针对紫色土特性的水土保持措施设计探讨

2016-04-10李云霞俞云飞翟中文

水利水电工程设计 2016年3期

关键词：紫色土水土保持土壤

李云霞　邬　龙　俞云飞　翟中文

针对紫色土特性的水土保持措施设计探讨

李云霞邬龙俞云飞翟中文

紫色土很肥沃、土层浅薄、结构松散、水土保持效益差，通过对紫色土特性的分析，针对紫色土的特点，对开发建设项目观景口水利枢纽工程的水土保持措施设计进行探讨。

紫色土观景口水土保持措施

1　项目背景

重庆市观景口水利枢纽工程位于重庆市巴南区五布河干流上，工程的主要任务是以城市供水为主，同时兼顾小城镇及农村人畜饮水、农业灌溉的综合利用。设计洪水标准为100年一遇，最大坝高63.9 m，坝顶长度312.3 m，主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道和泄洪防空洞等。输水线路长24.969 m，包括隧洞、泵站、交叉建筑物及控制建筑物。项目所在区域地势起伏多变，是典型的山地丘陵地带，区内以紫色土为主，根据流域内白鹤水文站与石龙雨量站1959—2009年降水量资料统计，多年平均降水量1 104 mm，但年内分配不均，汛期5～9月占全年的67.0%，根据巴南气象站统计，1971—2010年多年平均气温 18.3℃，极端最高气温42.3℃，极端最低气温-1.8℃，多年平均日照数1 134 h，是生态脆弱区，工程施工扰动地面228.51 hm2，扰动面积大，势必造成矿质养分含量丰富的紫色土大量流失，造成下游河道淤积等问题。面临着巨大的水土流失防治任务。

2　紫色土的特性

紫色土是由侏罗纪、白垩纪紫色砂岩、泥岩时代形成的紫色或紫红色砂岩、页岩变来的，是在频繁的风化作用和侵蚀作用下形成的，矿质含量丰富，土壤中的紫色大都富含钙质和磷、钾等营养元素，很肥沃。紫色土其过程特点是：物理风化强烈、化学风化微弱，石灰开始淋融。土层浅薄，通常不到50 cm，超过1 m区域很少，集中分布于四川盆地，其农业利用价值很高。

紫色土分为酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土3个亚类。酸性紫色土分布在长江以南和四川盆地广大低山丘陵。土壤有机质、全氮含量相对较高，磷、钾稍低，土壤呈酸性，pH值小于5.5，盐基饱和度较低；中性紫色土主要分布在四川、云南，土层较酸性紫色土薄，30～60 cm，碳酸钙含量小于30 g/kg，pH值约为7.5，肥力水平较高，但有机质、氮、磷稍显不足；石灰性紫色土主要分布在四川盆地及滇中，土质疏松，碳酸钙含量大于6%，土壤有机质在10 g/kg左右，氮、磷低，锌、硼严重缺乏，土体浅薄，保水抗旱能力差。

3　紫色土的水土保持缺陷分析

紫色土尤其是侵蚀酸性紫色土土层浅薄，土层松散，结构性差，保水保肥能力差，由于人为活动植被受到严重破坏，疏松腐殖质层多被侵蚀，母质层裸露，有机质降低，土壤侵蚀严重，易造成水土流失；紫色土风化也快，是一种具有强烈侵蚀性的土壤，其侵蚀程度仅次于黄土；在强降雨的作用下，极易产生水土流失，降低土地生产力；松散土壤流入下游河道，影响行洪安全。现阶段紫色土区域的水土流失严重，亟需进行有效的水土保持防治。

4　针对缺陷的有益探索

4.1水土保持林对紫色土土壤团聚体的影响

土壤团聚体是指土壤中大小、形状不一，具有不同孔隙度和机械稳定性，水稳定性的结构单位，通常将粒径大于0.25 mm的结构单位称为大团聚体，土壤团聚体稳定性是土壤结构的关键性指标，是土壤环境、管理实践和土地利用类型相互作用的结果。

王轶浩等研究三峡库区紫色土植被恢复过程的土壤团粒组成及分形特征认为三峡库区紫色土物理性状为土壤容重为12.4～16.6 kN/m3，土壤pH值为5.12～6.21［2］。紫色土较大粒径水稳性团聚体增加能提高土壤团聚体结构的稳定性，而小粒径水稳性团聚体增加则会降低土壤团聚体结构的稳定性［2］。紫色土区域实施水土保持植物措施后使较大粒径水稳性团聚体增加。

三峡库区紫色土经退耕还林、植被恢复后，土壤生态功能得到改善和提高，原因是，植被恢复后地表枯落物和地下根系增多，增加土壤中天然有机质来源，促使土壤中大团聚体含量增加，另一方面其冠层和地表覆盖物能有效减少降雨和地表径流对土壤大团聚体的冲刷和破坏，以及人为对土壤大团聚体破坏的减弱；经过水土保持植被恢复后，紫色土土壤结构得到改善，且随时间增长而变得明显，是由于植被恢复后土壤大粒径团聚体增加［2］。

4.2水土保持林的林种选择对紫色土的影响

有学者认为紫色土区域不同治理措施下植被恢复和土壤性质改良最明显的是实施林草措施和封禁，其丰富度指数、多样性指数和均匀度指数最大，其次是乔灌草相结合的恢复措施。水土保持植物措施乔灌草垂直配置和树草种选择多样性可增加区域生态丰富度指数、多样性指数和均匀度指数，使紫色土区域土壤性质得到改良。

4.3水土保持林对紫色土水文作用的影响

有学者认为土壤的水源涵养能力与土壤厚度、有机质含量、非毛管孔隙率、最大持水量有关，研究表明就重庆而言，林区降水量高于农区；径流系数随森林覆盖率的增大而增大；区域径流泥沙含量随林草覆盖率增加而降低。营造水土保持林可增加土壤的水源涵养能力，增加区域径流系数，减少径流泥沙含量。

水土保持林草措施实施后，可以改善土壤理化性质，保护和增加土壤养分，促进生物多样性，提高水源涵养能力，减少水土流失量，使区域生态良性循环。

5　观景口水利枢纽工程水土保持措施设计

5.1措施设计与水源涵养相结合

重庆市水利枢纽工程各区域选择适生树草种造林种草，乔灌草在空间上垂直搭配与水源涵养林相结合。水土保持林草措施实施后可涵养水源；保留紫色土养分，改良土壤结构，提高土地生产力。

5.2措施设计与改良土壤相结合

结合紫色土特性及水土保持林草措施对紫色土的蓄水保土、改良土壤等作用，水土保持措施的配置侧重于 “硬”治理，既要使水土流失治理在短期内效果明显，也要发挥长远的生态效益。增加工程措施和临时挡护措施，使改良紫色土土壤在短期内起到明显的作用。

5.3工程措施、植物措施和临时措施相结合

5.3.1工程措施

工程措施中重点是工程开挖前，将表层土进行剥离，剥离厚度为30～60 cm，剥离后集中堆放，待工程施工结束后回填利用，对紫色腐殖质土保护起到极为重要的作用。

5.3.2植物措施

植物措施重点是针对紫色土，选择适合紫色土生长的树草种。根据《重庆市林业基本情况调查报告》及现场查勘，对临时占地选择重庆市乡土树种马桑和黄荆进行行间混交绿化，株行距为1 m×1 m，穴装整地，规格为30 cm×30 cm，以控制水土流失；对永久征地范围内区域，选择撒播三叶草、紫花苜蓿等草籽，点缀栽植雪松、紫叶李、磁竹、栾树、大叶黄杨等乔灌木树种进行绿化美化。

5.3.3临时措施

临时措施重点是针对工程临时开挖面及临时堆土进行挡护苫盖，选择使用防尘网进行苫盖，同时在堆土周边使用袋装土进行挡护，断面为矩形，尺寸为0.6 m×1 m，防治雨水冲刷松散堆积体及裸露高陡边坡。