孫麗娜

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，蘭州 730000)

1 概 述

甘肅省武威市天祝藏族自治縣祁連山國家公園體制區(qū)域項(xiàng)目位于大通河流域，大通河屬黃河流域，是黃河的二級(jí)支流，2019年試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包含小科什旦溝、雪龍溝、業(yè)土溝、那威溝等4條溝道，均位于大通河左岸。流域內(nèi)河道兩岸主要分布大面積黃土覆蓋區(qū)，植被較差，水土流失嚴(yán)重，為天?？h水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一[1]。經(jīng)過3年的治理，流域內(nèi)的水土流失綜合防治工程得到初步成效，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。但是由于水土流失面積大，資金有限，只能采取應(yīng)急措施，沒有統(tǒng)一規(guī)劃，收效甚微，不能從根本上解決水土流失問題，難以體現(xiàn)規(guī)模效益。本次祁連山國家公園體制區(qū)域項(xiàng)目在流域內(nèi)進(jìn)行水土流失綜合防治，為水土保持綜合治理提供難能可貴的契機(jī)。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，可以有效減弱水土流失，降低洪水、塌方、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率，對(duì)祁連山自然保護(hù)區(qū)的自然修復(fù)起到良好的促進(jìn)作用。在此基礎(chǔ)上，避免大規(guī)模人工干預(yù)措施，加強(qiáng)退化草地治理、天然林保護(hù)、水土流失防治，能夠系統(tǒng)全面地提升森林、濕地、草原等自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和循環(huán)能力。因此，祁連山自然保護(hù)區(qū)大通河流域內(nèi)的水土流失綜合治理是十分必要的。

2 防治措施與整體布局

在項(xiàng)目區(qū)水土保持綜合治理措施布局上，本次治理的重點(diǎn)是以坡耕地、荒山、荒地為主攻方向，對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有天然林、人工林進(jìn)行全面保護(hù)，在荒山荒地合理布設(shè)治溝和坡面截流等工程措施，大力營造水土保持林，建立防護(hù)林體系，提高林木覆蓋率。同時(shí)加強(qiáng)原有果園改造和疏林地的補(bǔ)植工作，提高林木覆蓋率，增強(qiáng)保水保土和抗蝕能力。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要治理任務(wù)是建立和完善坡耕地、荒山(荒地)坡面、溝渠攔蓄工程體系，恢復(fù)植被覆蓋，調(diào)節(jié)和改善生態(tài)環(huán)境。具體防治措施包括：①以治理坡耕地和荒山荒地以及無工程果園為主攻方向，在坡耕地興修梯田、實(shí)施改壟耕作、地埂植物帶、退耕還林(果)；②)在荒山荒地合理布置魚鱗坑，并設(shè)置截水溝；③在老果園修建果樹池臺(tái)田；④對(duì)現(xiàn)有的果疏林地進(jìn)行增補(bǔ)植，退耕還果、還林，對(duì)幼林地進(jìn)行封禁治理；⑤在侵蝕溝道布設(shè)谷坊和溝頭防護(hù)，防止溝道的下切和擴(kuò)張。通過這一系列措施，力求在短期內(nèi)快速恢復(fù)植被，提高項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋率，增強(qiáng)祁連山自然保護(hù)區(qū)土地保水保土和抗蝕能力，防止水土流失進(jìn)一步擴(kuò)展。

3 單項(xiàng)措施設(shè)計(jì)

本次水土流失整治要堅(jiān)持“綜合治理、合理利用、因害設(shè)防、因地制宜”的原則，主要以改造坡耕地、荒地為主，結(jié)合植樹造林、改壟耕作、谷坊等調(diào)節(jié)坡面徑流的措施，制止水土流失，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 坡耕地治理措施

3.1.1 改壟措施

對(duì)于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的坡耕地，在土層較薄且不利于修筑水平梯田的前提下，可采取改壟措施，按等高耕作原則作壟[2]。農(nóng)民每年耕作時(shí)，從上向下翻土，使兩梗間地面坡度逐漸減緩，增加土壤入滲，從而提高土壤抗蝕性能，減輕土壤沖刷坡地。具體方法有兩種：①深耕松土，耕松深度要以打破犁底層、提高入滲能力為原則。②增施農(nóng)家有機(jī)肥，促使土壤與肥料形成改壟措施，改壟面積1 000 hm2。

3.1.2 水平梯田改造措施

根據(jù)流域的自然條件及降雨特點(diǎn)，結(jié)合梯田改造的相關(guān)規(guī)范要求，水平梯田改造取10年一遇6 h最大降雨標(biāo)準(zhǔn)，確定不同坡度下最佳斷面。水平梯田斷面工程設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 水平梯田斷面圖

圖1中：H1為土層厚度，m；H為田坎高，m；B1為田面斜寬，B1=B(H/sinα)，m；B為田面寬度，B=H(ctgα-ctgβ)，m；h為田埂高度，本次設(shè)計(jì)值為0.3 m；b為田埂頂寬，本次設(shè)計(jì)值0.3 m；α為原地面坡度，(°)；β為田坎側(cè)坡，一般取65°；V為挖方量，V=83.3H(m3/畝)=1 250H(m3/hm2)。

治理坡耕地坡度范圍為5°～10°，本次取5°、8°、10°共3種坡耕地坡度來分別確定水平梯田的各設(shè)計(jì)要素值[3]。田面凈寬根據(jù)機(jī)耕要求，分別取機(jī)耕的4倍和6倍兩種田面凈寬。水平梯田設(shè)計(jì)要素值表見表1。項(xiàng)目區(qū)修建水平梯田40 hm2。

表1 水平梯田設(shè)計(jì)要素值表

3.1.3 地埂植物帶

在流域內(nèi)對(duì)5°～15°土層較薄坡耕地，采用地埂植物帶水土保持措施。根據(jù)流域的自然條件，降雨特點(diǎn)及規(guī)范要求，流域?yàn)楦珊档貐^(qū)，降雨歷時(shí)短、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，取10年一遇24 h最大降雨強(qiáng)度允許土壤流失量臨界值為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。在5°～15°坡地上直接按等高線方向筑土埂，種植灌木形成植物帶，同時(shí)兼顧農(nóng)耕具的播幅及耕幅，確定植物帶間距。根據(jù)該縣對(duì)坡耕地水土流失的研究成果，按水土流失方程A允許=RKSPL來推求坡長L，即：

L=A/RKSP

(1)

式中：A允許取2.8 t/a·hm2；R取125 J/m2；K取保護(hù)區(qū)0.26 t/hm2；S取0.07；C取0.25；P取0.3。

計(jì)算得L=16.4 m，結(jié)合機(jī)械的耕幅和土層厚度等耕作因素，地埂埂間距均用16.3 m。地埂植物帶種植灌木(棉槐)，間距1 m，共種植棉槐58.34萬株。本次治理面積951 hm2。

3.1.4 退耕還林

退耕還林措施中，魚鱗坑工程措施詳見荒山治理中魚鱗坑設(shè)計(jì)。

3.2 荒山治理措施

3.2.1 魚鱗坑設(shè)計(jì)

造林前一年的雨季，人工挖坑，設(shè)置魚鱗坑。春季人工植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，不窩根，先置表土，踏實(shí)，埋土至地徑以上2 cm。前3年每年松土除草2次，以后每年一次，禁牧。

魚鱗坑設(shè)計(jì)是水土保持中蓄水的重要措施，是通過攔蓄地表徑流來減少荒山荒地的水土流失[4]。其形狀上部為直線型，下部培成水平土埂，形如半月形或橢圓形，一般成品字型布置在坡面上，適用于地形較為破碎、不平整的地塊。規(guī)格為行距2～3 m，株距2 m，坑直徑1～1.5 m，坑深0.5～0.6 m，熟土回填，生土筑耕，攔水埂高0.3 m，回土深0.3～0.4 m，確保植物埋深度，工程沿等高線布置。魚鱗坑設(shè)計(jì)見圖2。項(xiàng)目區(qū)退耕還林面積300 hm2。

圖2 魚鱗坑設(shè)計(jì)圖

3.2.2 截水溝設(shè)計(jì)

對(duì)部分荒坡采取截水溝工程措施。根據(jù)流域自然條件、降雨特點(diǎn)及規(guī)范要求，荒坡截水溝設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇24h最大降雨量，經(jīng)計(jì)算得到徑流模數(shù)為Mw=52 413.8 m3/km2。根據(jù)流域自然條件采用蓄水型截水溝，截流溝斷面設(shè)計(jì)如下：

截水溝的容量：V=VW+VSV

(1)

截水溝斷面面積：A=V/L

(2)

式中：L為截水溝長，m，根據(jù)坡度的不同，截水溝間距不同，一般5°以下及5°～10°取12 m，10°～15°取9 m，15°以上取6 m。則每畝截水溝長及其斷面面積計(jì)算見表2，截水溝設(shè)計(jì)圖見圖3。

圖3 截水溝設(shè)計(jì)圖

表2 截水溝性能表

項(xiàng)目區(qū)截水溝共50 km，在截水溝埂頂種植喬木(刺槐)，間距0.5 m，共種植刺槐10萬株。

3.2.3 封禁治理

本次根據(jù)該流域植被情況，依據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》(GB/T 16453.2-1996)，選擇項(xiàng)目區(qū)內(nèi)幼林地，采用封禁、治理、撫育相結(jié)合，恢復(fù)林地植被，防止水土流失[5]。本次封禁治理措施為：用砼樁鐵絲網(wǎng)圍欄、標(biāo)志(圖4)，明確封育治理范圍，有效防止人畜任意進(jìn)入；封育方式實(shí)行全年封禁，嚴(yán)禁人畜進(jìn)入，以利植被恢復(fù)。在顯著位置設(shè)置標(biāo)識(shí)牌，注明封禁區(qū)的周邊范圍、面積、封育類型、封育時(shí)間、封山公約的主要內(nèi)容和管護(hù)人員信息等。

圖4 混凝土樁圍欄設(shè)計(jì)圖

項(xiàng)目區(qū)共進(jìn)行封禁4 963 hm2，圍欄22 500 m，標(biāo)志牌45個(gè)，宣傳碑9座，標(biāo)志碑1座。

3.3 無工程措施果園改造、退耕還果

對(duì)于地塊零散、土質(zhì)較差、水肥條件較好的無工程措施耕地、果園，要進(jìn)行池臺(tái)田整地。果樹池臺(tái)田設(shè)計(jì)規(guī)格見圖5，株行距4 m×4 m，每株樹為一個(gè)水平池，池周筑埂，上頂0.3 m，下底0.6 m，埂高0.4 m，池中挖栽植坑，單坑規(guī)格為0.6×0.6×0.6 m，經(jīng)濟(jì)林整地中一般采用此方法。項(xiàng)目區(qū)退耕還果面積為300 hm2。

圖5 果樹池臺(tái)田設(shè)計(jì)規(guī)格圖

3.4 溝道治理工程

3.4.1 谷 坊

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)石材料、土料實(shí)際分布情況分別建設(shè)土谷坊、石谷坊，谷坊布置位置宜選擇在溝道最窄處，溝道上游平緩寬敞，有利于攔蓄更多的泥沙[6]。當(dāng)谷坊連續(xù)修建時(shí)，上下兩座谷坊之間的距離以谷坊的溝底坡度來確定。流域內(nèi)侵蝕溝多為V字型，溝底多為土質(zhì)，且比降較大，因此采用谷坊工程措施治理侵蝕溝，流域中共布設(shè)谷坊180座。谷坊位置的選擇原則如下：①按規(guī)劃要求，先上后下，先支后干，統(tǒng)一布設(shè)；②選肚大脖細(xì)處，既省工省料，庫容也較大；③選擇溝口狹窄處，溝底、溝幫、溝床基巖外露，比較堅(jiān)固的地方；④選就地取材較方便之處；⑤上游有寬闊平坦的攔蓄泥沙的地方。

根據(jù)流域中侵蝕溝的形狀特點(diǎn)及修建材料，本次所選谷坊為石谷坊，因干溝有進(jìn)溝里的較寬道路，不宜布置谷坊，谷坊都布設(shè)在支溝上，谷坊高度為2.0 m。以石谷坊工程為例，谷坊斷面尺寸考慮規(guī)范及流域內(nèi)侵蝕溝的特點(diǎn)初步擬定斷面尺寸見表3，石谷坊設(shè)計(jì)圖見圖6。

表3 石谷坊工程斷面尺寸表

圖6 石谷坊設(shè)計(jì)圖

3.4.2 溝頭防護(hù)

溝頭防護(hù)埂是用于攔蓄坡面徑流，防止溝頭發(fā)展的治溝工程。根據(jù)流域自然條件，溝頭防護(hù)工程防御標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇6 h最大暴雨。由于溝頭來水量較小，所以采用蓄水型溝頭防護(hù)埂形式。圍埂位置根據(jù)規(guī)范要求；布設(shè)在距溝頭5 m處，沿溝頭邊界走向，共布設(shè)2道，間距為6 m。每道溝頭防護(hù)埂長取50 m。根據(jù)蓄水量要求，溝頭防護(hù)埂工程規(guī)格見表4。

表4 溝頭防護(hù)埂工程規(guī)格表

3.4.3 圍埂植物措施

在圍埂的表面種植喬木以固定圍埂，溝頭防護(hù)示意圖見圖7。項(xiàng)目區(qū)共進(jìn)行溝頭防護(hù)6 km，在溝頭埂頂種植喬木(刺槐)，間距0.5 m，共種植刺槐1.2萬株。

圖7 溝頭防護(hù)示意圖

4 結(jié)論及建議

通過本項(xiàng)目區(qū)水土流失的綜合治理措施技術(shù)體系，可以有效防止項(xiàng)目區(qū)水土流失，提高土地生產(chǎn)能力，同時(shí)加快祁連山自然保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件，保護(hù)祁連山自然保護(hù)區(qū)的珍貴土地資源，有效遏制了自然保護(hù)區(qū)內(nèi)水土流失的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大。