張晟旻， 李 浩

(1.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 2.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 黑龍江 哈爾濱 150081)

發(fā)生溝道侵蝕是土地退化嚴(yán)重的表現(xiàn)[1]。據(jù)全國第一次水利普查侵蝕溝專項調(diào)查，東北黑土區(qū)是中國溝道侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，現(xiàn)有溝長大于100 m的侵蝕溝2.96×105條[2]。東北黑土區(qū)溝道侵蝕的顯著特征是多為新成溝、發(fā)展溝、耕地中溝，且呈發(fā)展危害加劇的態(tài)勢[3-4]。作為中國最大商品糧生產(chǎn)基地的東北黑土區(qū)，溝道侵蝕嚴(yán)重削減了該區(qū)域的糧食可持續(xù)生產(chǎn)能力和生態(tài)安全保障能力[5]。侵蝕溝的形成與發(fā)育取決于其臨界條件，即由其匯水面積和坡度決定[6-7]。侵蝕溝一旦形成，在加劇水土流失的同時，將會切割損毀耕地，造成土地支離破碎，不利于農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)與土地管理，引發(fā)一系列社會問題[8]。

東北黑土區(qū)侵蝕溝的治理得到了國家的充分重視。2017年，國家啟動了治溝專項工程和重點研發(fā)計劃項目，有效地將東北黑土區(qū)已存在的多種成熟的技術(shù)模式與管理經(jīng)驗進(jìn)行系統(tǒng)全面的凝練，并加以完善，構(gòu)建實用高效的治溝技術(shù)與管理體系，提高工程質(zhì)量管控能力，規(guī)范治溝專項工程，是提升東北黑土區(qū)侵蝕溝治理成效的重要途徑。在水利部科技專項和國家重點研發(fā)計劃項目支持下，2018年對東北黑土區(qū)新中國成立以來所有侵蝕溝治理措施進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查、效果評估與技術(shù)完善，系統(tǒng)總結(jié)分析侵蝕溝治理工程成功的經(jīng)驗及存在的問題，并提出注意事項。旨在為國家正在開展的侵蝕溝治理專項工程中的實際工程管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域

選取占東北黑土區(qū)侵蝕溝92.3%的黑土區(qū)漫川漫崗與低山丘陵區(qū)為調(diào)查區(qū)域[3]。漫川漫崗黑土區(qū)主要分布于松嫩平原的典型黑土帶，墾殖率大于75%。該區(qū)域多年平均降雨量約500 mm，地勢起伏，坡緩坡長，匯水區(qū)面積大，95%的侵蝕溝發(fā)育形成于坡耕地中。低山丘陵區(qū)主要分布于長白山余脈和大興安嶺東南麓，多年平均降雨量約600 mm。土壤主要為暗棕壤，土層較薄，下層多礪石。農(nóng)田多沿山體中下部開墾，坡度相對較大，溝道侵蝕嚴(yán)重。

1.2 調(diào)查方法

研究區(qū)選取漫川漫崗與低山丘陵區(qū)已開展侵蝕溝治理的23個縣、市、旗、農(nóng)場進(jìn)行實地調(diào)查與勘測。重點調(diào)查2017年侵蝕溝治理專項工程實施前后的項目區(qū)侵蝕溝治理情況，每個項目區(qū)至少調(diào)查5條溝以上。項目區(qū)治理歷程主要通過歷史資料收集和現(xiàn)場咨詢進(jìn)行總結(jié)歸納。鑒于研究區(qū)內(nèi)氣候、地形地貌、土壤、植被和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等因素差異較大，因此侵蝕溝治理模式的選取和措施的布設(shè)采取實地調(diào)查的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。對于每條侵蝕溝，采用天地一體化測量技術(shù)調(diào)查。利用谷歌地球歷史影像序列，在室內(nèi)判讀調(diào)查區(qū)域基本情況及侵蝕溝治理措施及其變化情況。應(yīng)用大疆公司的精靈四無人機(jī)，結(jié)合布設(shè)地面控制點，對侵蝕溝及匯水區(qū)航測；再應(yīng)用RTK(real-time kinematic)精確測量侵蝕溝內(nèi)每項措施的位置和形態(tài)，并現(xiàn)場拍照與記錄。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 無人機(jī)航測數(shù)據(jù) 將無人機(jī)獲取的航測圖像及地面控制點數(shù)據(jù)導(dǎo)入到立體攝影測量軟件PIX4D中，生成侵蝕溝及匯水區(qū)的1∶500三維數(shù)字模型及正射影像，并提取區(qū)域內(nèi)的匯水區(qū)及溝道的面積、坡度、土地利用等信息。

1.3.2 治理措施數(shù)據(jù) 結(jié)合侵蝕溝及匯水區(qū)的三維模型，后期在室內(nèi)應(yīng)用ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件，從三維模型上獲取治理措施的大小尺寸及空間分布等，作為地面實測資料的補(bǔ)充。利用激光測距儀、皮尺及全站儀/RTK等測量設(shè)備，地面實地測量每個侵蝕溝單項治理措施所在的位置、措施的空間結(jié)構(gòu)、規(guī)格、布設(shè)方法，輔助激光測距儀測量溝寬和溝深等參數(shù)，錄入記錄文檔。室內(nèi)利用已建立的侵蝕溝三維模型，以無人機(jī)拍攝的航片為地圖，繪制三維侵蝕溝治理模式圖。

1.3.3 治理措施三維制圖 將RTK測量的措施數(shù)據(jù)，結(jié)合拍攝的照片，利用Sketchup+Vary+PS軟件，按措施布設(shè)的實際尺寸繪制每項治理措施的三維結(jié)構(gòu)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 東北黑土區(qū)侵蝕溝治理歷程

東北黑土區(qū)墾殖只有百余年歷史，隨著東北地區(qū)人口快速增加，東北農(nóng)業(yè)一直呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。而宜農(nóng)土地已開發(fā)殆盡，為滿足國家糧食安全的需求，東北黑土區(qū)的后備耕地資源被不斷開墾，耕地持續(xù)向山頂和河漫灘挺近。更有甚者，部分地區(qū)森林被過度砍伐后，將灌木也砍伐殆盡，退化為生產(chǎn)力極其低下的荒山與禿山。加劇了水土流失與侵蝕溝的大量形成并快速發(fā)展。

侵蝕溝的快速形成與發(fā)展嚴(yán)重威脅了東北黑土區(qū)的糧食生產(chǎn)。東北侵蝕溝治理起步于20世紀(jì)80年代的小流域治理工程，2003年國家實施了東北黑土區(qū)水土流失綜合防治試點工程，隨后又啟動了3期國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)東北黑土區(qū)水土流失綜合防治工程，將侵蝕溝治理納入國家工程，已在東北100余個縣,市,旗,農(nóng)場開展了水土流失治理。2017年國家啟動的東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項工程，計劃到2020年治理侵蝕溝10 000條，在治理過程中逐漸探索了出獨(dú)具東北特色效果好的侵蝕溝防治措施與模式。

2.2 侵蝕溝治理措施

侵蝕溝的發(fā)展包括溝頭溯源侵蝕、溝底下切和溝岸坍塌3種主要形式[9]，對應(yīng)的東北黑土區(qū)侵蝕溝防控措施可劃分為溝頭防護(hù)、溝底穩(wěn)固和溝岸防護(hù)3類措施。首先針對溝道的發(fā)展，布設(shè)溝頭跌水、溝底谷坊等溝道穩(wěn)固措施與溝岸穩(wěn)定措施，再行植物措施，恢復(fù)溝道生態(tài)。防治措施的選取以及措施的布設(shè)乃至建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)決定著侵蝕溝治理的成敗。

2.2.1 溝頭跌水 溝頭防護(hù)是用于安全排泄溝頭上方的地表匯流, 遏止或減少溝頭沖刷,阻止溝頭前進(jìn)的措施[10]。主要構(gòu)造溝口水流通道，通過能量等級落差，分散水流能量、消減水流入溝動能，從而阻止溝頭溯源侵蝕的發(fā)展，達(dá)到侵蝕溝治理的作用。經(jīng)過調(diào)查，按照不同的生態(tài)立地條件與修筑方式，東北黑土區(qū)現(xiàn)主要有4種溝頭防護(hù)措施：鋼筋混凝土跌水、漿砌石跌水、石籠跌水與連續(xù)柳跌水。

(1) 鋼筋混凝土跌水。由鋼筋混凝土為主體結(jié)構(gòu)的跌水，可分為小型與大型兩類。小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溝頭跌水通常呈“Z”字形，厚度大于20 cm，整體寬度約2 m，坡度小于45°，兩端水平處配以弧形凹槽結(jié)構(gòu)，是一種結(jié)構(gòu)簡單、不易損壞的跌水結(jié)構(gòu)。主要功能是利用該措施的水泥凹槽，使溝頭匯水通過水泥凹槽后流入溝道，不與溝頭土體直接接觸，避免沖刷，阻止溝頭挺進(jìn)，也具備溝頭跌水消減水流動能的重要作用。該結(jié)構(gòu)溝頭跌水通常適用于小型溝(面積小于0.3 hm2)、路邊溝道、支溝溝頭以及上流水位較低的森林邊緣溝道。大型弧形鋼筋混凝土跌水(見圖1)，其主體結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土澆筑而成，同時以弧形集水槽、階梯式傾斜石籠護(hù)坡與石籠消力池組合而成270°的環(huán)形二級跌水?；⌒渭蹓w40 cm厚，1.5 m高，傾角為50°，上端與溝頭邊緣土體平行；兩側(cè)設(shè)置15°～30°，高約30～50 cm的耳墻。環(huán)形導(dǎo)流，二級消力，通過高強(qiáng)度消力阻緩匯流，后導(dǎo)入溝底。該措施主要用于大型高強(qiáng)度匯水的侵蝕溝與來自山坡徑流較多的大中型侵蝕溝治理。因東北黑土區(qū)特殊的氣候條件，工程措施易受凍脹損壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溝頭跌水由于采用鋼筋混凝土整體澆筑，只可能發(fā)生輕微的移動，很少出現(xiàn)裂痕或被破壞，穩(wěn)定性強(qiáng)。

圖1 大型鋼筋混凝土跌水三維模擬效果圖(左)與實物照片(右)

(2) 漿砌石跌水。漿砌石跌水由漿砌石結(jié)構(gòu)的弧形導(dǎo)流槽、壩體(擋墻)、護(hù)岸與海漫組成。導(dǎo)流槽呈弧形，厚度20 cm以上，寬度與壩體寬度相同。側(cè)墻沿修整的溝岸傾斜，高度約1.5 m，壁厚0.5 m。側(cè)墻間修筑海漫，防止通過溢流口的匯水直接砸擊溝底土層，造成破壞。匯水集中到導(dǎo)流槽中，通過壩體攔擋消力，水流經(jīng)海漫導(dǎo)入溝底，屬于一級下降結(jié)構(gòu)。通過攔擋、護(hù)坡、消力，實現(xiàn)匯水不與溝頭土體接觸，阻止了溝頭挺進(jìn)。漿砌石結(jié)構(gòu)具有密封、不透水的特點，阻擋水流，匯流全部通過溢流口，消能后流入侵蝕溝。該措施適用于石料豐富區(qū)的中型侵蝕溝。在滿足治理需求的前提下，應(yīng)因地制宜，靈活應(yīng)用，注重工程成本管控。需注意的是，由于東北黑土區(qū)氣候寒冷，該工程措施易受凍脹影響，壩體基礎(chǔ)修葺需至凍層以下。

部分河道靠近居民生活區(qū)，垃圾入河現(xiàn)象尚未杜絕，也有少部分工業(yè)廢水偷排入河，影響了河道水質(zhì)；部分鄉(xiāng)級河道水面狹窄，河內(nèi)水草叢生，蚊蠅滋生，影響河道引排通暢，也影響了附近居民的生活。

(3) 石籠跌水。石籠跌水由格賓網(wǎng)和放入其中一定規(guī)格的塊石或卵石組成[11]。此結(jié)構(gòu)具有耐久性強(qiáng)、整體柔韌性好、有效攔截土的前提下防凍脹性能強(qiáng)、透水性好以及施工簡便等優(yōu)點。根據(jù)大小分為3類：①小型石籠跌水，通常呈“S”形，整體形成環(huán)坡式凹槽。通常在土層與石籠內(nèi)堆砌石間鋪設(shè)一層土工布，起到透水固土的作用。小型石籠跌水整體長度根據(jù)實際情況而定，坡度不應(yīng)超過45°，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、用料少且造價低，適用于上游匯水量較小的半穩(wěn)定侵蝕溝、小型侵蝕溝或穩(wěn)定溝；②中型石籠跌水呈階梯狀，由護(hù)墻和消力池組成，最大特點是通過階梯式結(jié)構(gòu)，將進(jìn)入溝道的匯水層層跌水消力后進(jìn)入消能池消能，減小水流對溝頭的沖刷破壞。該措施雖用料較多，但經(jīng)久耐用，施工相對容易，適用于上游來水較大的中型侵蝕溝；③大型石籠跌水應(yīng)用于大型寬溝頭的侵蝕溝，在墊層處鋪設(shè)土工布后，再用1 m×1 m×0.4 m的石籠網(wǎng)格沿溝坡環(huán)坡階梯式修筑，逐級消能后將多方向的水流導(dǎo)入溝底。實施時應(yīng)注意石塊碼放整齊，網(wǎng)格尺寸不宜過大，適用于石料較豐富地區(qū)，可有效抵御凍脹的破壞。

(4) 連續(xù)柳跌水。連續(xù)柳跌水是在侵蝕溝的溝頭段，用木樁固定、柳條疊壓修筑的植物防沖水道[12]，先將溝頭坡削至25°以下，再縱向鋪設(shè)柳條，橫向間隔鋪設(shè)柳條捆，打樁固定。主要材料為灌木柳，修筑成弧形的由較為緊密橫向連續(xù)柳條帶組成的植物水道，起到穩(wěn)固溝頭作用。適用于水土資源好、土層深厚的耕地中或道路旁的中小型侵蝕溝。柳跌水需與導(dǎo)流埂結(jié)合使用，尤其是在修建之初，柳條尚未完全生根，抗沖刷力低，需在溝頭上方修建導(dǎo)流埂，阻止集中匯流進(jìn)入柳跌水通道，待2～3 a柳條長成后再去除入水口導(dǎo)流埂，發(fā)揮柳跌水導(dǎo)流作用[12]。

2.2.2 溝底穩(wěn)固措施 溝底穩(wěn)固措施通常修筑谷坊，抬高侵蝕基準(zhǔn)，阻止溝底下切。該措施通過抬高溝床，起到穩(wěn)定溝坡坡腳，實現(xiàn)防止溝岸擴(kuò)張；降低溝底比降，減緩流速，減小沖刷；攔蓄泥沙，溝底臺階化，為植被恢復(fù)創(chuàng)造條件[13]。劉寶元等[14]將東北黑土區(qū)谷坊分為土谷坊、石谷坊、植物谷坊3個分類。

(1) 土谷坊。土谷坊是用溝底土橫向修筑的橫跨溝道的谷坊，通常配以固土植被。其整體呈梯形，高1～3 m，頂寬0.5～1.5 m，上坎略陡于下坎。施工簡單、就地取材、造價低但防護(hù)能力相對較弱，除攔、導(dǎo)土谷坊外，其他土谷坊多以攔截徑流和泥沙為主，不導(dǎo)排。谷坊修筑后需在上面栽植錦雞、沙棘、胡枝子等保土植被。適用于流量小的小型溝或半干旱區(qū)全坡面治理的中小型侵蝕溝。

(2) 石谷坊。

①漿砌石谷坊。漿砌石谷坊是溝底橫向用石塊碼砌并水泥砂漿固定的石谷坊。因侵蝕溝大小與立地條件不同，形成了諸多種典型結(jié)構(gòu)與樣式的漿砌石谷坊類型(見圖2)。通常由梯形壩體、護(hù)岸墻、消力池組成，壩體高2～5 m。谷坊壩體尺寸，應(yīng)根據(jù)谷坊所在溝位置的地形條件先確定壩體高度，再相應(yīng)確定頂高、底寬、迎水坡比和背水坡比，參照GB/T 16453.3[15]中“4”執(zhí)行；溢流口形狀有倒梯形、矩形、階梯形等，斷面尺寸應(yīng)滿足洪峰流量，總體從溝頭至溝底溢流口逐漸加大；護(hù)岸墻主要是修筑壩體兩側(cè)，宜沿溝向在壩體與溝岸交匯處耳狀修筑，墻體頂寬不小于0.5 m；消力池是修筑于壩體下方溝底的漿砌石墊底方形槽。該措施具有攔截淤積泥沙，鞏固并抬高溝床，阻止溝底下切，穩(wěn)定溝坡、阻止溝岸擴(kuò)張，減小溝道侵蝕量，減緩并減少徑流流失量與為植被恢復(fù)創(chuàng)造條件等功能[16]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在已開展的小流域治理與農(nóng)發(fā)工程中，多采用漿砌石谷坊治理溝道，然而因凍脹發(fā)生損毀情況嚴(yán)重，僅有約30%保存完好?，F(xiàn)保存下來的漿砌石谷坊，迎水面已被淤平，溝道植被恢復(fù)，修筑的地基深1.5 m，水泥標(biāo)號高，石縫密實，水泥罩面20 a后仍堅硬，幾乎無裂縫。故在東北黑土區(qū)如采用漿砌石作為治溝措施，應(yīng)注重地基修筑，深度不小于當(dāng)?shù)氐膬鐾翆?，壩體兩側(cè)需修筑護(hù)耳。

圖2 東北黑土區(qū)幾種典型漿砌石谷坊三維模擬效果圖(左)及實物照片(右)

②石籠谷坊。石籠谷坊是用石籠內(nèi)填石塊在侵蝕溝底間隔修筑的谷坊。東北黑土區(qū)較為典型的石籠谷坊類型如圖3。其結(jié)構(gòu)總體與漿砌石谷坊結(jié)構(gòu)相同，具體可分為單壩體、階梯式、單消力池、雙消力池、帶護(hù)墻和海漫等結(jié)構(gòu)。石籠谷坊壩體高度不應(yīng)大于5 m，頂寬為1.0～1.5 m，迎水面陡，背水面緩。石籠常見規(guī)格為0.6 m×0.6 m×0.8 m網(wǎng)格，由其相連組成，大石塊在外，內(nèi)用小石塊填充，外露石縫控制在2.5 cm以內(nèi)，石籠網(wǎng)線8～10號，宜采用防腐鍍鋅鐵絲，網(wǎng)眼規(guī)格以8 cm×10 cm為佳，護(hù)墻和海漫等宜采用多單層石籠網(wǎng)鋪設(shè)。石籠谷坊具有一定的伸縮性，凍脹損傷顯著降低；還具有用材少、修筑簡單、成本較低的優(yōu)勢。修筑時應(yīng)打0.5 m深地基，至自然土層，上覆0.2 m厚沙或碎石，與土接觸面應(yīng)鋪設(shè)透水阻土的土工布?；跂|北黑土區(qū)生態(tài)環(huán)境、侵蝕溝特征以及就地取材的便宜性，為了確保治理措施的有效性和長效性，應(yīng)主推石籠谷坊模式；針對谷坊壩底或兩側(cè)易形成水洞，損毀設(shè)施，谷坊兩側(cè)墻體應(yīng)嵌入溝壁1.5 m，壩體兩側(cè)上端加筑“護(hù)耳墻”，溢流口宜為壩體寬2/3左右，高30～50 cm，下端布設(shè)海漫或消力池。

圖3 東北黑土區(qū)典型石籠谷坊類型三維模擬效果圖(左)及實物照片(右)

③干砌石谷坊。干砌石谷坊是指僅采用石塊橫向堆砌于溝底具有攔排功能的壩體。其結(jié)構(gòu)通常為梯形單壩體，帶溢流口，迎水面陡，背水面緩，壩高一般不超過3 m，壩頂寬1.0～1.5 m，大石塊碼砌，外露面平整，內(nèi)部用小石塊填充。具有攔截泥沙，淤積抬升溝底，減緩徑流，導(dǎo)排水，穩(wěn)固溝底的作用。常修筑在低山丘陵區(qū)砂質(zhì)土地上，適用于來水量較少的小型侵蝕溝或半干旱區(qū)侵蝕溝。干砌石谷坊較土谷坊防控能力略強(qiáng)，較石籠谷坊弱，不但具有攔截功能，還具有一定的導(dǎo)排功能，施工更加簡單，降低造價，但對石塊碼放要求較高。

(4) 其他類型谷坊。為了在治理侵蝕溝的同時方便農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)耕作業(yè)，在東北黑土區(qū)出現(xiàn)了橋涵谷坊和過水路面谷坊。既具有攔截、導(dǎo)排作用，又具有橋通行功能的措施。橋涵谷坊由橋、涵洞、谷坊護(hù)墻組成。按橋面寬度修筑雙壩體，壩體中部順溝向布設(shè)涵洞，雙壩體間泥土填充壓實，橋表面與兩側(cè)溝岸面齊。壩體以鋼筋混凝土澆筑，地基深1.5 m，厚0.4 m，寬為溝寬+1 m，高出地面20 cm，作為橋面兩側(cè)護(hù)耳；在澆筑的同時，在雙壩體中部順溝向安置直徑1 m金屬螺紋涵管，螺紋管上部略與橋面相差0.5 m；修筑后壩體中間用挖掘出的土壤填充壓實；在橋涵谷坊迎水面和背水面分別修筑斜坡護(hù)岸墻，高度與溝岸線地面齊，厚度0.3 m，長度3～5 m，護(hù)岸墻可選漿砌石、石籠、水泥板。

過水路面谷坊是修筑于侵蝕溝和道路交匯處的凹型水泥路面。結(jié)構(gòu)由下凹型混凝土路面+背水面溝底消力組成?；炷谅访媾c迎水面溝底齊，下返0.3～0.5 m混凝土，混凝土斜坡修筑到兩側(cè)溝岸線處，混凝土下為不少于0.2 m的墊層；消力可為階梯式漿砌石水泥照面，也可在背水面溝底修筑石籠或漿砌石海漫。主要應(yīng)用在大中型侵蝕溝與農(nóng)田道路交匯處。

2.2.3 溝岸防護(hù) 溝岸防護(hù)措施主要針對分布于小流域下游由坡面至小流域出口與河道相連的主干侵蝕溝。通過工程措施防止溝岸繼續(xù)坍塌，侵蝕溝繼續(xù)發(fā)展。通常相對平緩，溝道較寬，多彎曲。主要有護(hù)岸導(dǎo)水墻和護(hù)岸工程兩類。

(1) 護(hù)岸導(dǎo)水墻。在轉(zhuǎn)彎處水流沖刷嚴(yán)重的溝岸處局部修筑的工程防護(hù)墻。多由單體墻面組成，修筑于沖刷嚴(yán)重的溝岸處，就坡岸形狀修筑，可直線型，也可弧形，可陡直形，也可緩坡形。墻體高度與溝岸高度齊，長度以沖刷面為準(zhǔn)，墻體厚度0.3～0.5 m，下挖0.3 m修筑地基，建筑種類可分漿砌石和石籠兩類。適用于東北黑土區(qū)小流域下游主干溝防護(hù)，由于溝道比降小，不需修筑谷坊等護(hù)底工程，通過阻止水流沖刷，起到穩(wěn)固溝岸作用，人為導(dǎo)流，溝道不再擴(kuò)張。

(2) 護(hù)岸工程。指修筑于侵蝕溝溝道兩側(cè)溝岸邊保護(hù)溝岸的工程措施。多為單墻體結(jié)構(gòu)，主要有漿砌石、石籠和柳樁3種。墻體高度最高不超過溝岸線，厚度0.5 m以上，長度依具體情況而定。在個別溝底比降較大的斷面可貼于地表橫向修筑壩體護(hù)底。適用于東北黑土區(qū)小流域下游主干溝和村屯居住區(qū)侵蝕溝防護(hù)，這類侵蝕溝道整體穩(wěn)定，溝底不再下切，但部分溝岸仍被沖蝕擴(kuò)張，通過修建溝岸防護(hù)工程，整理規(guī)劃溝道，在阻止溝岸擴(kuò)張的同時，修整溝岸兩側(cè)土地，恢復(fù)部分耕地，保障農(nóng)村生產(chǎn)和生活。

2.3 侵蝕溝治理模式

侵蝕溝治理總體目標(biāo)是恢復(fù)溝毀土地的生態(tài)，治理后的侵蝕溝不再發(fā)展，溝頭停止挺進(jìn)，溝底不再下切，并通過谷坊或修整，溝底抬升，溝壁不再坍塌，侵蝕溝被植被完全封育。東北黑土區(qū)侵蝕溝通過科學(xué)治理措施組裝，形成了植物治溝、植物為主工程為輔、工程為主植物為輔以及復(fù)墾治溝的4大類綜合治理模式。

2.3.1 植物治溝模式 全部采用植物措施治理侵蝕溝的模式，由植物跌水、土柳谷坊、溝底植物水道、溝坡溝岸防護(hù)林組成。適用于水土資源較好的漫川漫崗黑土區(qū)所有侵蝕溝以及低山丘陵區(qū)土層深厚且水分狀況良好的中小型侵蝕溝。應(yīng)先對溝道比降與溝坡進(jìn)行適當(dāng)整形，以利于植物措施實施，就近選取植物種類及苗木，從而達(dá)到溝道穩(wěn)固與植被封育的有機(jī)結(jié)合。例如黑龍江省海倫市光榮小流域溝岸的坡度較緩，多小于10%，實施柳封溝和喬木治溝較為普遍，治理后流域的林木覆蓋率由治理前的4%提高到10%，溝頭得到很好的防護(hù)，不再溯源發(fā)展；溝岸護(hù)坡林起到了植物緩沖帶的作用，減緩了坡面徑流對溝坡的沖刷，減少了溝岸崩塌；溝底植柳樹和榆樹，林木根部以及枯枝落葉攔水蓄水作用使得溝內(nèi)集中徑流的流速變緩，增大了集中徑流的溝內(nèi)入滲；徑流中的絕大部分泥沙在溝內(nèi)沉積，侵蝕溝的林木覆蓋率由治理前的25%增加到95%，生態(tài)結(jié)構(gòu)顯著改善，水土保持能力顯著增強(qiáng)。

溝道整形與林木合理搭配是關(guān)鍵，黑龍江省望奎縣海豐鎮(zhèn)向陽溝同樣采用喬木封溝，由于溝道整形不到位，溝頭跌水高差過大，重力侵蝕強(qiáng)烈，喬木根部的固土作用不足以抵消重力侵蝕，導(dǎo)致溝頭溯源前進(jìn)；溝底縱比降過大，超過10%，過大的集中徑流沖刷力下切溝底，溝底二次成溝，溝坡角度增大，喬木在重力作用下傾斜、倒坍失去保水固土能力。此類溝道的治理單純難以用植物措施有效防治，需在溝頭加設(shè)石跌水，防止溝頭溯源侵蝕；在溝底比降大于10%處，削坡或增設(shè)谷坊后再植適宜林木。

2.3.2 植物為主工程為輔模式 即植物措施是侵蝕溝治理主體工程，工程措施作為必要補(bǔ)充的治理模式。依照東北黑土區(qū)侵蝕溝治理“優(yōu)先采用植物措施”的指導(dǎo)原則，利用柳跌水、喬灌水保林的植物固土封溝，控制侵蝕溝發(fā)展；在溝底比降較大植物措施難以有效防治的溝段，輔以修筑石谷坊；在溝坡不適宜直接栽植林木時，采取工程措施(削坡、魚鱗坑、水平階等)對侵蝕溝修整后，再行布設(shè)植物措施。適用于漫川漫崗黑土區(qū)溝底比降較大的侵蝕溝，低山丘陵區(qū)水土資源較好的侵蝕溝或溝段以及半干旱區(qū)侵蝕溝。例如黑龍江省拜泉縣丁家溝瞎子嶺流域，在坡面徑流進(jìn)入侵蝕溝處修筑柳跌水溝槽及多級柳跌水，從而降低徑流對溝岸的沖刷力。同時溝岸外側(cè)修建300 m長導(dǎo)流埂，確保坡面匯流能夠全部沿自然或人工修飾的溝頭柳跌水匯入侵蝕溝，避免坡面漫流對溝岸的沖刷。并在削坡后修筑魚鱗坑。最后栽種護(hù)坡林、溝尾水保林。溝頭得到很好的防護(hù)，不再溯源發(fā)展；溝岸護(hù)坡林減緩了坡面徑流對溝坡的沖刷，減少或治理了溝岸崩塌；溝底林木根部，以及枯枝落葉攔水蓄水作用使得溝內(nèi)集中徑流的流速變緩，增大了集中徑流的溝內(nèi)入滲；徑流中的絕大部分泥沙在溝內(nèi)沉積，侵蝕溝的灌木覆蓋率由治理前的25%增加到95%，生態(tài)結(jié)構(gòu)顯著改善，水土保持能力顯著增強(qiáng)。而在拜泉縣徐家溝，在侵蝕溝的中下部，溝底比降15%，徑流在溝底的沖刷力大，存在柳條水通道被沖毀，溝底下切，溝岸崩塌，溝坡防護(hù)林倒入溝中的現(xiàn)象，需在溝底比降>10%的溝底處附以工程措施。

2.3.3 工程為主植物為輔模式 以石頭為主要建筑材料，修筑跌水、谷坊和護(hù)岸等主體工程，穩(wěn)固溝道，再布設(shè)植物措施，恢復(fù)溝道植被。東北黑土區(qū)各種類型侵蝕溝均可應(yīng)用，現(xiàn)主要用于低山丘陵區(qū)來水量較大，溝道比降較大，溝道較深，土層較薄，侵蝕嚴(yán)重的發(fā)展大中型侵蝕溝治理，主要由溝頭防護(hù)、溝底穩(wěn)固和植被恢復(fù)工程組成。溝頭來水通過導(dǎo)流埂匯入工程跌水并導(dǎo)入溝底，溝頭不再被沖刷。石谷坊攔截淤積泥沙，抬升溝底，阻止或減少溝岸坍塌，為植物栽植創(chuàng)造條件。植被措施包括溝底防沖林、溝坡防護(hù)林(草)、溝岸水保林。

目前在東北黑土區(qū)采用此模式治溝較多，應(yīng)注意以下問題：①措施組裝：以溝頭跌水為例，應(yīng)根據(jù)設(shè)計防御標(biāo)準(zhǔn)的洪峰來水量選定種類，來水量較小的小型溝或大中型侵蝕溝的支溝頭建議選取“S”形斜坡式石籠槽跌水，來水量大的大中型侵蝕溝建議選用直落式石籠跌水或漿砌石跌水；②谷坊位置：宜選擇在溝底比降為10%～20%植物措施不足以控制溝道發(fā)展的溝段；③谷坊間隔：谷坊布設(shè)在遵循“頂?shù)紫嗾铡钡脑瓌t前提下，可依溝底土質(zhì)保留一定比降，建議淤平后礫石底比降≤3%，土石底≤2%，土底≤1%；④谷坊規(guī)格：應(yīng)遵循漿砌石和石籠谷坊壩高≤5 m，干砌石谷坊壩高≤2.5 m，土石谷坊壩高≤3 m，土柳谷坊壩高≤1.5 m；還應(yīng)遵循谷坊高度為溝深1/2～2/3，若超過限高，以限高上限為準(zhǔn)。壩體應(yīng)嵌入兩側(cè)溝岸不低于0.5 m，土質(zhì)溝岸應(yīng)大于1.0 m。壩頂寬0.5～1.5 m，溢流口宜為寬口，壩體頂端兩側(cè)各留約0.5～1.0 m，高不少于0.3 m，壩體迎水面邊坡宜取1∶0.2～1∶0.5，背水面邊坡宜取1∶1.0～1∶1.5，且宜階梯型，可在石谷坊迎水面或背水面兩側(cè)布設(shè)護(hù)耳，防止集中徑流在兩側(cè)沖刷溝道，造成跌水谷坊等與溝體脫離；⑤注重植物措施：侵蝕溝治理的最終目標(biāo)是侵蝕溝道的生態(tài)恢復(fù)，應(yīng)在工程措施穩(wěn)固溝道后采取植物措施恢復(fù)生態(tài)，不應(yīng)僅以控制侵蝕溝發(fā)展為目的。

2.3.4 復(fù)墾模式 該模式可將東北黑土區(qū)坡耕地中形成的小型切溝或支溝，利用作物秸稈、煤矸石、風(fēng)化石等填埋侵蝕溝，上層覆土，實現(xiàn)溝毀耕地再造，恢復(fù)墾殖，同時保證農(nóng)機(jī)自由通行。包括溝道整形、溝底暗管鋪設(shè)、秸稈捆填埋、上層覆土、間隔滲井布設(shè)、溝尾防護(hù)等措施。該模式還原耕地，增加耕地面積，解決機(jī)械行走難，秸稈還田保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)了坡耕地水保高效種植，保障了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，是修復(fù)耕地中侵蝕溝的最佳措施，已被納入正在實施的東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項工程，在東北全區(qū)域應(yīng)用。

3 結(jié) 論

(1) 東北黑土區(qū)目前侵蝕溝治理效果顯著。形成了由溝頭防護(hù)、溝底穩(wěn)固、溝坡岸水土保持工程與植物恢復(fù)4類治溝措施，適用于所有侵蝕溝的工程為主植物為輔、適用于坡耕地小型切溝或支溝的秸稈復(fù)墾、適用于漫川漫崗比降較大與低山丘陵區(qū)水土資源較好或半干旱區(qū)侵蝕溝的植物為主工程為輔、適用于漫川漫崗所有侵蝕溝及低山丘陵區(qū)土層深厚且水分狀況良好的中小型侵蝕溝的植物治溝的4大治理模式。

(2) 需因地制宜選擇侵蝕溝治理模式和科學(xué)組裝措施。侵蝕溝治理模式總體應(yīng)遵循達(dá)到有效防治、控制造價、易于實施等原則，應(yīng)結(jié)合侵蝕溝特性選擇最適合的治理模式。措施布設(shè)應(yīng)對應(yīng)模式，針對侵蝕溝特點進(jìn)行組裝。當(dāng)前存在著谷坊嵌入溝岸尺寸不足、溢流口過窄、地基過淺與壩體過矮等缺陷。

(3) 應(yīng)重視植物恢復(fù)。侵蝕溝治理普遍工程實施較好，植被恢復(fù)較差，尤其缺少治理后侵蝕溝的養(yǎng)護(hù)，栽植后的樹木，存在放牧啃食與火燒毀現(xiàn)象。建議適當(dāng)延長施工與養(yǎng)護(hù)工期，設(shè)置補(bǔ)償與管護(hù)資金，同時設(shè)置專人進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)工作，對侵蝕溝治理工程施工后的工程措施尤其是栽植樹木進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。