祁连山小流域内水土流失综合治理技术体系分析

孙丽娜

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，兰州 730000)

1 概 述

甘肃省武威市天祝藏族自治县祁连山国家公园体制区域项目位于大通河流域，大通河属黄河流域，是黄河的二级支流，2019年试点项目建设内容包含小科什旦沟、雪龙沟、业土沟、那威沟等4条沟道，均位于大通河左岸。流域内河道两岸主要分布大面积黄土覆盖区，植被较差，水土流失严重，为天祝县水土流失最严重的区域之一[1]。经过3年的治理，流域内的水土流失综合防治工程得到初步成效，并取得了一定的经验。但是由于水土流失面积大，资金有限，只能采取应急措施，没有统一规划，收效甚微，不能从根本上解决水土流失问题，难以体现规模效益。本次祁连山国家公园体制区域项目在流域内进行水土流失综合防治，为水土保持综合治理提供难能可贵的契机。通过本项目的实施，可以有效减弱水土流失，降低洪水、塌方、泥石流等地质灾害的发生率，对祁连山自然保护区的自然修复起到良好的促进作用。在此基础上，避免大规模人工干预措施，加强退化草地治理、天然林保护、水土流失防治，能够系统全面地提升森林、湿地、草原等自然生态系统的稳定性和循环能力。因此，祁连山自然保护区大通河流域内的水土流失综合治理是十分必要的。

2 防治措施与整体布局

在项目区水土保持综合治理措施布局上，本次治理的重点是以坡耕地、荒山、荒地为主攻方向，对项目区内现有天然林、人工林进行全面保护，在荒山荒地合理布设治沟和坡面截流等工程措施，大力营造水土保持林，建立防护林体系，提高林木覆盖率。同时加强原有果园改造和疏林地的补植工作，提高林木覆盖率，增强保水保土和抗蚀能力。

项目区内主要治理任务是建立和完善坡耕地、荒山(荒地)坡面、沟渠拦蓄工程体系，恢复植被覆盖，调节和改善生态环境。具体防治措施包括：①以治理坡耕地和荒山荒地以及无工程果园为主攻方向，在坡耕地兴修梯田、实施改垄耕作、地埂植物带、退耕还林(果)；②)在荒山荒地合理布置鱼鳞坑，并设置截水沟；③在老果园修建果树池台田；④对现有的果疏林地进行增补植，退耕还果、还林，对幼林地进行封禁治理；⑤在侵蚀沟道布设谷坊和沟头防护，防止沟道的下切和扩张。通过这一系列措施，力求在短期内快速恢复植被，提高项目区植被覆盖率，增强祁连山自然保护区土地保水保土和抗蚀能力，防止水土流失进一步扩展。

3 单项措施设计

本次水土流失整治要坚持“综合治理、合理利用、因害设防、因地制宜”的原则，主要以改造坡耕地、荒地为主，结合植树造林、改垄耕作、谷坊等调节坡面径流的措施，制止水土流失，同时提高经济效益。

3.1 坡耕地治理措施

3.1.1 改垄措施

对于项目区内的坡耕地，在土层较薄且不利于修筑水平梯田的前提下，可采取改垄措施，按等高耕作原则作垄[2]。农民每年耕作时，从上向下翻土，使两梗间地面坡度逐渐减缓，增加土壤入渗，从而提高土壤抗蚀性能，减轻土壤冲刷坡地。具体方法有两种：①深耕松土，耕松深度要以打破犁底层、提高入渗能力为原则。②增施农家有机肥，促使土壤与肥料形成改垄措施，改垄面积1 000 hm2。

3.1.2 水平梯田改造措施

根据流域的自然条件及降雨特点，结合梯田改造的相关规范要求，水平梯田改造取10年一遇6 h最大降雨标准，确定不同坡度下最佳断面。水平梯田断面工程设计见图1。

图1 水平梯田断面图

图1中：H1为土层厚度，m；H为田坎高，m；B1为田面斜宽，B1=B(H/sinα)，m；B为田面宽度，B=H(ctgα-ctgβ)，m；h为田埂高度，本次设计值为0.3 m；b为田埂顶宽，本次设计值0.3 m；α为原地面坡度，(°)；β为田坎侧坡，一般取65°；V为挖方量，V=83.3H(m3/亩)=1 250H(m3/hm2)。

治理坡耕地坡度范围为5°～10°，本次取5°、8°、10°共3种坡耕地坡度来分别确定水平梯田的各设计要素值[3]。田面净宽根据机耕要求，分别取机耕的4倍和6倍两种田面净宽。水平梯田设计要素值表见表1。项目区修建水平梯田40 hm2。

表1 水平梯田设计要素值表

3.1.3 地埂植物带

在流域内对5°～15°土层较薄坡耕地，采用地埂植物带水土保持措施。根据流域的自然条件，降雨特点及规范要求，流域为干旱地区，降雨历时短、强度大的特点，取10年一遇24 h最大降雨强度允许土壤流失量临界值为计算标准。在5°～15°坡地上直接按等高线方向筑土埂，种植灌木形成植物带，同时兼顾农耕具的播幅及耕幅，确定植物带间距。根据该县对坡耕地水土流失的研究成果，按水土流失方程A允许=RKSPL来推求坡长L，即：

L=A/RKSP

(1)

式中：A允许取2.8 t/a·hm2；R取125 J/m2；K取保护区0.26 t/hm2；S取0.07；C取0.25；P取0.3。

计算得L=16.4 m，结合机械的耕幅和土层厚度等耕作因素，地埂埂间距均用16.3 m。地埂植物带种植灌木(棉槐)，间距1 m，共种植棉槐58.34万株。本次治理面积951 hm2。

3.1.4 退耕还林

退耕还林措施中，鱼鳞坑工程措施详见荒山治理中鱼鳞坑设计。

3.2 荒山治理措施

3.2.1 鱼鳞坑设计

造林前一年的雨季，人工挖坑，设置鱼鳞坑。春季人工植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，不窝根，先置表土，踏实，埋土至地径以上2 cm。前3年每年松土除草2次，以后每年一次，禁牧。

鱼鳞坑设计是水土保持中蓄水的重要措施，是通过拦蓄地表径流来减少荒山荒地的水土流失[4]。其形状上部为直线型，下部培成水平土埂，形如半月形或椭圆形，一般成品字型布置在坡面上，适用于地形较为破碎、不平整的地块。规格为行距2～3 m，株距2 m，坑直径1～1.5 m，坑深0.5～0.6 m，熟土回填，生土筑耕，拦水埂高0.3 m，回土深0.3～0.4 m，确保植物埋深度，工程沿等高线布置。鱼鳞坑设计见图2。项目区退耕还林面积300 hm2。

图2 鱼鳞坑设计图

3.2.2 截水沟设计

对部分荒坡采取截水沟工程措施。根据流域自然条件、降雨特点及规范要求，荒坡截水沟设计洪水标准取10年一遇24h最大降雨量，经计算得到径流模数为Mw=52 413.8 m3/km2。根据流域自然条件采用蓄水型截水沟，截流沟断面设计如下：

截水沟的容量：V=VW+VSV

(1)

截水沟断面面积：A=V/L

(2)

式中：L为截水沟长，m，根据坡度的不同，截水沟间距不同，一般5°以下及5°～10°取12 m，10°～15°取9 m，15°以上取6 m。则每亩截水沟长及其断面面积计算见表2，截水沟设计图见图3。

图3 截水沟设计图

表2 截水沟性能表

项目区截水沟共50 km，在截水沟埂顶种植乔木(刺槐)，间距0.5 m，共种植刺槐10万株。

3.2.3 封禁治理

本次根据该流域植被情况，依据《水土保持综合治理技术规范》(GB/T 16453.2-1996)，选择项目区内幼林地，采用封禁、治理、抚育相结合，恢复林地植被，防止水土流失[5]。本次封禁治理措施为：用砼桩铁丝网围栏、标志(图4)，明确封育治理范围，有效防止人畜任意进入；封育方式实行全年封禁，严禁人畜进入，以利植被恢复。在显著位置设置标识牌，注明封禁区的周边范围、面积、封育类型、封育时间、封山公约的主要内容和管护人员信息等。

图4 混凝土桩围栏设计图

项目区共进行封禁4 963 hm2，围栏22 500 m，标志牌45个，宣传碑9座，标志碑1座。

3.3 无工程措施果园改造、退耕还果

对于地块零散、土质较差、水肥条件较好的无工程措施耕地、果园，要进行池台田整地。果树池台田设计规格见图5，株行距4 m×4 m，每株树为一个水平池，池周筑埂，上顶0.3 m，下底0.6 m，埂高0.4 m，池中挖栽植坑，单坑规格为0.6×0.6×0.6 m，经济林整地中一般采用此方法。项目区退耕还果面积为300 hm2。

图5 果树池台田设计规格图

3.4 沟道治理工程

3.4.1 谷 坊

根据项目区石材料、土料实际分布情况分别建设土谷坊、石谷坊，谷坊布置位置宜选择在沟道最窄处，沟道上游平缓宽敞，有利于拦蓄更多的泥沙[6]。当谷坊连续修建时，上下两座谷坊之间的距离以谷坊的沟底坡度来确定。流域内侵蚀沟多为V字型，沟底多为土质，且比降较大，因此采用谷坊工程措施治理侵蚀沟，流域中共布设谷坊180座。谷坊位置的选择原则如下：①按规划要求，先上后下，先支后干，统一布设；②选肚大脖细处，既省工省料，库容也较大；③选择沟口狭窄处，沟底、沟帮、沟床基岩外露，比较坚固的地方；④选就地取材较方便之处；⑤上游有宽阔平坦的拦蓄泥沙的地方。

根据流域中侵蚀沟的形状特点及修建材料，本次所选谷坊为石谷坊，因干沟有进沟里的较宽道路，不宜布置谷坊，谷坊都布设在支沟上，谷坊高度为2.0 m。以石谷坊工程为例，谷坊断面尺寸考虑规范及流域内侵蚀沟的特点初步拟定断面尺寸见表3，石谷坊设计图见图6。

表3 石谷坊工程断面尺寸表

图6 石谷坊设计图

3.4.2 沟头防护

沟头防护埂是用于拦蓄坡面径流，防止沟头发展的治沟工程。根据流域自然条件，沟头防护工程防御标准为10年一遇6 h最大暴雨。由于沟头来水量较小，所以采用蓄水型沟头防护埂形式。围埂位置根据规范要求；布设在距沟头5 m处，沿沟头边界走向，共布设2道，间距为6 m。每道沟头防护埂长取50 m。根据蓄水量要求，沟头防护埂工程规格见表4。

表4 沟头防护埂工程规格表

3.4.3 围埂植物措施

在围埂的表面种植乔木以固定围埂，沟头防护示意图见图7。项目区共进行沟头防护6 km，在沟头埂顶种植乔木(刺槐)，间距0.5 m，共种植刺槐1.2万株。

图7 沟头防护示意图

4 结论及建议

通过本项目区水土流失的综合治理措施技术体系，可以有效防止项目区水土流失，提高土地生产能力，同时加快祁连山自然保护区生态修复，改善当地生态环境和生产条件，保护祁连山自然保护区的珍贵土地资源，有效遏制了自然保护区内水土流失的进一步发展和扩大。