侵蚀沟生态防护技术措施研究与展望

任宪平，刘绪军，王亚娟，杨亚娟

(黑龙江省水利科学研究院,黑龙江 哈尔滨 150080)

据2010年第一次全国水利普查数据统计，黑土区内有侵蚀沟 29.6万多条，其中发展沟26万多条[1]。从土地利用类型分布来看，80%以上的侵蚀沟位于耕地内，侵蚀沟蚕蚀土地面积近50万hm2[1]。侵蚀沟的发展不仅切割农田，影响机械耕作，危害粮食安全，还对道路、村屯等构成了威胁。黑土区水土流失问题逐渐引起了社会的广泛关注[2-3]。近年来，随着国家对生态环境的重视，发现传统的侵蚀沟治理措施在发挥显著的功能和效益的同时, 破坏了侵蚀沟的生态系统与环境,产生了较大程度的生态问题。本文对生态治理技术和传统治理技术进行比较, 并充分考虑相关技术的适用性和可推广性，对不同技术措施进行研究。

1 侵蚀沟治理研究区选择

克拜地区位于东北黑土区中心地带，是东北黑土区侵蚀沟发育最典型的区域之一[4]，本项研究在克山县和拜泉县各选择2条侵蚀沟作为研究区域，侵蚀沟基本情况见表1。

表1 研究区侵蚀沟基本情况

1.1 生态治理模式试验区

G1和G2侵蚀沟试验区位于黑龙江省水利科学研究院克山试验基地内。其中G1为中型沟，面积0.48 hm2，长度161.0 m，平均沟深3.3 m，沟道右侧有大型滑坡体，建设10.0 m宽生态袋跌水1处、网格生态跌水2处、1.8 m高生态袋谷坊4座、网格生态护坡1处、抗冲生物毯护坡1处、秸杆护坡1处，沟道边坡未做削坡处理，沟岸植树造林。G2为大型沟上游沟头部分，面积0.18 hm2，长度156.0 m，平均沟深2.2 m，沟道两侧有大型滑坡体，沟岸有成型人工林，建设生态袋跌水3处、1.2 m高生态袋谷坊4座，沟道边坡未做削坡处理。

1.2 柳条措施对比试验区

G3和G4侵蚀沟试验区位于黑龙江省拜泉县新生乡永胜村境内。其中G3为中型沟，面积0.73 hm2，长度300.0 m，平均沟深3.2 m，布设连续式柳跌水270.0 m，柳谷坊2座，沟道边坡削坡后造林。G4为大型沟支沟，面积0.15 hm2，长度130.0 m，平均沟深2.2 m，布设柳谷坊4座、沟道边坡削坡造乔木林[5]。

2 治理效果

2.1 生态措施效果

措施经过2个雨季的运行，同时也受到2018年全年降雨量是平均年份1.5倍的强降雨影响，G1侵蚀沟4座生态袋谷坊内土体淤积高度0.5～1.5 m，措施完整，起到了蓄水保土、抬高基底高程的效果； 2处网格生态跌水措施完好，植被盖度较高，没有出现沟头前进和措施内的土体被冲刷的现象；生态袋跌水在沟头局部部位出现塌落现象，但其整体性较好；沟内布设的3种生态护坡措施完好，植被盖度较高。G2侵蚀沟3处生态袋跌水完好，植被盖度占措施面积的50%左右[6]； 4座生态袋谷坊内土体淤积高度0.5～0.9 m，措施完整，蓄水保土、抬高基底高程的效果良好。

2.2 柳条措施效果

措施经过1个雨季运行发现， G3侵蚀沟连续式柳跌水在主沟头陡坡段和沟道弯曲段出现措施内的土体被冲刷的现象，造成局部柳条没有成活，其余部位柳条生长效果较好，但沟坡有2处新发展的侵蚀沟，长度15.0～20.0 m，宽度2.5～3.5 m，沟头落差1.2～2.2 m。G4侵蚀沟沟头坡度较缓，没有布设沟头防护措施，沟头冲刷严重，产生沟头前进现象。2条侵蚀沟的6座柳谷坊中间部位全部被水流冲断，土体被冲走的部位柳条没有成活，出现水毁现象，已经起不到蓄水保土、抬高基底高程的效果；沟坡全部采取削坡措施并栽植糖槭和樟子松，在植被盖度较低的沟坡处出现很多顺沟坡方向的细沟。

2.3 措施效果分析

2.3.1 沟头措施效果分析

G1侵蚀沟生态袋跌水出现塌落现象，通过分析发现，主要因为1号沟生态袋跌水较大，跌水随地形铺设，塌落部位坡度较陡，局部与土壤结合不牢而造成的塌落现象，但其整体性较好。自然生野草植被盖度达到措施面积的80%以上，依然发挥跌水的作用和效果。 2处网格生态跌水和G2的3处生态袋跌水措施因铺设坡度较缓，措施结构完整，植被生长良好，过水削能功能正常发挥。

G3侵蚀沟连续式柳跌水的主沟头陡坡段的土体被冲刷的主要原因是柳条措施在布设时需要用土覆盖柳条，以利于柳条成活，因回填土较松散，融雪径流或者降雨径流在过水部位就会带走措施内土壤，造成柳条无法成活而失去柳跌水的作用。

2.3.2 沟底措施效果分析

经过2年运行，G1和G2侵蚀沟内8座生态袋谷坊全部完好，没有水毁现象，野草生长在生态袋谷坊上的植被盖度达到30%～75%。有效地提高了生态袋措施的抗冲刷能力和延长生态袋的老化时间。

经过1年运行，G3和G4侵蚀沟内6座柳谷坊的过水部位全部出现水毁现象，原因是布设柳条措施时在柳条中间部位填土夯实，以利于柳条成活的同时达到蓄水保土的效果，但柳谷坊的蓄水高度一旦超过谷坊高度，水流漫过谷坊会造成谷坊内土壤被水流冲走，谷坊被冲断后无法起到蓄水保土的效果。

2.3.3 沟坡措施效果分析

G1和G2侵蚀沟为保护原状沟坡植被未采取削坡措施，通过对G2沟坡的3处生态治理措施与沟坡无措施小区进行对比观测发现，在原状沟坡坡度较大的前提下，在沟坡布设防护措施，能够有效地保护沟坡表层土壤，保证了坡体表面植被生长环境，促进植被生长，植被盖度平均高于没有措施的沟坡20%以上。

G3和G4侵蚀沟沟坡采取削坡措施处理后对坡面进行造林，栽植糖槭和樟子松，虽然沟坡削坡后坡度较缓，但破坏了沟坡原有植被，施工后植被盖度为零，而且造林的固土效果需要几年后才能发挥出来,在防护措施效果不明显时，产生了很多顺沟坡方向的细沟；连续式跌水措施为保证柳条成活，防止外水进入侵蚀沟内冲走柳条内的土壤，需要在侵蚀沟沟岸周围布设沟头埂措施，造成降雨径流在沟头埂薄弱部位或者汇水处冲毁沟头埂进入沟内，沟坡产生新的侵蚀沟，造成新的水土流失，没有达到一次性完整治理的效果。

3 侵蚀沟治理技术分析

3.1 传统治理技术分析

东北黑土区水土流失防治起步较晚，依据《黑土区水土流失综合防治技术标准》[7]，针对东北黑土区侵蚀沟不同的类型、规模和土壤侵蚀程度，主要布设沟头埂、柳跌水、浆砌石跌水、柳谷坊、石谷坊、连续式跌水、削坡、造林等措施。这些措施在侵蚀沟治理中得到广泛应用。通过多年的运行和实践发现，传统治理技术存在以下几个方面的优势和不足。

(1)柳条是侵蚀沟治理的重要材料，具有应用范围广、成活率高、根系固土效果好的特点，柳条措施成活后能够快速恢复植被，发挥防治水土流失的效果；在国家重点治理项目中，柳跌水、柳谷坊、连续式跌水和插柳措施占比极大，防护技术本身具备生态功能，但抵御洪水的能力和实施后的防护效果不是很理想，而且这些措施对柳条的需求量极大，仅有个别县市柳条能够满足施工需求，大部分项目县市存在材料供应不足，外购成本高和运输难的问题。

(2)砌石措施在水土保持措施中具有建设工期灵活、发挥效果快的优点。在稳定性和防护标准方面，很多专家学者鼓励使用砌石措施，但大量使用石材建设的同时又带来了砌石措施投资大、施工技术含量高、冻害严重、维护困难以及防护措施与生态环境不协调的问题。

(3)在侵蚀沟治理中，为防止沟坡产生崩塌和滑坡现象，多采用削坡措施把沟坡削成台阶状或缓坡状，进行植树造林，用以防治沟坡水土流失。可是削坡措施占地问题突出，依据《黑土区水土流失综合防治技术标准》进行标准化设计和实施，根据侵蚀沟大小不同，其占地面积占沟道面积的0.55～2.40倍，平均为1.24倍[8]，如果项目区所在地的乡村不能解决占用老百姓土地的问题，工程很难实施。

3.2 生态治理技术分析

近年来水土保持科研单位提出了生态袋跌水、网格生态跌水、生态袋谷坊、秸杆护坡和生态毯护坡等生态型侵蚀沟治理措施。通过实践和研究发现生态措施治沟技术优势明显，可以解决传统侵蚀沟治理措施存在的问题。

(1)生态环保。生态治理技术融入了生态环保的理念，是集生态、环保、节能、柔性结构四位一体的新型侵蚀沟防护技术，具有良好的生态绿化效应[9]，其结构表面能够在短时间内快速恢复植被，还原原始生态环境，修复侵蚀沟生态系统。

(2)材料充足。生态袋是一种耐腐蚀性强、抗紫外线、抗老化、不降解的新型生态材料，具有透水不透土的特点[10]，生态袋内填充材料为侵蚀沟边坡修整的土壤，可大幅度减少工程成本；侵蚀沟治理中生态袋可以完全替代石料、水泥等建筑材料[11]，且原材料充足，能够解决黑土区侵蚀沟治理中的柳条、石材等治沟原材料不足的问题。

(3)经济适用。生态袋措施是一种柔性防护措施，允许变形能力大，可以直接布设在原形沟道上，根据地形和坡形不同，建造任意形体，能够解决侵蚀沟治理中削坡措施占用耕地的问题，从而降低工程投入，加快治理进度。

(4)施工简单。生态措施施工无需大型施工机械，只需对当地农民进行简单培训即可施工，生态措施施工简单，整体性强，维护方便，能够解决侵蚀沟治理后期维护困难的问题。

4 结 语

生态防护技术治理侵蚀沟的策略是采取最小的人工干预和辅助措施，充分发挥大自然的自我生态修复能力，使生态措施结构表面被植被覆盖，形成自然的生态坡面，达到生态措施与周边自然生态环境完美融合的生态系统。生态措施结构具有对地基承载力要求低、抗冻融能力强，施工后可直接过流，立刻发挥措施功能的优势，同时还能够解决传统治理措施存在的材料不足、施工技术含量高、占地问题突出和维护困难的问题。可以预见，这种新型的防护措施，在黑土区侵蚀沟治理中具有非常广阔的应用前景。