渭北旱塬区坡改梯建设方案探析

2019-12-19李占阁

陕西水利 2019年11期

李占阁

（合阳县水土保持和移民工作中心，陕西合阳 715399）

1 工程概况

渭北旱塬区为黄土高原与关中平原过渡带，丘陵沟壑纵横，地高水低，农业灌溉生产较为困难，当地群众多为靠天吃饭，田地的质量和标准对农业的生产丰收具有重要作用。合阳县地处陕西省渭北旱塬东部，总面积1341.46 km2，人口45.73万人，其中农业人口38.71万人，占全县总人口的84.7%，全县耕地面积97.0万亩，基本农田面积60.30万亩，人均占有基本农田1.32亩。区内地形复杂，沟壑纵横，沟壑密度0.83 km/km2，沟壑面积373.03 km2，占总面积的27.8%，素有“一滩二沟七分塬”之称。

2 工程地质

合阳县坡改梯区广泛覆盖第四系风积黄土，厚100 m～200 m，主要为粘土、亚粘土及多层粉细砂，湿陷等级Ⅲ级，经工程类比黄土地基承载力取150 kPa。项目区土壤主要以黄土性土为主，约占总面积的60.08%，土壤全氮含量0.80 g/kg，有效磷含量16.4 mg/kg，钾含量丰富，土壤为碱性，pH值在7.5～8.1之间。工程区地下水按埋藏条件和成因类型可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。其中第四系孔隙潜水埋藏于第四系黄土地层中，主要受大气降水补给，埋藏大于80 m，水量受大气降水影响较大，黄土状壤土渗透系数K=1.72×10-5cm/s。

3 基本农田存在问题

3.1 田地质量标准低

区内为多沟壑区，地势北部高而南部低，海拔最高点1543.8 m，最低点342 m，高差1201.8 m，呈阶梯形地形自东南向西北逐渐升高。主要包括河台阶地，黄土台塬（一级、二级、三级）和低中山三种地貌类型。在总面积中，原面占65.7%，沟壑（包括山地、滩地）27.8%，水面占6.5%。原高沟深，原面胡同纵横，地形复杂，山、塬、沟、滩兼有。因地势不平，使得田地保水保土能力差，田地质量标准低。由于全县的耕地标准不高，经营粗放，加之灌溉条件差，广种薄收，人畜粮食短缺。

3.2 自然灾害频繁

合阳县是一个自然灾害多发区，恶劣的自然条件和严重的水土流失造成自然灾害种类多，出现频率高，严重影响了县域社会经济的发展。暴发频率比较高的自然灾害依次是旱灾、风灾、暴雨洪灾、冰雹灾害、霜冻灾害和水土流失灾害等。特别是干旱，一年四季均出现，年平均2.1次。

3.3 收种困难

合阳县农业人口多，坡耕地多为顺坡耕作，耕作粗放，广种薄收，人均粮食产量较低，难以解决当地人口的粮食安全。因为地势不平，田间道路多为不足1 m宽的田间小径，使得机械车辆无法通过，加之道路曲折，坡度较大，使得农业机械化耕作无法实现，加大了农民负担和耕种困难。

3.4 当地群众对田地改造建设呼声较高

从合阳县土地利用情况看，坡耕地面积大，基本农田面积相对较小，土地资源有很大的发挥利用潜力，通过新修基本农田，可以合理保护和利用土地资源，提高土地产出率，提高土地资源的经济、社会、生态效益，当地群众对此呼声较高，急需进行坡改梯建设，以满足当地需求。

4 坡改梯建设方案

坡耕地改造工程一般包括坡改梯、小型水保工程、植物护埂及生产道路配套措施。坡改梯工程布设地面坡度不得大于25°，一般提倡在5°～20°坡面上修筑，本次规划在5°～15°的坡耕地上实施。通过对项目区实地踏勘、调研和资料的内业分析，合阳县治理区坡耕地总面积1227 hm2，5°以下坡耕地面积 787.55 hm2，其中 5°～10°坡耕地面积 126 hm2，10°～15°坡耕地面积47.8 hm2，15°～25°坡耕地面积36.81 hm2。根据土地适宜性分析在近村交通方便,重点在5°～15°坡耕地建设水平梯田，梯田布设按照集中连片，尽可能扩大梯田面积。地表坡度组成见表1。

表1 地表坡度组成

4.1 设计依据

按照《水土保持综合治理技术规范》以及陕西省质量技术监督局发布的《机修梯田技术规范》。根据项目区实际情况，对不同代表坡度的梯田做出标准技术设计，田面纵坡比小于1/200，田面不均匀高差小于0.3 m，田面宽度根据地面坡度、土层厚度等因素，按照坡度缓田面宽，坡度陡田面窄的原则确定；田块长度随地形而定，为防止径流集中冲刷，沿纵向每隔30 m～50 m修横向软埝，埝顶低于地埂顶高；地埂采用梯形断面，人工筑成，高0.3 m～0.5 m，顶宽0.3 m～0.5 m，内外坡比1∶1，其具体尺寸根据当地降雨、土质、地表径流情况，以安全拦蓄集水区设计暴雨径流为标准，所需土方量根据断面尺寸量算。

4.2 水平梯田的断面要素的确定

根据项目区的坡度实际情况，水平梯田按照10年一遇6小时最大暴雨量85 mm设计，采取5°、7°、8°、9°不同的地面坡度进行设计，田坎坡度统一按75°，田面宽按照14 m，地埂顶宽为0.3 m，地埂高为0.35 m，内坡比为1∶1.5，外坡与田坎同，田坎高度根据需要确定，一般控制在2.0 m～2.5 m左右。

式中：Bn为梯田田坎占地宽，m；H为梯田田坎高度，m；α为原地面坡度，°；β为梯田田坎坡度，°,当地面坡度为5°～10°时，β取75°；Bm为梯田田面毛宽，m；B为梯田田面净宽，m；b为梯田耕作田面宽，m；d为梯田地埂顶宽，m,取0.3 m；D为梯田地埂底宽，m；K为梯田地埂内坡坡比。梯田地埂内坡比取1∶1.5；h为梯田地埂高度，取0.35 m；V为单位面积梯田土方，m3。

4.3 不同坡度下的梯田建设方案

本方案对坡耕地的 5°～10°、10°～15°、15°～25°不同坡度做出了各自的典型设计。从调查结果看，路井镇位于黄土高原沟壑区，地质特征、地貌类型、地面坡度组成、水热条件等自然条件和人口密度、人均耕地、粮食与经济收入、土地利用结构、农业生产水平等社会经济条件方面，与项目区有很强的相似性，在水土流失类型、特点、强度、成因等方面，完全可以代表项目区。确定对具有代表性的路井镇的西吴和郭家坡两个村进行本项目区的水平梯田建设典型设计。

（1）5°～10°土坎水平梯田。项目区坡度5°～10°范围内适宜修筑土坎水平梯田面积126 hm2。坡度为6°～9°的坡耕地，取其平均地面坡度为θ=7°，由以上标准初步确定梯田田坎坡度α=75°，田面净宽B=14 m。求得H=1.62 m，由公式计算得每公顷土方量V=2025 m3。地埂顶宽为0.4 m，地埂高为0.3 m，内坡比为 1∶1，外坡比为 1∶0.4，经计算 5°～10°土坎梯田每公顷地埂土方量V=112.5 m3。

（2）10°～15°土坎水平梯田。项目区坡度10°～15°范围内适宜修筑土坎水平梯田面积47.8 hm2。坡度为11°～13°的坡耕地，取其平均地面坡度为θ=12°，由以上标准初步确定梯田田坎坡度α=70°，田面净宽B=11 m。求得H=2.33 m，由公式计算得每公顷土方量V=2912.5 m3。地埂顶宽为0.4 m，地埂高为0.3 m，内坡比为1∶1，外坡比为 1∶0.5，经计算 10°～15°土坎梯田每公顷地埂土方量V=167.5 m3。

（3）15°～25°土坎水平梯田。项目区坡度15°～25°范围内适宜修筑土坎水平梯田面积坡耕地面积36.81 hm2。坡度为15°～23°的坡耕地，取其平均地面坡度为θ=19°，由以上标准初步确定梯田田坎坡度α=73°，田面净宽B=11 m。求得H=2 m，由公式计算得每公顷土方量V=2125 m3。地埂顶宽为0.4 m，地埂高为0.3 m，内坡比为1∶1，外坡比为1∶0.5，经计算15°～25°土坎梯田每公顷地埂土方量V=166.6 m3。

根据典型设计结果，项目区梯田建设工程面积为1760 hm2，见梯田图班登记表2。

表2 梯田设计图班登记表

4.4 水平梯田施工

水平梯田修筑采用机械与人工结合的办法修筑，施工时要注意保留表土，用生土填筑，最后用表土覆盖田面。水平梯田埂坎沿等高线布设，大弯就势，小弯取直，并做到田、林、路、渠、相结合，统筹规划。施工按照定线、清基、筑埂、保留表土、修平田面等五道工序进行，田面外高内低，沉陷高度为填土高度的10%。田面纵坡比不大于1/100，田面宽度根据地面坡度、土层厚度等因素确定；田块长度随地形而定；地埂采用梯形断面，用人工修筑，埂高以安全拦蓄集水区设计暴雨径流为标准，外坡比与地坎坡比相同。

对于坡度较缓，田面较宽的梯田，保留表土时，采用中间堆土法。方法步骤如下：

①将拟修田面的厚25 cm范围内表土全部取起，堆置在田面中心线位置，堆宽约2 m左右。

②将中心线上方田面生土，填于下方田面，把整个田面修平。

③将堆置在中心线的表土，均匀铺运到整个田面上。

在修平田面中，将田面分成下挖上填与上挖下填两部分。在田坎上下各1.5 m范围内，采取下挖上填法。从田坎下方取土，填到田坎上方，其余田面采取上挖下填法。从田面中心线以上取土，填到中心线以下。田面挖填任务基本完成后，应用手水准检查是否达到水平（或按设计要求的纵向比降），要求误差不超过1%。田边1 m左右保留10°左右反坡，地中原有浅沟的部位，填方应比水平面高出10 cm左右，以备填土最深部位沉陷后田面仍保持水平。

同时，对改造好的梯田，在耕作前，每亩用土壤改良液20 kg兑水180 kg进行地面喷洒。亩施优质农家有机肥料900 kg，撒施在地面。每亩再施用氮肥20 kg，磷肥40 kg，钾肥5 kg用作基肥，撒施均匀。用机械深翻18 cm～25 cm,达到地面平整，土块细碎，土肥相融。提高土地生产力，以达到改良土壤，提高地力，促进粮食生产的目的。