小流域沟道水土保持措施对位配置模式

刘 一

(内蒙古自治区呼伦贝尔市水利事业发展中心，内蒙古 呼伦贝尔 021000)

将水土保持对位配置技术应用到小流域沟道的保护和开发中，能够遏制小流域沟道本身存在的生态破坏、水土流失等问题，有利于恢复原有的生态环境，构建更加稳定的生态系统；还能提高小流域沟道各种资源的利用率，挖掘各种资源的利用价值，从而创造一定的经济效益。水土保持对位配置技术的应用将生态效益、经济效益和社会效益有机统一起来，成为现阶段保护和开发小流域沟道的一种有效措施。

1 研究区概况

研究区在内蒙古高原的西北方，位于E107°22′，N44°37′，面积为3713.5km2，地形以沟壑和塬地为主，海拔在600～1200m，属于典型的温带大陆性季风气候，年均气温4.6℃，年日照时长2800～3200h，多年平均降水量307mm，其中6—8月降水量占全年降水量的70%左右。由于地表植被稀疏，降雨集中在夏季，雨水冲刷使得塬面被不断蚕食，带来严重的水土流失问题，成为造成生态平衡失调和制约地方经济发展的主要原因。为保护生态环境，遏制水土流失，本文提出了适用于小流域沟道的水土保持对位配置措施，通过预防与治理相结合，生物措施与工程措施相结合的原则，切实提高了研究区沟道治理成效，为修复受损生态，实现生态与经济的同步发展提供了有益帮助。

2 小流域沟道水土保持措施对位配置技术

2.1 植物措施对位配置

掌握小流域沟道所在地区的海拔、降雨、积温、全年日照、土壤水分等数值，根据土壤类别、坡度坡向、降雨情况等划分出立地类型。在此基础上分别对乔木、灌木、草本植物的生态适宜度展开分析，并计算各类植物对当前立地环境的生态适宜度。生态适宜度的区间为[0，1]，当生态适宜度为1时，认为区域现状资源完全满足发展要求，即植物对立地环境的适应性最好；当生态适宜度为0时，认为区域现状资源完全不能满足发展要求，即植物对立地环境的适应性最差[1]。根据水土保持措施对资源环境要求的不同，可以将其分成3种类型。

2.1.1 类型一

假设水土保持对资源现状的适应性存在一个适宜区间[Pimin，Pimax]，在该区间范围内，资源现状的实际测度P越大越好，此时可以构建资源适宜度指数(Xi)的数学模型：

(1)

式中，Si表示i资源现状的测度；Ri表示i资源的风险性测定结果。

2.1.2 类型二

假设在资源能够充分供给的情况下，存在一个适宜区间[Pimin，Pimax]，并且该区间内有一个最适宜的点Pi，当该区间内资源现状的测度大于或小于Pi时都会成为限制因素，此时可以构建资源适宜度指数(Xi)的数学模型：

(2)

2.1.3 类型三

水土保持措施对资源现状的适宜性，既不存在最低阈值(Pimin)，也不存在最高阈值(Pimax)，但是有一个最适宜的值Pi，只要资源现状不等于Pi都会成为限制因素，此时可以构建资源适宜度指数(Xi)的数学模型：

(3)

考虑到区域发展的资源需求生态位是一个由若干种资源共同构成的多维度空间，在该空间中只要有任意一种资源无法满足需求的最低要求(即任意一种资源的生态适宜度为0)，则整个生态的适宜度为0，生态适宜度指数公式：

(4)

式中，Xj表示j发展措施的生态适宜性指数；Xij表示ij发展措施的生态适宜性指数；n表示发展措施的数量[2]。

2.2 工程措施对位配置

工程措施对位配置技术主要包含2方面内容：分析不同类型治沟工程及其自然地质状况，具体来说就是，参考国家有关部门出台的标准、规范，对于常见工程(如淤地坝、沉沙池、蓄水池等)的规格、地质条件、坝址选择条件等进行总结，为下一步开展工程措施生态位的研究提供依据；根据治沟工程的具体类别，寻找与之适配的对位配置模式，为下一步开展水土保持和生态修复提供帮助[3]。

3 小流域沟道水土保持措施对位配置技术的应用

3.1 植物措施对位配置技术的应用

3.1.1 沟道立地条件类型的划分

研究表明，即便是在同一个小流域内，由于沟壑的走向、深度、坡度以及坡面长度等因素存在明显差异，导致不同位置的水、光、热分配情况也会存在较为明显的差异，进而在1个小流域内形成若干个小气候，这是造成小流域内生物生长存在差异的原因之一；除此之外，采取的栽培方式，土壤的渗透能力，地表蓄水工程等因素，也会对水土保持能力产生直接影响，这是造成小流域内生物生长存在差异的原因之二[4]。为此，本文在研究小流域沟道水土保持植物措施对位配置技术时，充分考虑了小流域的坡向、坡度、土壤类型、日照时数、>10℃有效积温等6个影响植物生长发育的因子，以高原沟壑区气候观测数据为基础，计算6个因子并根据计算结果划分立地条件，如表1所示。

3.1.2 植物生态学特性分析

本研究中分别探究了乔木、灌木、多年生草本植物生长发育所学的生态条件，为了找出适合各种植物的最佳生态环境，共挑选了6项评价指标，分别是海拔、年均降雨量、>10℃有效积温、全年日照时数、土壤含水量和年均气温。乔木植物有刺槐、山杏、侧柏、毛白杨、粗枝云杉等；灌木植物有白刺、葡萄、沙棘、紫穗槐等；多年生草本植物有沙打旺、红豆草、披碱草、紫花苜蓿等。这里以灌木植物为例，其生长发育所需生态条件见表2。

表2 灌木树种最适宜的生长发育条件

3.1.3 植物种生态适宜度计算

根据式(1)～(4)对10种立地条件下的树种进行生态适宜度计算。结合内蒙古的植被分布情况来看，每种立地类型下适宜种植的植物有若干种，如立地类型A常见的树种有侧柏、刺槐、山杏、葡萄、文冠果等；立地类型B常见的树种有山桃、红柳、柠条、臭椿等；立地类型D常见的树种有山杨、毛白杨、华山松等；立地类型G常见的树种有三叶草、紫花苜蓿等。本文在计算不同立地类型下树种生态适宜度时，在每种立地类型下选择了1种具有代表性的树种，分别选择了海拔、年降雨量和全年日照实数3项指标计算了生态适宜度，统计结果见表3。

表3 树种生态适宜度指数计算表

生态适宜度的取值范围为[0，1]，计算结果越接近于1，说明该树种越适宜在当前立地条件生长。当生态适宜度为1时，说明该树种处于最佳生长环境；反之，当生态适宜度为0时，说明该树种不适宜在当前环境下种植。由表3可知，除了立地类型A的紫穗槐生态适宜度指数较低外，其余7种立地类型下的树种生态适宜度指数较高。

3.1.4 不同立地类型植物措施的对位配置模式

在植物措施对位配置模式下，除了考虑树种对立地条件的生态适宜度外，整地方式也会对植物的生长情况产生直接影响，进而决定了小流域沟道的生态治理效果[5]。通过计算得出，研究区是以种植的乔木树种有19种，灌木树种有8种，多年生草本植物有5种。在整地方式方面，从调查情况来看，研究区常用的整地方式有鱼鳞坑、水平阶、反坡台、穴状整地4种类型。除了立地类型A、B不需要整理外，立地类型C、D、G需要实施水平阶、反坡台整地工程；立地类型C适宜种植的树种有油松、侧柏、刺槐、臭椿、山杏、葡萄、沙棘等；立地类型D适宜种植的树种有柠条、红柳；立地类型G适宜种植的树种有山桃、旱柳、文冠果。立地类型E和H需要实施鱼鳞坑、穴状整地工程；立地类型E适宜种植的树种有紫穗槐、红豆草、沙打旺等；立地类型H适宜种植的树种有侧柏、三叶草等。

3.2 工程措施对位配置技术的应用

3.2.1 不同类型治沟工程的自然地质状况分析

根据降水情况、土壤类型、坡向坡度、地质条件等情况，适合的治沟工程措施也不尽相同。因此，在应用工程措施对位配置技术时，要坚持因地制宜的原则，保证工程措施的针对性。结合前期调查情况，研究区的治沟工程主要有3类，所需条件如下。

3.2.1.1 淤地坝

对于坝高在15m以下、库容不足10万m3、淤地面积在2hm2以下的小型淤地坝，可以直接修建在岩基上，或者是河床覆盖层这类透水性较差，承载力较强的地质条件上，坝址尽量选择在小支沟或者大支沟的上游。对于坝高在15m以上、库容超过10m3、淤地面积在2hm2以上的中大型淤地坝，要选择岩基或者坚实的土基上，要求土质坚硬，无滑坡塌方，坝址尽量选择在主沟的中下游或者支沟的下游。

3.2.1.2 蓄水池

通常布置在坡脚处或者是坡面的低洼处，蓄水池与截(排)水沟的末端连接，方便排水和蓄水。根据研究区的气候条件，一个坡面可以集中修建一个或分散修建多个蓄水池，要求蓄水池的总容量在5000～8000m3。蓄水池需要布置在岩性良好、施工较为便利的区域，最好是无裂缝、暗穴的砂砾层。

3.2.1.3 沉沙池

通常将沉沙池布置在蓄水池进水口的上游，保证截(排)水沟排出的水能够进入到沉沙池完成沉淀，留下底层的泥沙，将上层的清水排入到蓄水池中。

3.2.2 不同类型治沟工程对位配置模式

根据沟道的深度、型式等方面的不同，将沟道分成不同的级别和类型，同时制定相应的工程措施，为治沟工程对位配置提供依据。本文研究区的沟道分为3级，具体配置：将轻度割裂、半主沟型的沟道，划分为I级沟，可以建设小型淤地坝，其中个别面积在1km2以上、长度在50m以上的I级沟，选择沟口建设中型淤地坝；将中度割裂、半主沟或主沟型的沟道，划分为II级沟，可以选择在II级沟的下游修建中型坝；将重度割裂、主沟型的沟道，考虑到沟道回流面积可以达到10km2以上，可修建2座甚至更多的中型坝。

4 结语

对于植被较为稀疏，水土流失较为严重的小流域构造，根据因地制宜原则采取水土保持措施。在植物措施对位配置方面，要根据立地条件选择适宜的树种以及科学的整地方式，从而提高了植物的成活率和生长质量，更好地发挥水土保持作用；在工程措施对位配置方面，要根据沟道级别、类型以及地质条件，选择相应的布设方式，以提高沟道治理工程的实用性。研究区综合采取了植物措施和工程措施切实提高了水土保持效果，对减少夏季集中降雨时的地表径流，改善区域生态条件起到了积极帮助。