CN102792799A - 密沟治理法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水土流失治理和生态环境修复领域，特别涉及工程、土壤肥料、植物和农业等技术方法，是一种针对水土流失特点，以提高地力为中心，通过高密度布设水平跳沟，把完全彻底的降水蓄渗工程和简单高效的地力培育措施有机结合，具有极强的水土保持和生态修复能力的水土流失治理新模式。

Description

密沟治理法
技术领域
本发明属于水土流失治理和生态环境修复领域，特别涉及工程、土壤肥料、植物和农业等技术方法，是一种针对水土流失特点，以提高地力为中心，通过高密度布设水平跳沟，把完全彻底的降水蓄渗工程和简单高效的地力培育措施有机结合，具有极强的水土保持和生态修复能力的水土流失治理新模式。
背景技术
目前我国很多地方水土流失严重，在治理过程常用如下方法：
(1)封禁
即在划定区域实行封山育林、育草，全面禁止各种不利于水土保持的开发、采伐行为。适用于中、轻度水土流失治理。
(2)陡坡地小穴播草
即在陡坡地上挖小穴并播上草籽，以增加植物覆盖。
(3)等高草灌带
即在坡地水土流失区按等高线种植草类植物和灌木，以形成蓄水拦沙的等高草灌带。
(4)造林
一般通过挖穴方法在山坡地种植树木，以增加植被，改善生态。
(5)筑鱼鳞坑
即在存在较强水土流失的陡坡沟蚀区，沿沟挖筑大穴，在大穴内种树。鱼鳞坑的作用主要是蓄水拦土。
(6)乔灌篱沟蓄法
一种目前仍在研究阶段的黄土高原水蚀风蚀区水土流失治理技术，其水平条沟的间隔在30米——80米之间，条沟较宽、较深，有拦沙和排蓄水功能。
(7)山边沟
一种为了减轻水土流失危害，在山腰或山脚挖沟，以拦沙排水的水土流失治理措施。
(8)水平台地(或水平阶)
即在坡地上按等高线开平台，台地宽1-1.5m，具3°-5°反坡，上下台之间距离以造林行距为准，适用于15°-25°之间的坡面。
(9)修筑梯田(或称“坡改梯”)
即把坡地改造为梯田，先开挖水平台地，在水平台地外侧筑埂，内侧挖竹节状水沟，竹节沟具有蓄水和排水功能。“坡改梯”一般只能在25°以内的缓坡地上进行。
(10)常见水平沟
一般在15°-25°之间的坡地上开挖，一般条沟间隔3-5米，以蓄水拦沙。
现行常见水土流失治理措施存在“三保”能力不强，地力提高慢等诸多问题。
(1)“三保”能力方面
水土流失区基本上都是地力低下的“三跑”(即跑水、跑土、跑肥)地，“三跑”问题不解决，采用传统方法植树种草，很难在短期内形成良好的植被覆盖，即便能最终形成良好的植被覆盖，也难以解决细沟径流造成的林下或草下水土流失，在此条件下的地力培育更是一顶长期而艰难的工作。因此，在中强度以上水土流失区单纯植树种草只是“触其皮”，提高地力才是“动其心”。提高地力的关键是变“三跑”为“三保”(即保水、保土、保肥)，“三保”之中，又以“保水”为最关键，因为水保住了，土肥就没有流失的动力，也自然保住了。修筑梯田治理效果好，但只能在缓坡地上进行；开挖条沟是坡地蓄水的好方法，但目前包括“坡改梯”在内带有水平沟的治理措施一般只能在小于25°坡地上进行，同时普遍存在密度和容积不足问题，又因设计上都有排水和拦沙上的考虑，致使条沟存在保水不足和容易因泥沙淤积失效等种种缺陷。本发明通过高密度布设条沟，使条沟的总体功能产生质的飞跃：一是可以吸纳全年降水，化水害为水利；二是可以使条沟纵向间距小，使之可以在陡坡地上适用，同时由于条沟之间的坡度很低，坡长很短，条沟难以被泥沙淤积失效，稳定性强，从而迅速并长期解决水土流失区的水土保持；三是可以利用稳定有效的水平条沟快速形成良好的微观生态环境，为配套植物措施或农业措施的实施和地力提升创造优越的条件。
(2)综合成本方面
目前常见的水土流失治理措施普遍存在“三保”能力不强，治理时间长和后继管理要求高等问题，本发明的条沟开挖成本虽然相对较高，但解决水土流失立竿见影，治理效果极好，投入产出比好，综合成本并不高。
发明内容
本发明是针对以上问题，寻求一种效果好的水土流失治理方法，即：密沟治理法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)根据短历时最大降水量确定条沟总容量
每亩条沟总容积不小于最大降雨时形成的总径流量，设计时按暴雨总降水量与总径流量相等的安全原则确定条沟总容积。根据闽西历史记载的降水量分析，将10年一遇的3小时最大降水量设定为90mm[根据习惯，将条沟规格和布局以米(m)和亩(666.7m2)作单位进行描述说明]。
每亩条沟设计总容积V＝10年一遇3小时最大降水量h(mm)÷1000×666.7(m2)＝90÷1000×666.7＝60m3
(2)根据条沟总容积确定条沟面积、总长和总条数
每亩条沟总面积S＝V÷条沟深度R＝60÷0.4＝150m2
注：条沟深度可因地制宜，沟浅则沟宜宽，如设计沟深为0.3m，则每亩条沟总面积为200m2。考虑到沟深对水土流失区开挖条沟后的沟内小气候(小生态)的影响，条沟深度建议为0.2m-0.5m之间。
每亩条沟总长L＝S÷条沟宽度f
             ＝150m2÷0.5m＝300m
每亩条沟数量t＝L÷条沟长度A
             ＝300m÷3m＝100(条)
注：条沟宽度指平均条沟宽度，要因地制宜，主要影响施工难度。条沟长度因地制宜，主要由地形和施工难度决定。
(3)确定条沟间距和布局
考虑到坡地土壤在大暴雨条件下形成的径流量和流速对条沟稳定性的影响，条沟纵向间隔Q宜小，一般水平投影长度不大于1m，本发明以1m设计，则：
条沟横向间隔y＝666.7÷每亩条沟数t÷(条沟纵向间隔Q+条沟宽度f)-条沟长度A＝666.7÷100÷(1+0.6)-3＝4.17-3≈1.2(m)
水平条沟布局方式(参见附图①、附图②)
①每一条沟的规格：长3m，深0.4m，上口宽0.6m，下口宽0.4m。
②每一条沟按水平等高线开挖，条沟间横向间隔1.2m。
③条沟纵向间隔1m，即纵向水平投影1.6m布设一排等高水平条沟。
④品字型布局：即上一条条沟中心线对准下一排条沟的横向间隔中心，上下三条条沟呈“品”字型布局。
(4)开挖顺序：条沟开挖施工应从山顶开始，按等高水平顺序逐步向山脚方向移动。
(5)工程安全性评价：水平条沟的高密度布局设计，使所有降水均转化为土壤水分和地下水，完全消除了暴雨条件下坡地地表径流汇集山谷引发泥石流和其他洪灾的风险。同时，相对于自然状态下坡地地形地质不匀称和降水汇流分布不匀称的联合作用而言，因高密度布设条沟致使土壤水分的均衡下渗可以减轻山体滑坡风险。
(6)种草植树，培育地力：按一般农业措施，在水平沟内和沟埂台地播植多年生草本植物，不断施肥增效(可通过土壤理化分析有针对性地施肥和改良土壤)，5年左右可以实现地表腐殖质全覆盖，平均厚度达5cm以上，地力恢复到优质林地水平。在种草植树时应该优先选择抗逆性强、生长旺盛的植物，或者具有根瘤菌或其他固氮菌的植物(如豆科牧草、杨梅等)。马尾松可以在开沟当年在沟埂台地种植，阔叶树种宜在第二年地力有所恢复时种植。因为本发明通过高密度布设水平条沟已经实现“三保”(保水、保土、保肥)，受经费限制时，也可以不植树，仅靠天然植物下种逐步实现植被更新和生态修复。
发明的效果
1、化水害为水利，彻底改变自然水循环方式
水是生命之源、生态之基、生产之要，又是造成水土流失的直接动力。通过高密度布设水平条沟，每亩条沟的设计总容积可达60m3，而10年一遇3小时最大降水量不过85mm，每亩降水量总计不足60m3，完全能吸纳全年降水，在大暴雨条件下也不会形成有影响的地表径流，从而在全面消除因降水造成的水土流失的同时，还把全年降水转化为土壤水分和地下水，彻底改变了自然水循环方式，这对全面修复生态，快速提高地下水储备和江河常水，应对全球气候变暖引起的极端气候影响，实现人水和谐均具有十分重要的意义。其治理水土流失的彻底性和明显的宏观生态效应是其他水土流失治理措施所不可比拟的。以闽西地区年均降水1650mm计算，如忽略水分蒸散作用，每亩水土流失地可以蓄水1100m3，每平方公里达到165万m3，其蓄水量相当于10座小(二)型水库的库容。相对于山塘、水库，本发明以较少的投入和无虞溃坝的更安全方式，将大部分蓄水以″润物细无声″的均匀渗透方式转化为土壤水分和地下水，其生态效益是建造山塘、水库所不可比拟的。
2、变坡地为结构稳定的沟台结合地，为生态演进提供稳定而优越的沟地条件
由于水平条沟的高密度布局设计，纵向间距小，平均条沟宽度约为0.5m，容易在大于25°的陡坡地上开挖，可以大幅缩短山坡地的坡长，降低坡度，在大暴雨条件下也不会形成有效的地表径流带走泥沙，使条沟不因淤积泥沙失效。本发明的这一特点使之能够把不同坡度的坡地均可转变为结构稳定的沟台结合地，进行沟种，成为全年均可采用的具有较强时空适用性的治理措施，为后续植物措施的采用创造稳定而优越的条件。本发明的较强时空适用性明显优于现有治理技术。
3、使水平条沟成为全面提高地力和快速修复生态的中心
由于高密度布设的水平条沟能够有效吸纳全年降水、植物枯萎凋落物，并为化肥的持续使用提供极为便利的条件和高效转化空间，沟边台地良好的光热资源也可以被在沟内迅速长出的植物利用，使水平条沟成为水土流失区均匀分布的水肥贮存库和地力增长中心，可以使地表腐殖质厚度每年增加1cm，快速提高地力和修复生态。本发明的这一特点明显区别于仅作为工程措施的水平沟功能，充分挖掘并超越了现有技术对水平沟的生态治理潜能。
综上，本发明是一种针对水土流失特点，以提高地力为中心，通过高密度布设水平条沟，把完全彻底的降水蓄渗工程和简单高效的地力培育措施有机结合的水土流失治理新模式。这一新模式，具有简单有效，适用性强易推广，全年不分季节均可施工，以及极强的水土保持和生态修复能力，治理成效短、平、快。本发明的广泛实施，可以迅速有效地把水土流失治理工作从一般水平的土壤保持转移到更为科学、更高水准的土壤改良和生态修复上来。假设在我国亟需治理的180多万平方公里水土流失面积中有5％的面积(指中强度以上水力侵蚀区)推广实施本发明，虽需投入2000多亿元，却能产生巨大的社会、经济和生态效益，如：每年贮水保水量超过10座三峡大坝的最大库容，每年保土5亿吨，新增优质林地9.6万平方公里(相当于韩国的国土面积)，每年综合经济效益1000亿元以上，新增就业1400多万，极大改善水土流失区生态环境，抵御全球变暖带来的极端气候影响，在防汛抗旱、增加地下水供给和预防江河断流等方面都具有重大作用。由此推测，根治黄河水患，可能非密沟治理法莫属。
附图说明
图1是根据本发明提出的密沟治理法的条沟规格图；
图2是根据本发明提出的密沟治理法的条沟平面布局图。
具体实施方式
以下结合附图进一步详细描述本发明的密沟治理法。
(1)根据短历时最大降水量确定条沟总容量
每亩条沟总容积不小于最大降雨时形成的总径流量，设计时按暴雨总降水量与总径流量相等的安全原则确定条沟总容积。根据闽西历史记载的降水量分析，将10年一遇的3小时最大降水量设定为90mm[根据习惯，将条沟规格和布局以米(m)和亩(666.7m2)作单位进行描述说明]。
每亩条沟设计总容积V＝10年一遇3小时最大降水量h(mm)÷1000×666.7(m2)＝90÷1000×666.7＝60m3
(2)根据条沟总容积确定条沟面积、总长和总条数
每亩条沟总面积S＝V÷条沟深度R＝60÷0.4＝150m2
注：条沟深度可因地制宜，沟浅则沟宜宽，如设计沟深为0.3m，则每亩条沟总面积为200m2。考虑到沟深对水土流失区开挖条沟后的沟内小气候(小生态)的影响，条沟深度建议为0.2m-0.5m之间。
每亩条沟总长L＝S÷条沟宽度f
             ＝150m2÷0.5m＝300m
每亩条沟数量t＝L÷条沟长度A
             ＝300m÷3m＝100(条)
注：条沟宽度指平均条沟宽度，要因地制宜，主要影响施工难度。条沟长度因地制宜，主要由地形和施工难度决定。
(3)确定条沟间距和布局
考虑到坡地土壤在大暴雨条件下形成的径流量和流速对条沟稳定性的影响，条沟纵向间隔Q宜小，一般水平投影长度不大于1m，本发明以1m设计，则：
条沟横向间隔y＝666.7÷每亩条沟数t÷(条沟纵向间隔Q+条沟宽度f)-条沟长度A＝666.7÷100÷(1+0.6)-3＝4.17-3≈1.2(m)
水平条沟布局方式(参见附图①、附图②)
①每一条沟的规格：长3m，深0.4m，上口宽0.6m，下口宽0.4m。
②每一条沟按水平等高线开挖，条沟间横向间隔1.2m。
③条沟纵向间隔1m，即纵向水平投影1.6m布设一排等高水平条沟。
④品字型布局：即上一条条沟中心线对准下一排条沟的横向间隔中心，上下三条条沟呈“品”字型布局。
(4)开挖顺序：条沟开挖施工应从山顶开始，按等高水平顺序逐步向山脚方向移动。
(5)工程安全性评价：水平条沟的高密度布局设计，使所有降水均转化为土壤水分和地下水，完全消除了暴雨条件下坡地地表径流汇集山谷引发泥石流和其他洪灾的风险。同时，相对于自然状态下坡地地形地质不匀称和降水汇流分布不匀称的联合作用而言，因高密度布设条沟致使土壤水分的均衡下渗可以减轻山体滑坡风险。
(6)种草植树，培育地力：按一般农业措施，在水平沟内和沟埂台地播植多年生草本植物，不断施肥增效(可通过土壤理化分析有针对性地施肥和改良土壤)，5年左右可以实现地表腐殖质全覆盖，平均厚度达5cm以上，地力恢复到优质林地水平。在种草植树时应该优先选择抗逆性强、生长旺盛的植物，或者具有根瘤菌或其他固氮菌的植物(如豆科牧草、杨梅等)。马尾松可以在开沟当年在沟埂台地种植，阔叶树种宜在第二年地力有所恢复时种植。因为本发明通过高密度布设水平条沟已经实现“三保”(保水、保土、保肥)，受经费限制时，也可以不植树，仅靠天然植物下种逐步实现植被更新和生态修复。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.密沟治理法，其特征在于治理方法如下：
(1)根据短历时最大降水量确定条沟总容量
每亩条沟总容积不小于最大降雨时形成的总径流量，设计时按暴雨总降水量与总径流量相等的安全原则确定条沟总容积
(2)根据条沟总容积确定条沟面积、总长和总条数
(3)确定条沟间距和布局，考虑到坡地土壤在大暴雨条件下形成的径流量和流速对条沟稳定性的影响，条沟纵向间隔Q宜小，一般水平投影长度不大于1m，本发明以1m设计，则：条沟横向间隔y＝666.7÷每亩条沟数t÷(条沟纵向间隔Q+条沟宽度f)-条沟长度A＝666.7÷100÷(1+0.6)-3＝4.17-3≈1.2(m)
水平条沟布局方式(参见附图①、附图②)
①每一条沟的规格：长3m，深0.4m，上口宽0.6m，下口宽0.4m。
②每一条沟按水平等高线开挖，条沟间横向间隔1.2m。
③条沟纵向间隔1m，即纵向水平投影1.6m布设一排等高水平条沟。
④品字型布局：即上一条条沟中心线对准下一排条沟的横向间隔中心，上下三条条沟呈“品”字型布局。
(4)开挖顺序：条沟开挖施工应从山顶开始，按等高水平顺序逐步向山脚方向移动。
(5)工程安全性评价：水平条沟的高密度布局设计，使所有降水均转化为土壤水分和地下水。
(6)种草植树，培育地力：按一般农业措施，在水平沟内和沟埂台地播植多年生草本植物，不断施肥增效。
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