賈國威

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

1 項目背景

法庫縣以農(nóng)業(yè)耕種為主，20世紀(jì)70年代曾修筑過梯田工程，土地耕地聯(lián)產(chǎn)承包以后，農(nóng)民通過闊邊展沿拓展耕地面積，造成有一定水保功能的地隔、溝坡被破壞，形成新的土壤侵蝕源。項目區(qū)降雨集中，強降雨產(chǎn)生的徑流，使原有溝頭繼續(xù)發(fā)展擴大，并出現(xiàn)新的沖刷侵蝕溝頭，造成耕地面積不斷減少、水土流失不斷加重的不利局面。

法庫縣作為沈陽市“田園綜合體”規(guī)劃區(qū)，在各級政府的支持下，積極開展國家水土流失綜合治理工程。本著減少水土流失的前提條件，努力探索和研究多功能化的生態(tài)治理措施，加強生態(tài)治理為主的侵蝕溝治理思想及原則，有效改善生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，促進坡耕地生態(tài)效益持久發(fā)揮。

2 項目區(qū)概況

法庫縣國家侵蝕溝綜合治理工程位于吉祥街道，中心坐標(biāo)東經(jīng)123°29′46.32″，北緯42°30′45.14″。項目區(qū)地處長白山系哈達嶺余脈的低山丘陵區(qū)，境內(nèi)山巒起伏，海拔平均在200～300m之間，坡度一般在5°～25°之間。項目區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量590mm，大部分集中在7、8兩月，約占全年降水量的50.9%，10年一遇6h最大暴雨為98.04mm，多年平均蒸發(fā)量為1881.4mm，年平均氣溫為7℃，年平均日照時數(shù)為2800.8h，年平均風(fēng)速4.1m/s，最大風(fēng)速為25.0m/s。多年平均無霜期為157d，地面凍結(jié)始于10月上旬，解凍在3月下旬，平均凍層深度為1.1～1.2m。項目區(qū)為低山丘陵區(qū)，土壤類型為棕壤，土質(zhì)較好。流域內(nèi)土層在0.20～1.5m之間，土壤有機質(zhì)含量在3%～4%，土壤理化特性pH值5.0～8.0，適合農(nóng)、林、果、副業(yè)生產(chǎn)，土壤養(yǎng)分狀況基本是貧磷、少氮，缺乏有機質(zhì)，土壤肥力不足。項目區(qū)植被類型主要為溫帶針闊混交林，屬于華北植物區(qū)系，樹種主要以松樹、落葉松、刺槐為主，經(jīng)果林樹種主要有山楂、沙果、杏樹、梨等。項目區(qū)林草覆蓋率37.67%。

3 水土流失及防治現(xiàn)狀

根據(jù)法庫縣2014年小流域土壤侵蝕分布數(shù)據(jù)，項目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水土流失面積20.61km2，其中輕度侵蝕17.37km2，中度侵蝕3.24km2，侵蝕類型主要為水蝕，平均侵蝕模數(shù)為1900t/(km2·a)，溝壑密度為0.80km/km2。項目區(qū)內(nèi)侵蝕溝分布眾多，大多為V型溝，溝長80～500m。項目區(qū)坡耕地面積較大，曾經(jīng)的梯田等水土保持工程，由于年久失修，加之耕種降雨等破壞，梯田工程已經(jīng)破壞殆盡。項目區(qū)除了部分林草地外無其他水土保持措施。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計，項目區(qū)共有侵蝕溝38條，均處發(fā)展階段，侵蝕溝溝道面積31.58hm2，總長度為17.05km。其中小型溝(<0.3hm2)16條，中型溝(0.3～1.4hm2)22條。侵蝕溝平均比降為9.57%，其中溝道比降0～5%范圍6條，比降5%～10%范圍15條，比降10%～20%范圍12條，比降20%～25%范圍5條。侵蝕溝深度范圍0.5～3.5m，平均溝深1.8m，其中溝深0.5～2.0m范圍26條，溝深2.0～3.0m范圍8條，溝深3.0～3.5m范圍4條。侵蝕溝溝寬范圍0.5～10m，其中溝寬0.5～3.0m范圍13條，溝寬3.0～8.0m范圍21條，溝寬8.0～10.0m范圍4條。通過統(tǒng)計分析，溝道比降、溝道深度及溝道寬度與溝道匯水面積無明顯相關(guān)性。

4 措施布設(shè)

以坡耕地上發(fā)展型侵蝕溝為治理重點，在攔截、疏導(dǎo)坡耕地坡面來水來沙綜合治理的基礎(chǔ)上，根據(jù)侵蝕溝特征，分別在溝頭、溝坡及溝底采取生態(tài)綜合措施、植物措施及工程措施相結(jié)合的形式。通過對項目區(qū)現(xiàn)場勘察、調(diào)研，針對侵蝕溝發(fā)育強烈程度，遵循項目區(qū)“田園綜合體”治理思想及原則，因地制宜，利用當(dāng)?shù)亓己盟临Y源，并結(jié)合遼寧省及東北黑土區(qū)同類侵蝕溝治理經(jīng)驗并綜合分析，探討法庫縣不同現(xiàn)狀下的生態(tài)治理綜合措施。

4.1 溝頭治理

溝頭治理是侵蝕溝治理中最首要也是最關(guān)鍵的一步，侵蝕溝的形成是由于溝頭上游地表及地下徑流共同作用的結(jié)果，通過對溝頭進行防護及治理，可有效減少沖刷造成的溝頭溯源前進及擴大趨勢。目前溝頭治理主要措施為溝頭跌水形式，跌水布設(shè)材質(zhì)各有不同，主要分為柳跌水、砌石跌水、石籠跌水及鋼筋混凝土跌水等。本次實施過程中主要采用生態(tài)跌水措施，即生態(tài)柳跌水溝頭防護及石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護。

4.1.1生態(tài)柳跌水溝頭防護

對于坡降小、周圍植被較好、侵蝕較輕的溝頭采取蓄水型生態(tài)柳跌水溝頭防護形式。

生態(tài)柳跌水溝頭由進口段、緩流段和水平段組成，各段長度比例一般為1∶3.3∶1.5。生態(tài)柳跌水木樁排距為0.8m，間距0.4m，沿每排樁橫向鋪柳捆，縱向順溝坡鋪柳捆，共鋪設(shè)兩層柳捆，每層柳捆厚度為10cm，柳捆鋪設(shè)厚度共20cm，上方鋪設(shè)0.3m厚土層，在進口段及緩流段土層中播撒生態(tài)草籽以加快涵養(yǎng)水源速度，減少柳條上土體的侵蝕破壞。柳樁埋桿直徑8cm，柳樁打入地下0.8m，桿長1.5m。如圖1所示。

圖1 生態(tài)柳跌水縱斷面布置圖

4.1.2石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護

對于坡降較大、地勢落差較大、周圍植被較差、上游匯水面積較大、侵蝕破壞嚴重且難以遏制的溝頭，采取排水型石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護形式。

石籠生態(tài)袋階梯跌水溝頭防護包括進口段、緩坡段及消能段。各段長度比例一般為1∶3.3∶1.5。溝頭從中心線向兩側(cè)依次布設(shè)石籠網(wǎng)箱，末端與周圍土體連接處布設(shè)生態(tài)袋網(wǎng)箱，生態(tài)袋網(wǎng)箱應(yīng)嵌入土體0.5m，生態(tài)袋網(wǎng)箱填充規(guī)格為0.6m×0.3m×0.15m的生態(tài)袋，生態(tài)袋中裝生態(tài)土及適應(yīng)性草籽，生態(tài)袋具有透水、透氣、強度高及可降解的優(yōu)點，生態(tài)草籽生長后可穿破生態(tài)袋自然生長，與周圍土體無縫銜接。石籠網(wǎng)內(nèi)用塊石填充，網(wǎng)箱孔隙率不大于30%，單個網(wǎng)箱規(guī)格為1m×1m×(0.5m/1m)，網(wǎng)箱設(shè)計采用12號賓格網(wǎng)，為鍍鋅材質(zhì)，格眼尺寸8～12cm。溝頭防護底部整體鋪設(shè)400g/m2無紡布進行反濾。如圖2所示。

圖2 石籠生態(tài)袋階梯跌水平面布置圖

4.2 岸坡防護

項目區(qū)中以中小型溝為主，小型侵蝕溝溝道下切較小，不需設(shè)專門的岸坡防護措施。岸坡防護主要針對中型下切溝和沖刷溝，隨著溝底下切加重，岸坡失穩(wěn)坍塌加劇，加之岸坡植被較少，水肥條件較差，為防止岸坡進一步破壞，需進行岸坡防護綜合治理。

根據(jù)以往岸坡治理經(jīng)驗，主要分為植物措施和工程措施兩種。植物措施主要是對溝道岸坡可用范圍較大時進行削坡整形后進行植物措施的布設(shè)，包括魚鱗坑整地及種植喬灌木及經(jīng)果林等措施。工程措施用于岸坡放坡范圍不夠，沖刷嚴重位置進行布設(shè)，主要包括石籠網(wǎng)箱、漿砌石擋墻及土袋堆砌等措施。相比之下單項治理措施存在其局限性，本次實施吸取以往經(jīng)驗教訓(xùn)，采取生態(tài)綜合性措施進行布設(shè)，本次設(shè)計采取生態(tài)袋石籠護岸及石籠護岸生態(tài)綠化兩種形式。

4.2.1生態(tài)袋石籠護岸措施

生態(tài)袋石籠護岸措施主要布設(shè)在溝道坡腳沖刷嚴重、岸坡土質(zhì)較好的侵蝕溝上。

該措施由生態(tài)袋護坡及石籠護腳兩部分組合而成，生態(tài)袋中裝種植土、適應(yīng)性草籽及有機肥料，可快速恢復(fù)岸坡植被生長及穩(wěn)定，護坡坡度不大于1∶1。生態(tài)袋與石籠底部綁扎絞接，中間用連接扣進行鏈接，坡面段用鋼筋扦插錨固形式進行固定，錨固深度為0.5m，錨固間距為1.0m。生態(tài)袋頂部需挖槽并錨固，最后覆土夯實。生態(tài)袋裝土后規(guī)格為600mm×300mm×150mm，長邊為順?biāo)鞣较颍繉渝e縫0.15m進行壓實，每兩層生態(tài)袋的鋪設(shè)位置呈品字形結(jié)構(gòu)，石籠護腳規(guī)格為1m×0.7m×2m(寬×高×長)，每2.0m為一個石籠獨立段，在每個石籠中每1m處設(shè)一道固濱網(wǎng)。石籠埋深0.5m，溝底以上0.2m。坡面采用生態(tài)袋防護，為確保治理后效果，設(shè)計兩側(cè)邊坡比一致。在生態(tài)袋和石籠后部及下部鋪設(shè)400g/m2無紡布進行反濾。如圖3所示。

圖3 生態(tài)袋石籠護岸橫斷面圖

4.2.2石籠護岸生態(tài)綠化措施

石籠護岸生態(tài)綠化措施主要布設(shè)在溝道岸坡土質(zhì)酥松、沖刷嚴重、溝道轉(zhuǎn)彎處及邊坡大于1∶1的侵蝕溝上。

該措施由石籠護岸結(jié)合生態(tài)綠化兩部分組成。石籠護岸采用規(guī)格為1m×1m×(0.5m/1m)的石籠網(wǎng)箱進行疊放，網(wǎng)箱布設(shè)上層比下層向后搓0.3m，石籠擋墻后及下部部鋪設(shè)400g/m2無紡布。生態(tài)綠化措施主要布設(shè)于石籠網(wǎng)箱頂部與網(wǎng)箱臺階上，在石籠孔隙間播撒種植土及適應(yīng)性草籽，利用石籠孔隙透氣、溫度適宜等有利條件，使草籽快速生長，與周圍環(huán)境融為一體，起到綠化生態(tài)效用。如圖4所示。

圖4 石籠護岸生態(tài)綠化措施橫斷面圖

4.3 溝底加固

當(dāng)侵蝕溝底存在下切侵蝕時，根據(jù)坡降及侵蝕強度，采取不同的谷坊形式以阻止下切加劇。谷坊措施能有效降低溝道比降、降低流速、阻止岸坡擴張、阻攔泥沙、恢復(fù)植被等效用。根據(jù)以往治理經(jīng)驗，谷坊措施一般分為土谷坊、混凝土谷坊、砌石谷坊及植物谷坊4大類。本次設(shè)計中，緊緊圍繞生態(tài)治理理念，在原有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)新，探索新材料、新形式的谷坊類性，本次設(shè)計主要采用生態(tài)袋谷坊及生態(tài)柳樁編籬植物谷坊兩種。

4.3.1生態(tài)袋谷坊

生態(tài)袋谷坊主要布置在比降范圍10%～20%、溝深大于1.5m的侵蝕溝上。

生態(tài)袋谷坊選擇熱軋無紡布生態(tài)袋，袋內(nèi)裝種植土、適應(yīng)性草籽及有機肥，裝土后生態(tài)袋規(guī)格為600mm×300mm×150mm。谷坊迎水坡邊坡比為1∶1，背水坡邊坡比為1∶3，生態(tài)袋間用生態(tài)扣進行固定，谷坊外層用10號鍍鋅賓格網(wǎng)進行包裹及固定，格眼尺寸10～12cm，每隔0.5m高度加1層10號鍍鋅賓格網(wǎng)。谷坊兩側(cè)各嵌入溝岸0.5m，谷坊溢洪口斷面為矩形，溢洪口邊長為谷坊長度的1/3，溢洪口深0.50m。谷坊下游設(shè)生態(tài)袋海漫消力段，海漫寬為與溝道底寬度一致，海漫厚為0.3m。如圖5—6所示。

圖5 生態(tài)袋谷坊平面圖

圖6 生態(tài)袋谷坊橫斷面圖

4.3.2生態(tài)柳樁編籬植物谷坊

生態(tài)柳樁編籬植物谷坊主要布設(shè)在溝道比降小于10%、溝深較淺的侵蝕溝上。

該措施柳樁埋桿直徑5～12cm，排間距1.0m，樁間距0.3m，相鄰兩排柳樁呈“品”字形布設(shè)。柳樁打入地下0.5m以上，桿長1.5m～1.8m。用柳梢將柳樁編織成籬。在每兩排籬中填入卵石(或編織袋裝碎石)厚0.5m，用鉛絲將前后排柳樁聯(lián)系捆綁，使之成為整體，加強抗沖能力。在柳梢編籬表層覆蓋種植土0.1m，并播撒有機肥及生態(tài)適應(yīng)性草籽。如圖7—8所示。

圖7 柳樁編籬谷坊橫斷面圖

圖8 柳樁編籬谷坊平面圖

5 效益分析

項目區(qū)通過生態(tài)綜合治理，水土流失得以控制，耕地資源得以持續(xù)利用，同時產(chǎn)生了巨大的生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益。年可攔蓄徑流50.21萬m3，年保土1.4萬t，保護耕地989hm2，林草覆蓋率提高1.5%，年可增加直接經(jīng)濟效益319.97萬元，并帶動科技創(chuàng)新的發(fā)展及推廣。

生態(tài)綜合治理技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，有效改善了東北黑土區(qū)以工程措施治理為主、冬季凍脹破壞嚴重及生物多樣性缺乏的缺點，減少了石料等能源開采及消耗，對生態(tài)環(huán)境改善及生物多樣性提供了物質(zhì)條件。但生態(tài)創(chuàng)新措施的應(yīng)用，需經(jīng)過嚴謹?shù)目茖W(xué)分析，確定適用條件及保養(yǎng)措施，在大面積推廣之前，需經(jīng)過理論及試驗的雙重驗證。