土流失监测数据库，分析降雨、地形、土壤、植被等单因素对径流、泥沙的影响与变化规律，初步建立起了坡地水土流失预测模型。

4.3 防治研究方面

针对当地无客水流入、水资源紧缺的实际，园区在水土流失治理模式方面实现创新，结合沟谷整治示范园建设，探索总结出了“骨干工程控制，沟谷节节拦蓄，谷、塘、库、坝相结合，合理调配利用径流资源”的沟道梯级开发模式。近几年，莱芜市在小流域治理中积极推广沟道梯级开发模式，对牟汶河、瀛汶河、茶叶河、大王庄河等67条河道进行了节节拦蓄和河堤护砌，极大地促进了坝系工程建设，扩大和改善了水浇面积，为产业结构调整奠定了基础。

5 结语

栖龙湾水土保持科技示范园建设适应当今水土保持发展的需要，在园区规划建设及坡地水土流失预测模型方面实现了创新，其研究成果获莱芜市科技进步二等奖，对研究北方土石山区水土流失规律具有借鉴作用;其园区建设对实现同类地区水土资源的可持续利用，保障社会、经济、环境与水土资源的协调发展，也具有借鉴作用。