坡耕地水土流失治理方案研究

吴小扁

（1.水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院,江苏 南京 210029；2.南京瑞迪建设科技有限公司,江苏南京 210029）

1 项目概况

某坡耕地水土流失综合治理工程位于山东省水土流失重点治理区,根据土地详查资料,项目区所涉耕地面积1055.75 hm2,其中待治理坡耕地面积948.77 hm2,约占总耕地面积90%。项目区属黄土残塬沟壑区,区内梁峁重迭,沟壑纵横,坡陡沟深。海拔最高1150 m,最低830 m,相对高差320 m。项目区地形起伏较大,垂直变化十分明显,且坡耕地占比较多,水土流失较为严重。

沟谷形态组合为接近塬面以冲沟发育为主且形成直立状黄土陡崖,所组成地层以第四纪上更新统风积黄土加结核层；沟谷的中部为较缓的沟谷平台及斜坡为主要地貌特点,上部分布第四系上更新统风积黄土层；沟谷下部山坡呈“V”字型对称的谷底,以陡坡、陡崖为主,第四系中更新统黄土状土及结核夹层裸露。项目区属于暖温带大陆性气候,受季风影响,降雨主要集中在夏季,春季多风少雨,冬季温度较低。多年平均降雨量632 mm。

2 水土流失现状和成因分析

2.1 项目区水土流失现状

项目区属于国家级水土流失重点治理区,调查资料显示,项目区土壤侵蚀主要以水力侵蚀为主,侵蚀模数约为7280 t/（km2·a）。土地总面积138.41 km2,其中水土流失面积123.72 km2,约占总项目区面积的89%。工程区仅坡耕地一项,若不采取治理措施,每年流失水13.40 万m3,流失土4.21万t。坡耕地的大量存在,严重的水土流失一方面导致土壤质地的下降,降低了土地的生产力,影响当地粮食生产；另一方面也无疑会加大水土流失现象的发生,对生态环境造成

严重的不可逆破坏。因此加强项目区坡耕地的综合治理建设是改善当地农业生产条件和加强生态文明建设的有效途径。

2.2 水土流失成因分析

受自然环境影响,项目地由于地面高低不平,坡度变化较大,一遇到降水,就极易造成水土流失；项目区内多年平均降雨量分布不均,其中6月~9月降雨量约占全年的70%,并且多以暴雨、冰雹等灾害性降雨的形式出现,为项目区土壤侵蚀破坏和加剧水土流失提供条件；同时,由于大量坡耕地的存在,坡耕地产量又极其低,耕垦指数高也是造成项目区水土流失较为严重的原因之一。

3 总体布置与方案设计

3.1 总体布置

根据项目区各地块的地理位置和地形条件,采取因地制宜原则,水平梯田沿等高线布设。生产道路分为干路和支路设计两部分,并按照经济适用性原则,尽量在原有道路的基础上进行修整拓宽,高差较大区域采用“S”形布置,从坡脚至坡顶盘绕而上。初步设计中项目区共划分为4个工程区,项目区设计坡改梯面积206.66 hm2,生产道路4.94 km。工程区坡耕地组成见表1。

表1 工程区坡耕地组成表

3.2 方案设计

3.2.1水平梯田设计

项目区田宽6 m~35 m,根据不同坡度设计梯田优化断面（表2）。设计标准为20 年一遇6 h最大暴雨,其中拦蓄径流和拦沙分别在80%和拦沙90%以上。结合项目区土质特征,确定水平梯田断面尺寸见图1。

表2 水平梯田断面尺寸表

图1 梯田断面尺寸

3.2.2道路设计

项目涉及工程主要为坡耕地修筑水平梯田和生产道路,工程布置及施工技术设计主要考虑的因素是：立地条件、投资水平、施工工效、工程成本。在施工工艺上遵循能机械不人工,能做土坎不做石坎的原则［1-3］。

（1）干路设计

干路主要为从坡脚至坡顶的“S”形盘山道路,路面宽度为3 m,宽度和路面强度、坡度满足农业机械行驶要求。根据实地调查,各工程区干路基本畅通,为节约用地和节省投资,尽量利用原有道路,本次设计新增干路建设 4.94 km。干路立体示意图见图2。

图2 干路设计

（2）支路设计

支路即为田间作业道路,作为各梯田间的连接道路,当坡度较低时,支路设计为斜线形,当坡度较大时,支路设计为“S”形迂回上山。根据地形条件支路可与梯田埂坎或地埂相结合,其中支路宽为2 m,宽度和路面强度、坡度满足行人和小型机械行驶要求。支路立体示意见图3。

图3 支路设计

3.2.3施工工艺和方法

项目区实施坡改梯面积 206.66 hm2,不同地面坡度的治理小斑现状皆为坡耕地,表土全部剥离,剥离深度0.3 m。表土保留施工方法主要采取以下两种。

（1）表土逐台下移法。如图4所示,该方法适用于坡度较陡和田面较窄的地形条件,步骤如下：①首先将最底部一层梯田修平,并对表土作清除处理；②取第二层拟修梯田表土,并推倒第一层梯田表面,并铺设均匀；③按照上述方法逐层修整,直至顶层梯田修整完成。

图4 表土逐台下移法

（2）表土中间堆置法。该方法适用于田面宽10 m~15 m,见图5。步骤如下：①与逐台下移法类似,坡面梯田从下向上开始修筑,首先将最底部一层梯田修平,并将表土堆积在梯田中部位置；②取第二层拟修梯田表土,并堆置在梯田中部,此时将第一层堆置的表土均匀铺设在第一层梯田表面；③按照上述方法逐层修整,直至顶层梯田修整完成。

图5 表土中间堆置法

4 效益分析

4.1 生态效益

本项目主要措施是坡改梯,所以,新增蓄水能力和保土能力,主要计算水平梯田相对以坡耕地作为对照的减水、减沙效益。通过综合治理,将项目区内坡耕地修整为水平梯田,极大地减少了水土流失现象的发生,主要是由于通过治理延长了径流在土体表面上的滞流时间,减少土表径流量的同时增加雨水下渗量,同时,径流冲刷力减小,水流泥沙能力也显著降低,坡长减短也避免大径流的聚集。据有关研究资料表明,将坡耕地修成水平梯田后,在一般情况下,即日降雨50 mm~100 mm时,径流泥沙可以就地拦蓄。生态效益主要计算项目实施后的新增蓄水能力和保土能力。项目实施后,平均每年可拦蓄泥沙 0.76 万t,集蓄雨水2.39 万m3。综上所述,坡耕地水土流失综合治理,不仅能有效减少水土流失现象的发生,同时又能够有效拦截入黄泥沙,是实现黄河长治久安的保障,使区域生态环境向良性循环发展。

4.2 社会效益

新修水平梯田除满足粮食自足外还可作为经济作物发展用地,设施农业用地,促进区域土地利用结构调整,为名特优产业发展创造条件。据山西省水土保持科学研究数据调查分析,在耕作方式和投入相同的条件下,与没有治理的坡耕地相比,治理后每公顷平均增产 1989 kg,平均增产幅度约为45%。在对坡耕地进行改造后,将原来的坡面耕地修整为台阶状梯田,这样不仅切断了坡耕地的水流线,又增加了雨水下渗量。不仅能有效改善水土流失现象的发生,又能为提高当地的农业经济发展、实现增产增收创造有利条件。

5 结论

开展坡耕地水土流失综合治理工程建设是贯彻落实党中央国务院重大决策部署的需求,是夯实藏粮于地,保障国家粮食安全的需求,是推进乡村振兴,加快农业现代化的需求,坡耕地水土流失综合治理工程。坡耕地水土流失综合治理不仅能有效防控耕层土壤的流失,又能使区域生态环境向良性循环发展。本文以水土流失重点治理区某坡耕地综合治理工程为例,对坡耕地治理方案设计和工艺方法进行分析,并对其生态和社会效益进行评价。