海城市坡耕地水土流失综合治理中梯田设计分析

金福娇

（海城市水利事务服务中心,辽宁 海城 114200）

长期以来，坡耕地水土流失问题得到党中央、国务院的高度重视，也引起了社会各界的广泛关注。国家发改委联合水利部从2010年开始在全国部分省市（县）开展坡耕地水土流失综合治理试点建设，通过试点项目的实施均取得了良好的效果，达到治理坡耕地水土流失、改善项目区群众生产生活条件和试点、示范的目标，同时证明了坡耕地综合治理确实是我国新形势下水土流失治理行之有效的途径之一。海城市隶属于辽宁省鞍山市，地形地貌复杂，海城市分布有山地、丘陵、平原、洼地4种地形地貌形式，东部为山区及丘陵地带，山地水土流失严重，农作物产量低，因此水土流失地区进行坡耕地水土流失综合治理不仅可以改善农业生产条件和生态环境[1]，可持续利用水土资源，而且可以从根本上解决群众长远生存与发展，是一项实现全面建设小康社会宏伟目标的基础工程。

1 项目区现状

海城市马风镇因李世民东征将此地赠与马夫而得名，历史悠久，也被入选2019 年全国农业产业强镇建设，马风镇距市区近18 km，吉高线、汤析线交叉贯穿全境，海岫铁路穿越镇西部，交通便利。全镇总面积165.4 km2，其中耕地面积2548 hm2，山地面积11333 hm2，山高地陡，耕地面积少，地貌特征呈“七山一水二分田”状分布。项目区内耕地均为坡耕地，水土流失类型以水力侵蚀为主，流失强度以中度为主[2]，中度流失程度以上坡耕地占耕地面积的50%以上，水土流失严重，致使大多数耕地广种薄收，农作物产量低下，制约着当地经济的发展。

2 坡耕地梯田布置

2.1 梯田布置方式

坡耕地治理措施按照“点、面、线”相结合方式进行布置。面上措施主要以坡改梯为主，对地面坡度6°～24°、土层厚度大于50 cm、土壤质地及有机质含量满足耕作要求的地块，按照实际地形坡度，田面宜宽则宽、宜窄则窄、尽量保证一梯到头，田间按照坡改梯的地形变化，为保证辐射到地块，便于农业耕作运输，结合农户意愿，新修机耕道路，路面宽度满足小农机械通行；坡面水系做到灌渠连通、能蓄能排，详细做好截排水措施、与路与渠交汇处的涵管、盖板沟及背水桥等配套工程设计，做到水不乱流，排水通畅，合理排泄。项目区坡耕地布置示意图见图1。

图1 项目区坡耕地布置示意图

2.2 梯田设计

坡耕地建设中最重要的是梯田设计，梯田合理布局以后，在梯田设计的基础上按照“点、面、线”相结合方式进行蓄水池、灌溉主管道及配套设施、机耕路及排水沟渠等田间布置。本次布置以地貌单元作为梯田布置的独立单元，每个单元内田块顺山坡地形，大弯就势，小弯取直，同一个田面高程田面宜宽则宽，宜窄则窄，力求一梯到头，大部分田块长度保证在100 m以上。田块的布置同时考虑和机耕道路、灌溉、排水设施的结合。梯田设计的原则和标准如下[3]：

1）设计原则

①与农业规划相一致，因地制宜，统一规划，在5°～25°的坡耕地上修建；②投资省、工程(量)少、便于施工；③埂坎材料就地取材，设计合理、稳定、占地损失少；④灌排结合、水系、道路与田块综合配套布设；⑤先确定田坎高度，由田坎高度控制田面宽度；⑥选取具有代表性的图斑进行梯田工程设计，同一地形坡度按同一坎高设计。

2）设计标准

①防御暴雨标准采用10 年一遇6 h最大降雨量，减少径流90%以上，减少泥沙95%以上；②保留活土层在70%以上。因为活土层是经过多年耕作熟化的土壤，结构好、肥力高，适宜作物生长。坡面平整时，表土复原是改造成功与否的关键；③土层厚度60 cm～80 cm，熟土层在30 cm～50 cm，进行适当深翻，是改善土壤理化性状，增加土壤团粒结构，促进土壤熟化的最佳层位；④田坎牢固，田面平整，讲究施工操作程序和技术质量要求；⑤各种配套设施到位。

2.3 田面设计

2.3.1 断面设计

根据流域内土壤、地质、水文、坡度等因素，流域内梯田设计为土坎梯田[4]，田边设蓄水埂，梯田内侧设排水沟，断面形式见图2。

图2 水平梯田坡改梯断面图

图中，θ为原地面坡度，°；α为梯田田坎坡度，°；H为梯田田坎高度，m；Bx为原坡面长度，m；Bm为梯田田面毛宽，m；B为梯田田面净宽，m；b为梯田田坎占地宽，m；各要素间关系如下：

田坎高度：H=Bxsinθ；原坡面斜宽：Bx=H/sinθ；田坎占地宽：b=Hcotα；田面毛宽：Bm=Hcotθ；田面净宽：B=Bmb=H(cotθ-cotα)。

（1）田坎高度

根据项目区的实际情况，综合考虑降雨、土质、地面坡度、地坎稳定性、田面宽度、工程量、方便施工等因素，将流域内梯田的地坎设计为四种高度：当坡度在5°～9°时，田坎高度设计为1 m；当坡度在10°～14°时，田坎高度设计为1.2 m；当坡度在15°～19°时，田坎高度设计为1.3 m；当坡度在20°～24°时，田坎高度设计为1.5 m，具体见表1。

表1 坡改梯地块设计情况表

（2）田面宽度

根据确定的田坎高度，计算出不同坡度的田面设计宽度，本流域内设计的田面宽度在3.37 m～9.51 m范围内，具体见表1。

（3）田坎及蓄水埂设计

田坎设计为土质田坎，坡比设计为1∶0.5，采用生土分层夯实修筑；蓄水埂顶宽取30 cm，高30 cm，内侧坡比1∶1，外坡1∶0.5。

（4）梯田内侧排水沟设计

梯田内侧排水沟采用土质排水沟，梯形断面，底宽10 cm，高10 cm，外侧坡比1∶0.5，内侧就田坎坡度。为不影响耕作，该排水沟设计为临时排水沟，由农户在每次耕作时自行清理。

2.3.2 工程量计算

（1）计算方法

1）修平田面

式中：V修为每hm2梯田修平田面土方量，m3；H为田坎高度，m。

2）筑埂

式中：L为每hm2筑埂长度，m；Bm为梯田田面毛宽，m。

3）保留表土

式中：S保为保留表土面积，m2；Hb为原坡面长度，m；L为每hm2地块数量m。

4）覆表土

式中：V覆为每hm2覆表土方量，m3。覆土厚度按平均30 cm计算。

根据式（1）～式（4），对项目区内坡改梯图斑进行不同坡度田坎清基、筑埂、保留表土、修平田面和覆表土的单位面积（1 hm2）工程量，见表2。

表2 单位面积（1hm2）不同坡度坡改梯工程量统计表

（2）分图斑工程量分析计算

通过对流域内具有代表性的坡改梯地块分地面坡度进行设计，将统计出梯田工程逐图斑分坡度分别工程量，将得到的部分结果见表3。

3 典型图斑选取

（1）选取原则

依据据外业调查情况，选取流域内坡度、坡向、土层、地貌、配套措施类型等都具有代表性等原则[5]。

（2）典型图斑选取

①坡度代表性

根据内业分析统计，本次设计坡坡改梯面积238.57 hm2，坡耕地坡度涉及到 6°～9°、10°～14°、15°～19°和 20°～24°，典型地块选取了6°、7°坡度所占比例较大的020、078号图斑代表6°～9°坡度带；13°、14°坡度所占比例较大的033、089号图斑代表10°～14°坡度带；17°、18°坡度所占比例较大的036、043号图斑代表15°～19°坡度带；22°、24°坡度所占比例较大的088、073号图斑代表20°～24°坡度带。

②配套措施代表性

流域内配套措施主要为灌溉措施以及田间道路等措施，其中灌溉措施主要分为渠道和管道结合蓄水池供水两种方式，选取019号、059号和077号图斑代表流域内管道结合蓄水池供水地块；145号、160号图斑代表从已建涡轮泵抽水至已有沟渠通过新建清取水池取水进行灌溉的地块，020号图斑代表周边没有水源点，进行坡改梯，田间道路对已有乡村道路进行修缮；128号图斑代表周边没有水源点，进行坡改梯，田间道路主要为新建机耕道路和排水；田间道路、排水等措施，流域内各图斑配套措施基本一致，选取的八个图斑可代表流域内大部分坡耕地图斑。

由于典型图斑在所处的位置、当地群众生活习惯、耕作方式等诸多方面或多或少存在一定的差异，使得任何一个选作典型设计的图斑都有其特殊性，因此典型图斑的措施配置方案只作为代表区域措施配置的一个代表，代表该类型区的共性，不代表该区的特殊性，在进行措施方案设计时保留了共性，剔除其特殊性。工程区典型设计情况见表4。

表3 流域内梯田工程逐图斑分坡度工程量统计表

4 结语

项目的建设，可有效遏止项目区的水土流失、改善农民的生产条件、保障土地产出的稳定，提高土地的产出率，缓解项目区水土资源不匹配的矛盾、提高农民群众的收入、促进当地产业结构调整、巩固坡耕地水土流失综合治理工程成果，按照“以人为本、服务民生、把坡耕地水土流失治理与促进群众脱贫致富相结合，与农村产业结构调整、当地特色产业综合生产能力相结合，促进项目区农民增收和农村经济社会发展”的指导思想，工程建设以治理水土流失和改善农业生产条件为主要任务，坚持以梯田建设为重点，以田间道路为骨架，坡面水系相配套、做到灌溉自如，建成高标准、高质量、高效益的坡耕地治理示范区，并为下一步大规模开展坡耕地水土流失综合治理做好先导、奠定基础。