黑土区侵蚀沟治理工程措施的有效性研究

宋 晨

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 概 述

黑土是地球上珍贵的土壤资源，按照习近平总书记关于把黑土地保护好、利用好和采取有效措施保护好黑土地这一“耕地中的大熊猫”的重要指示精神，黑土地保护制度逐步完善，2017年，经国务院同意，原农业部、发展改革委等6部门印发了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)，明确到2030年在东北典型黑土区实施166.67万hm2黑土耕地保护任务。国家黑土地保护工程实施方案(2021—2025年)明确实施方向，针对黑土耕地出现的“薄、瘦、硬”问题，着重实施土壤侵蚀治理，农田基础设施建设，肥沃耕作层培育等措施。黑龙江省各地认真贯彻落实，积极推进东北黑土地保护建设项目[1]。

近几年实施的项目中，侵蚀沟治理逐年加大投入力度，其中工程措施多为常规典型设计结构，在运行中，发现与实际适应性有些偏差，建成不久就出现了冲刷破坏的现象；现选取典型实例进行分析，提出一些改进措施，希望建设的工程更加有效运行，发挥应有的作用。

2 侵蚀沟治理常规工程结构破坏情况

2.1 工程措施运行中暴露出的问题

沟头防护工程与地形契合度不好，沟头继续向上游发展；谷坊布设未达到理论的首尾高程衔接，谷坊结构与沟道断面不匹配，造成次生破坏；侵蚀沟沿岸防护差，侧向侵蚀坍塌未得到控制；临近侵蚀沟设生产路，路基失稳路面损毁坍塌。

2.2 沟头结构破坏

一种是只在冲刷沟沟头附近设置谷坊，没采取沟头防护措施，沟道继续向上溯源侵蚀；一种是设计沟头防护结构没完全符合实际地形，施工时是按地形去适应设计的结构，造成大开挖多回填，达不到有效防护沟头的作用，形成新的冲沟向上游继续发展，逐步侵蚀耕地。

2.3 石笼谷坊结构

冲刷沟所建谷坊结构与沟道上下游及左右岸地形适应性差，上下游沟底及岸坡，出现冲刷破坏。

2.4 浆砌石谷坊结构

两侧弃土高于沟岸地面，阻挡坡水平顺进入沟道，两侧坡水绕过谷坊形成新的冲沟，冲刷沟治理不理想。有的谷坊堰顶高程过高，堰体排水效果不好，谷坊变成挡水坝，浆砌石墙后回填土不实出现了墙体变位、断裂或倾斜现象，护砌侧边形成冲沟，护砌变形。

2.5 土柳谷坊结构

土柳谷坊一般注重沟底中间布设，两侧边的土体较软弱，水流改道从侧边形成新的冲沟。

图1 岸坡冲刷破坏

图2 沟头结构不符合地形或防护不到位

图3 谷坊上、下游衔接不顺冲刷破坏

图4 谷坊周边弃土过高、堰体排水不畅

图5 土柳谷坊侧向冲刷破坏

3 侵蚀沟治理工程结构改进建议

侵蚀沟比较发育，有继续发展危害加重趋势的，造成水土流失，耕地减少，不能只是简单的设置边坡防护及谷坊工程，应结合侵蚀沟实际形状采取全面系统的综合治理，沟头防护是重点，侵蚀沟沿线有支叉小的水流汇入口的地方就要采取工程措施进行防护；调整沟道比降是主线，规范理论上要求是上下级谷坊首尾高程相接，实际工程由于造价等原因很难设置过多数量的谷坊，运行时就会产生分段比降，即谷坊上游附近平缓，再向上游仍然是自然冲刷较陡，致使上一级谷坊末端形成跌落式破坏；所以沟道比降不单纯是设置谷坊向上调整，还要谷坊结合下游侧消能及沟底防护结构做成台阶式或斜坡式向下游多调整30cm以上的高差，使一座谷坊发挥更大的作用，谷坊之间的沟道再辅助小型土柳谷坊加陡坡及其它植物措施，发挥工程措施与生物措施的联合防护，使沟道达到整体治理的效果。

侵蚀沟内设置沟头防护、谷坊、边坡防护工程时，工程结构周边高程应低于沟道原地面高程，沟岸顶部修成弧形将沟岸及向外侧2m左右用土工格式辅助植物措施固岸，便于周边坡水平顺入沟；工程施工开挖的弃土回填到谷坊堰体上游侧。

3.1 沟头防护结构改进

根据沟头地形特点，不做大的开挖，按照实际坡度分别采取坡式、斜坡或垂直台阶式，选用透水性好的结构护砌，不宜用浆砌石；沟底设消能防冲结构，出口做适当长度的柔性工程防护和植物措施。

1)在前缘上游一定范围做土工格室(格室内种植树木，表面填筑砂砾等抗冲材料)过渡区，过渡区顶面随现状地形起伏不要高出地面，特别窄小的沟道尖端可回填一部分做为过渡区，减少再向上游的占地；前缘顶面高程，对应上游来水沟道位置设置成稍低，保证水流通过防护结构平顺进入沟道，避免从侧边侵入造成新的冲刷；前缘石笼再灌注混凝土，上表面抹平，避免局部形成水土流失通道。

2)整个工程段建基面的无纺布要连续铺设。

3)出口设石笼护砌再加一段土工格室辅助生物措施，消力池出口坡面做适当的工程防护或生物措施防护平顺过渡到原沟道，避免冲刷破坏；

图6 沟头防护结构改进

3.2 谷坊结构改进

常用的有浆砌石谷坊，石笼谷坊，谷坊高度考虑沟道比降调整及深度等因素设计，谷坊控制段的堰顶尽量宽，不宜留小缺口，堰顶直接放宽至两侧边坡，控制段两侧防护至设计水位之上或至坡顶，最大限度调整比降和满足全断面泄流，不从两侧造成冲刷破坏；消力池出口做适当的工程防护及生物措施防护，避免冲刷破坏；控制段设置有效排水系统，并做好反滤；进出口底高程应考虑沟道比降，消力池后半部分降低，设置适当的跌差，下游沟底出口设置尽可能加长些的陡坡护砌，以适应下游沟道断面；岸坡上部可用土工格式结合植物措施防护；利用谷坊结合陡坡尽量调整放缓沟道比降。

3.2.1 浆砌石谷坊

1)堰顶以上及上游护坡要护砌到坡顶或设计水位以上，堰体上游护底的作用不大。

2)堰体内尽量多设石笼，有利于排水，上游面垂直并用无纺布分层包裹，下游面为台阶式叠放。

3.2.2 石笼谷坊

1)两侧边坡设石笼防护至坡顶，避免两侧边造成冲刷破坏；堰顶石笼及其上两侧边坡的石笼灌注混凝土，表面抹平。

2)谷坊堰体部位石笼前半段结构分层包裹无纺布。

3)整个工程段建基面的无纺布要连续铺设，并包裹各段的齿槽下面。

3.2.3 土柳谷坊

土柳谷坊一般用在较小的侵蚀沟，或作为工程谷坊之间的辅助措施，柳编谷坊要保证柳条扎根成活，同时保证土柳谷坊的透水性；重点是侧边的防护，为防止从侧边冲刷，在谷坊两端向侧边斜向增加部分柳桩绕篱条，岩体两侧和下游侧边可辅助一些石笼工程结构或土工格室护砌，下游沟底设置陡坡石笼防冲结构。

3.3 岸坡防护结构

一般有格宾石笼护坡、石笼砌筑护岸挡墙或浆砌石护岸挡土墙。浆砌石挡土墙一般基础开挖较大，墙体排水效果不理想，墙体结构及整体稳定性不易保证，外观与周边环境不协调，不宜大规模设置。

3.3.1 较缓岸坡的防护

侵蚀长度较短，侵蚀宽度大，断面较浅，现状位于耕地中间，两侧耕地逐年缩减，无法进行复垦的侵蚀沟采取植树护沟，进行原坡面整形后植树，树种以灌木柳为主。成活极大程度的降低了水土流失和原坡面的继续侵蚀，既固坡又增加林草地面积，改善区内整体生态结构。

图7 沟道防护林措施效果

沟道削坡一般沿等高线将坡面修成狭窄的阶状台面或<土体安息角的斜坡，以达到削坡减载，维持坡面稳定的效果，为后期植树种草创造条件；结合沟道削坡整形，坡面及岸坡顶部一定范围设置土工格室结合沟坡防蚀林，固定沟坡防止沟壑横向侵蚀发展。

沟底防蚀林可拦蓄沟底径流，制止侵蚀沟的纵向侵蚀，促进泥沙淤积，在两座谷坊间沿水流方向营造沟底防冲林，进行栅状间断造林，林带宽度同沟底宽度。

3.3.2 较陡沟岸防护

1)侵蚀沟局部段近乎垂直的沟坡，不宜做大的削坡开挖，可结合岸坡形状，下部做石笼层叠墙式防护，施工时沿最下层基础底面及坡面铺设无纺布，同时依靠坡面逐层砌筑石笼，坡与石笼间小的空挡填筑碎石或砂砾石即可。

2)底层石笼可宽一些，向上可逐层变窄。

3)上部可用斜坡式石笼防护，岸顶再做适当宽度的土工格室结合植物措施过渡区。如果岸顶直接面临陡坡时，设置必要的安全警示桩。

图8 较陡岸坡的防护

4 其它植物措施简介

4.1 柳编护沟

位于耕地中间，河流两岸的大型侵蚀口，现状侵蚀长度较短，侵蚀宽度大，断面较深，两侧耕地已因现状侵蚀作用逐年缩减。此类沟道已无法进行复垦处理，如采取工程措施用量较大；柳桩中间用活柳条编篱，起到将柳桩连接成片的作用，且能更好的降低瞬时来水的冲刷，极大程度的降低了水土流失和原坡面的继续侵蚀。原坡面插柳后，在柳条成活后既固坡又增加林草地面积，既治理了侵蚀沟又改善整体生态结构。

桩料选择：选生长能力强的活立木柳桩，单个平均长1.5m左右，直径5-7cm。

埋桩：埋深0.5m左右，柳桩间距0.5m×0.5m。

编篱：先横向铺一层柳条，再纵向铺一层柳条，每层约10cm，然后压实柳条以树桩为径纵横向编篱柳条，用铁丝把柳条固定在柳桩上，最后在上面及两边覆土约20cm，并压实，柳桩外露约20cm。

图9 柳编护沟效果

4.2 秸秆填埋侵蚀沟复垦

该措施是通过将秸秆打包后填充到沟道内，上层覆土，修复受损耕地；在沟底铺设连通的暗管并间隔修筑渗井，复垦后原沟道位的地表径流通过覆土层和渗井垂直下渗入秸秆层，再汇入暗管排出，减小或消除地表的冲刷，避免再次成沟。该项措施主要适用于耕地中中小型侵蚀沟修复，保障大机械农耕的同时，还创建了秸秆还田新模式，保护环境，化解用地矛盾；该方法关键是排水出路要畅通。

4.3 侵蚀沟植桩生态护坡治理技术

吉林省推广的侵蚀沟植桩生态护坡治理技术是利用木桩、农作物秸秆等材料，控制土壤侵蚀和固坡的一种比较有效的措施，值得研究应用。

5 结 语

侵蚀沟治理要因地制宜，一沟一策，发挥工程措施的控制作用及植物措施的辅助作用，有机结合，相辅相成，保证工程结构的安全性和有效性，发挥植物措施的潜力作用，达到投入有回报，治理有效果，不断总结经验教训，逐渐形成侵蚀沟区域治理模式化。