典型黑土区侵蚀沟的综合生态治理实践

孙业欣

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510000)

1 工程概况

1.1 基本情况

本工程主要涉及建设农场第三管理区和第五管理区，土地总面积13 502 hm2，区内耕作土壤主要有黑土、草甸土，耕地总面积为7468 hm2。侵蚀沟总长6887 m，沟壑密度0.09 km/km2

工程区植被区划属小兴安岭阔叶红松林亚区与松嫩平原羊草草原区的过渡地带，植被主要有沼泽植被和农业植被两种类型。

区内降水年际间变率大，最多年份降水量776.4 mm，发生在1994年，最少年份303.7 mm，发生在1989年。夏季降雨集中，降雨强度大，7—9月降水量占全年总降水量的80%。

工程区总人口4278人，其中农业人口3850人，劳动力3383人。农业和牧业是农场经济的支柱产业。2014年末，年均生产总值46 646万元[1-4]。

1.2 水土流失和治理状况

1.2.1 水土流失现状

项目所在地建设农场地貌类型为漫川漫岗，水土流失严重，水土流失主要类型为水力侵蚀，主要是坡耕地的面蚀和侵蚀沟的沟蚀。工程区现有侵蚀沟22条，侵蚀沟总长6887 m，沟壑密度0.09 km/km2，土壤侵蚀模数1150 t/(km2·a)。已实施的水土保持工程有秸秆还田和深松，措施总面积为89.2 hm2。由于侵蚀沟切割耕地、侧蚀耕地，农场没有专项资金治理，致使水土流失治理成效不显著。主要是坡耕地的面蚀和侵蚀沟的沟蚀，沟蚀主要以沟头前进、沟底下切和沟岸扩张三种方式，不断地割切和吞蚀地面，使地面变得支离破碎，沟壑的面积和体积越来越大。

侵蚀沟给人民生产生活带来很大危害：毁耕地、毁道路、毁桥、毁涵等。

(1)破坏黑土地，蚕食耕地。侵蚀沟切割耕地，使耕地由长变短，由大变小，地块被切割得支离破碎，严重影响了农场的现代化机械作业。侵蚀沟不断发育，沟头溯源、沟底下切、沟岸扩张，大量侵吞耕地，使黑土耕地土层变薄、数量变少，黑土耕地损失破坏严重。

(2)降低土壤养分，削弱地力。由于坡面径流带走表土的养分，使坡耕地土地瘠薄，耕地质量下降，产能逐年降低，黑土大粮仓遭受严重威胁。

(3)淤积湖库河道，影响防洪。水土流失造成河流水质含有大量泥沙，流失的泥土随水进入湖库河流，造成湖泊水库河道淤积堵塞，污染湖库，水质恶化，缩短水库使用寿命，影响河道防汛行洪。

(4)环境功能减退，灾害频发。水土流失造成生态环境恶化，抵御自然灾害的能力降低，水、旱灾害频繁发生，土壤蓄水能力下降，粮食产量低，农民收入减少。

1.2.2 水土流失治理现状

建设农场在多年的水土流失治理工作中积累了许多经验，针对不同类型和发展程度的侵蚀沟，因地制宜，因害设防，沟坡兼治，系统治理，采用工程和林草措施相结合综合治理水土流失，取得了较好的生态、经济和社会效益。在侵蚀沟治理方面积极应用秸秆填埋、柳编护沟等新技术、新方法，使沟毁耕地得到恢复和保护，遏制侵蚀沟发展，有效保护黑土耕地。

1.2.3 主要问题

工程区在水土流失治理工作中取得了许多成就和经验，但由于资金短缺，没有统一的规划设计，水土流失的治理成效不显著，治理进度缓慢，仍存在以下问题：①资金分散，无法大面积开展水土保持工作，形不成规模效应。②工程配套措施不完善，重水利工程建设轻林草措施，工程长远效益得不到保障。③建后管理和科研观测工作滞后。虽然在水保队伍建设方面有所加强，人员素质得到较大提高，但跟不上水土保持工作的新形势，管理和科研观测工作滞后，缺乏对治理成果和效益的量化评价和分析。

2 工程总体布置与措施设计

2.1 工程总体布置

2.1.1 布置原则

根据项目区的特点，本工程遵循如下布置原则：①治理措施与主体工程相呼应，节约建造成本，提高经济效益。②遵循客观施工规律，严禁出现工序倒置现象，应按照先主后次，从头到尾的顺序施工。③严控材料的性能、观感等质量标准，且遵循就近取材原则。④适当采用综合治理方式，确保治理措施简单有效。⑤适当选择速生优良树种。

2.1.2 措施布置

布设治理措施前，应该对项目及周边环境做充分的调查和详细勘察，根据发育特点和危害防治需求，选用适宜的治理措施。对沟坡侵蚀活跃、崩塌较重的沟段进行削坡减载；对于耕地中的小型侵蚀沟，采用秸秆填沟措施，恢复耕地；在来水量较大及沟头跌差较大的侵蚀沟沟头布设柳跌水；柳编护沟布设在沟底比降较大，但沟深较小的侵蚀沟中；在立地条件适宜的侵蚀沟沟坡、沟底采用密植插柳造林的措施。

2.2 措施设计

项目区共有22条侵蚀沟，根据《黑土区水土流失综合防治技术标准》(SL 446—2009)和《水利水电工程设计工程量计算规定》(SL 328—2005)等相关规范要求，结合每条侵蚀沟特点，全部采取了削坡整形，其中直线削坡17条，直角削坡5条，削坡土方量为4944 m3；有9条侵蚀沟布设柳跌水9座，柳跌水长度共255 m，共1591 m2；有5条侵蚀沟布置秸秆填沟措施，共需填方总量3481 m3，其中土方1393 m3，秸秆捆2088 m3，恢复耕地面积约0.42 hm2；有16条侵蚀沟营造沟坡防蚀林，防止沟边坍塌，造林面积3.14 hm2，苗木用量125 600株。

2.2.1 工程措施

(1)削坡整形。对侵蚀沟削坡整形的治理措施，应建立在其基本情况的前提下进行。应根据侵蚀沟的特点，制定相应的削坡角度、形状等等，在削坡后还应采取一定的加固方式，如布设柳桩编篱谷坊、柳编护沟等措施，产生的多余土方可以直接平铺沟底。直线削坡，布设柳桩编篱谷坊措施，削坡角为35°，如图1所示。

图1 侵蚀沟桩号处削坡断面图

削坡工程量计算如式(1)：

V=[ (2L1+L2+L3)×H/2-

(L2+L3)×H/2]×L

(1)

式中：V为削坡土方，m3；L1为削坡宽度，m；L2为原沟道上口宽，m；L3为原沟底宽，m；H为沟道深度，m；L为沟道长，m。

削坡宽度为L=0.62 m，上口平均宽6.56 m，下口平均宽2.92 m，平均深1.08 m，经计算，项目区内有22条侵蚀沟进行削坡整形，其中直线削坡17条，直角削坡5条，削坡土方量为4944 m3。

(2)柳跌水。针对侵蚀沟沟头落差较大的侵蚀沟，采用柳条捆修建跌水坡，作为防冲排水通道，控制沟底下切和沟岸扩张，柳跌水的柳条铺设厚度为20cm，宽度为侵蚀沟沟底宽度与两侧沟坡长度之和。有9条侵蚀沟布设柳跌水9座，柳跌水长度共255 m，共1591 m2

柳跌水关键施工步骤为：柳跌水的边沿应用柳条捆压住，然后在沟道头段连续铺设，根据沟道的侵蚀沟沟头立地条件和跌差确定柳跌水的长度。接着采用人工施工削坡，然后在坡底端下逐级修筑。最底端的柳条梢方向应为顺流方向，用柳树桩钉牢，互相连成一个整体。最后在柳条投入使用后，应进行定期检查，如遇极端天气时，可加强检查频率并做好修复工作[5-6]。

(3)石笼干砌石沟头防护。沟头处布设石笼干砌石沟头防护，沟头处为一个过路涵洞的出口，即可以作为排水通道，又可以起到稳定沟床的作用。

浆砌石沟头跌水陡坡坡比1∶2，跌差4.6 m，陡坡长9.2 m(水平段8 m)，消力池长6.0 m，池深0.6 m，石笼干砌石护坡护底15 m。

(4)石笼干砌石谷坊。项目区根据实际情况布设石笼干砌石谷坊与其他治理侵蚀沟的措施相互配合治理侵蚀沟6条，共布置石笼干砌石谷坊16座。谷坊嵌入沟边1m，沟底0.5 m，谷坊尺寸如下：顶宽1 m，高2 m(地上1.5 m，地下0.5 m)，迎水坡1∶0.2，背水坡1∶0.5，坝体长7.17 m。本方案是石笼干砌石谷坊和其他治理措施结合治理侵蚀沟，根据侵蚀沟沟底比降等具体情况布设相应的谷坊，形成综合防治体系，更好的治理侵蚀沟，如图2所示。

(5)秸秆填沟。在黑土区域小型侵蚀沟恢复的治理措施中，最常用的方法是秸秆填沟。其具有便于机械化施工，恢复效果好等特点。对恢复耕地完整性，提高耕地利用率具有非常显著的作用。项目区共有5条侵蚀沟布置秸秆填沟措施，共需填方总量3481 m3，其中土方1393 m3，秸秆捆2088 m3(秸秆捆17 405个)，恢复耕地面积约0.42 hm2。

秸秆填沟的关键工序为：先对侵蚀沟进行削坡，在沟底间隔3m左右插一排木桩，沿沟底铺一层秸秆，秸秆捆尺寸(长×宽×高)0.6 m×0.4 m×0.5 m，沿沟底铺设1层。将多余土方平铺在上面，如图3所示。

2.2.2 植物措施

项目区共有16条侵蚀沟营造沟坡防蚀林，防止沟边坍塌，造林面积3.14 hm2，株距0.5 m，行距0.5 m，造林密度40 000株/hm2，苗木用量125 600株。

在沟坡和沟底布置防护林，造林图式见图4。

图4 防蚀林造林图示(单位：m)

造林技术措施：首先采用小穴整地方式造林整地，穴径0.2 m，穴深0.15 m，随整地随造林。一般选择在秋季造林，坑植插条，在沟底谷坊之间插灌木柳(柳条)。

3 效益分析

3.1 保水保土效益

水土保持措施的基础效益包括蓄水效益和保土效益两部分。根据《水土保持综合治理效益计算方法》(GB/T 15774—2008)等相关规范，采用各类型区的径流模数、侵蚀模数乘各项措施面积再乘各项措施的蓄水率、保土率是评价工程措施和造林工程蓄水、保土效益的主要参数，具体参数见表1。

表1 各项措施保水保土效益指标

根据表格数据可以分析出，蓄水保土能力符合设计和规范要求，项目的治理措施效果显著。年减少泥沙下泄量4785 t，土壤侵蚀模数将由治理前的1150 t/(km2·a)降低到1040 t/(km2·a)，减蚀率为9.60%。年可蓄水量0.95万m3，蓄水率0.11%。

3.2 社会经济效益

建设农场侵蚀沟道的治理，有效地控制了侵蚀沟积蓄切割耕地，改良土壤理化性状，使农田土壤环境向良性循环转化，提高了区内抗御自然灾害的能力。间接地提高了粮食产量，确保了居民具有较为适宜的生产生活的条件，提高了当地人民的生活水平。通过分析调查数据可以得出，本项目经济效益主要指灌木造林增产枝条量收入。项目区造林面积5.27 hm2，措施生效后年产柳条1976 kg，产生经济效益0.04万元[7-8]。

4 结 语

针对建设农场侵蚀沟发育特点和危害形式，采取工程和植物防治相结合的措施综合治理侵蚀沟，增强了沟道的行洪能力，使坡面来水安全的汇入河道，保证了侵蚀沟到所在流域的安全，改善当地群众生产生活条件，进而帮助群众增加收入。水土保持效益监测表明，随着水保措施的有序实施，坡耕地土壤侵蚀被有效控制，黑土耕地得到有效保护。但本项目在施工过程总也造成了一定的水土流失，今后将仍需要优化治理方案。