CN109930556A - 一种复合式谷坊水土保持方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合式谷坊水土保持方法，涉及一种谷坊水土保持方法。本发明是要解决现有的单一结构谷坊治理侵蚀沟道暴露的不同弊端。本发明沿着侵蚀沟道布设多个石谷坊；石谷坊建完半年后的第一个春季或秋季，在每个石谷坊的上游布设一个柳谷坊。本发明将石谷坊与植物谷坊有机结合，石谷坊在下游，植物谷坊在上游；石谷坊施工半年后上游段基本被径流携带的泥沙淤平形成淤积区，淤积区中的淤积土土质肥沃，适合植物生长，有利于植物谷坊成活并提高植物谷坊保存率，在解决侵蚀沟治理中植被恢复的问题的同时可减缓下游石谷坊抗冲压力，降低石谷坊水毁率。本发明复合式谷坊水土保持方法适用于漫川漫岗区和低山丘陵区等水土流失严重的侵蚀沟道的水土流失防治。

Description

一种复合式谷坊水土保持方法
技术领域
本发明属于农业生产技术领域，具体涉及一种复合式谷坊水土保持方法。
背景技术
水土流失是世界上的主要灾害之一，它破坏土地资源，造成生产力衰退和淤积；消耗有限水资源，形成干旱、洪涝等灾害，引起生态环境恶化，严重威胁着人类的生存和发展，成为各国普遍关注的问题。无论是发展中国家还是发达国家都不同程度地存在水土流失这一问题，且有向继续恶化的方向发展的趋势。据联合国粮农组织估算，全球发生水土流失的土地面积高达2500万km2，占陆地总面积的16.7％，每年流失土壤260亿t。我国水土流失面积为356万km2，占国土面积的三分之一。水土流失已成为造成土地退化的最主要原因之一，严重威胁着宝贵的表土资源和社会的可持续发展。
东北黑土区是我国最重要的粮食产区和最大的商品粮基地，承担我国50％以上城市人口粮食需求。但该区域出现了黑土严重退化问题，尤其是水土流失，加剧了土壤退化，损毁农田，严重损害了黑土农业的可持续发展，并威胁着东北商品粮基地地位。目前东北黑土区的水土流失面积27.6万km2，占土地总面积的26.8％，主要发生在已开垦的坡耕地，而且水土流失仍在发展，强度增加，面积不断扩大，导致黑土层变薄。据全国水利普查结果(2013)显示，东北黑土区内现有侵蚀沟29.56万条，沟壑占地3640.8km2，总长度195774km。东北黑土区虽然开发较晚，但由于其地理环境复杂、垦殖指数高以及不合理开发利用，其侵蚀沟发育速度在世界4大黑土带上都是罕见的，侵蚀沟的数量、深度和宽度均有增加的趋势，潜在危险性居全国首位。
全国水土保持中长期规划中已经将侵蚀沟治理工作增设为专项工程，其重点实施区域为东北黑土区。总结多年侵蚀沟治理经验我们发现：不同水土流失类型区侵蚀沟治理经验虽互有借鉴，但治理标准良莠不齐，防治效果各有优劣，措施集成度低，新工艺、新材料、新技术研发相对滞后。随着侵蚀沟专项治理工程的实施和深入，对于不同侵蚀类型区、不同发展阶段、不同主要侵蚀驱动因子影响的侵蚀沟治理工程，需要更加有效的关键技术支撑。因此，加强东北黑土区侵蚀沟水土保持建设，提升黑土坡耕地利用效率，是确保黑土农田的可持续发展和实现粮食增产能力建设的根本所在。
当前世界各国都在探讨沟道治理措施，尤其我国黑土侵蚀区，采用成本低而成效显著的治理办法已成为今后一段时期内的趋势。谷坊是侵蚀沟治理的重要措施，各地均有应用。但目前实施的谷坊结构单一，且实施时均为单一材料，均存在较大弊端。
侵蚀沟的治理主要采用跌水、谷坊和削坡等工程措施，其主要目标是制止坡面暴雨径流由沟头进入沟道或使之有控制地进入沟道，从而制止沟头前进，保护地面不被沟壑切割破坏；防止沟底下切，固定和抬高沟道侵蚀基准面，降低沟道坡比，减缓径流速度，减轻洪水灾害；防止沟岸扩展及产生滑坡，稳定沟坡；现已形成了一整套行之有效的适用于沟壑治理的水土保持综合治理技术，并纳入了中华人民共和国国家标准《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》(GB/T16453.3-2008)。
西部低山丘陵土壤保持区位于大兴安岭东南向松嫩平原过渡的低山丘陵地带，属农林牧交错区，地势由南向北逐渐抬升，海拔140～606m。属中温带大陆性季风气候，年降水量330～450mm。主要土壤有黑钙土、黑土、暗棕壤、草甸土等。区域总面积11349km2，其中耕地面积8497.57km2，林地面积856.69km2。水土流失类型主要为水力侵蚀，水土流失面积2434.48km2，占区域总面积的21.45％，水力侵蚀面积2381.88km2。现有侵蚀沟4807条，沟道密度0.13km/km2。本区水土保持主导基础功能为土壤保持、农田防护、拦沙减沙、人居环境维护。
中部漫川漫岗土壤保持区是黑龙江省大小兴安岭向松嫩平原过渡地带、典型黑土核心区，地形岗埠状起伏，丘谷相间，农业耕垦指数高，坡耕地比重大。海拔144～1060m，属中温带大陆性季风气候，年降水量300～650mm，主要土壤有黑土、黑钙土、白浆土等。区域总面积125617.64km2，其中耕地面积68679.46km2，林地面积25974.03km2。水土流失类型为水力侵蚀，水土流失面积40006.3km2，占区域总面积的31.85％。现有侵蚀沟48777条，沟道密度0.16km/km2。本区水土保持主导基础功能为土壤保持、农田防护和拦沙减沙。
发明内容
本发明是要解决现有的单一结构谷坊治理侵蚀沟道暴露的不同弊端，石谷坊防止了沟底进一步下切，稳定了沟岸，但恢复植被的根本性问题未得到解决；植物谷坊生长土壤质地不良、成活率低、稳定性差的技术问题，而提供一种复合式谷坊水土保持方法。
本发明的复合式谷坊水土保持方法是按以下步骤进行的：
一、沿着侵蚀沟道均匀布设多个石谷坊，石谷坊的迎水坡坡比为1:(0.1～0.2)，石谷坊的背水坡坡比为1:(0.5～1)，石谷坊的高度H为1.5m～2m，石谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度D为H的0.5倍～0.6倍，相邻两个石谷坊的间距L按下面公式计算得出：
L＝H/(i-iˊ)，
式中L的单位是m；
H的单位是m；
i是侵蚀沟道的沟床比降，单位是％；
iˊ是石谷坊淤满后不冲比降，单位是％；
二、石谷坊建完6个月之后如果是春季，则在这个春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是夏季，则在当年的秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是秋季，则在这个秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是冬季，则在第二年的春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
所述柳谷坊的高度为1m～1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为柳谷坊的高度的0.5倍～0.6倍。
本发明的石谷坊的高度H和相邻两个石谷坊的间距L均是采用常规石谷坊的定义方式。
本发明的柳谷坊的高度H是采用常规柳谷坊的定义方式。
石谷坊淤满后不冲比降是现有参数，表1为本领域常见的几种情况：
表1不同淤积物淤满后不冲比降
淤积物 粗砂(夹石砾) 粘土 粘壤土 沙土
比降/％ 2.0 1.0 0.8 0.5
本发明的优点是：
一、本发明主要针对治理漫川漫岗区和低山丘陵区水土流失严重的侵蚀沟道，将石谷坊与植物谷坊(柳谷坊)有机结合，优势互补。石谷坊在下游，植物谷坊在上游，隔半年施工；石谷坊施工后半年内石谷坊上游段基本被径流携带的泥沙淤平形成淤积区，淤积区中的淤积物多为汇水面积内流失的表土，土质肥沃，适合植物生长；在淤积区段修建植物谷坊，淤积物有利于植物成活，保证植物谷坊成活率和保存率；植物谷坊基本能百分百成活，五年内以植物谷坊形式存在，大概五年后与侵蚀沟结合为一体，成为植物带；保存完好且正常发挥效益的植物谷坊可进一步抬高侵蚀基础，对沟岸形成支撑，有效减小沟岸滑塌或崩塌的可能性，同时对上游来水起到拦蓄作用，成活植物的水源涵养功能将有力促进植物谷坊发挥保土蓄水功能，减轻下游石谷坊冲刷强度，降低石谷坊水毁情况发生的可能性，提高石谷坊保存率并促进其发挥蓄水保土功能。侵蚀沟治理的根本目的是让侵蚀沟占地区域再次利用，最好的方式就是恢复植被。本发明的复合式谷坊提供了一种侵蚀沟治理标本兼治的水土保持方法；
二、本发明是在侵蚀沟治理中将石谷坊与植物相结合，在现行的侵蚀沟治理技术中石谷坊或植物谷坊单一的结构均存在缺点，石谷坊防止了沟底进一步下切，稳定了沟岸，但恢复植被的根本性问题未得到解决；植物谷坊生长土壤质地不良、成活率低、稳定性差等问题；本发明提供一种复合式谷坊水土保持方法，能解决单一结构的缺点，同时稳定沟坡沟体；
三、本发明是侵蚀沟道防治与修复的新方法，修筑后的复合式谷坊在解决单一谷坊水毁程度高同时形成植被恢复，植物谷坊以灌木柳为主，在石谷坊上游形成的淤积区形成灌木丛，长势良好的灌木丛拦截流失土壤，抬高侵蚀基准，防治沟道下切的同时对沟道两岸土体形成支撑，防治沟道滑泄、坍塌，并且在保土的同时净化了水体，使生态环境进一步优化；
四、本发明的复合式谷坊中石谷坊与柳谷坊的施工是以机械作业为主，人工为辅，操作相对简单，工程造价较低，简单易行；
五、本发明的水土保持技术是在黑龙江省水土流失综合治理中不断总结创新研发出的，不但适用于漫川漫岗区，还可在我国其它类似地区水土保持生态建设中应用，是我国漫川漫岗区高质量可持续利用侵蚀沟道防治与修复的新模式，对国家粮食生产能力建设及生态环境建设，具有重要的意义。
本发明复合式谷坊水土保持方法适用于漫川漫岗区和低山丘陵区水土流失严重的侵蚀沟道的水土流失防治。
附图说明
图1为试验一的复合式谷坊水土保持方法的结构示意图，1为柳谷坊，2为淤积的土层，3为石谷坊，4为土层，5为侵蚀沟底；
图2为图1的A-A剖视图，1为柳谷坊，2为淤积的土层，4为土层。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种复合式谷坊水土保持方法，具体是按以下步骤进行的：
一、沿着侵蚀沟道均匀布设多个石谷坊，石谷坊的迎水坡坡比为1:(0.1～0.2)，石谷坊的背水坡坡比为1:(0.5～1)，石谷坊的高度H为1.5m～2m，石谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度D为H的0.5倍～0.6倍，相邻两个石谷坊的间距L按下面公式计算得出：
L＝H/(i-iˊ)，
式中L的单位是m；
H的单位是m；
i是侵蚀沟道的沟床比降，单位是％；
iˊ是石谷坊淤满后不冲比降，单位是％；
二、石谷坊建完6个月之后如果是春季，则在这个春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是夏季，则在当年的秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是秋季，则在这个秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是冬季，则在第二年的春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
所述柳谷坊的高度为1m～1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为柳谷坊的高度的0.5倍～0.6倍。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的石谷坊为浆砌石谷坊。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的石谷坊的迎水坡坡比为1:0.1。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中石谷坊建完6个月之后，在每个石谷坊的上游3m处布设一个柳谷坊。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中所述柳谷坊的高度为1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为柳谷坊的高度的0.5倍。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种复合式谷坊水土保持方法，如图1-图2所示，具体是按以下步骤进行的：
一、地点在哈尔滨市宾县麻地沟，2015年10月修筑石谷坊：沿着侵蚀沟道均匀布设多个石谷坊，石谷坊的迎水坡坡比为1:0.1，石谷坊的背水坡坡比为1:1，每个石谷坊的高度H为2m，石谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度D为1m，相邻两个石谷坊的间距L按下面公式计算得出：
L＝H/(i-iˊ)＝33.9m
式中L的单位是m；
H的单位是m；
i是侵蚀沟道的沟床比降，为6.7％；
iˊ是石谷坊淤满后不冲比降，为0.8％(粘壤土)；
步骤一中所述的石谷坊为浆砌石谷坊；
二、2016年4月，在步骤一中建立的每个石谷坊的上游3m处布设一个柳谷坊；所述的柳谷坊的高度为1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为0.8m。
本试验主要针对水土流失严重的侵蚀沟道，将石谷坊与植物谷坊(柳谷坊)有机结合，优势互补。石谷坊在下游，植物谷坊在上游，隔半年施工；石谷坊施工后半年内石谷坊上游段基本被径流携带的泥沙淤平形成淤积区，淤积区中的淤积物多为汇水面积内流失的表土，土质肥沃，适合植物生长；在淤积区段修建植物谷坊，淤积物有利于植物成活，有利于植物谷坊成活并提高植物谷坊保存率，；植物谷坊基本能百分百成活，五年内以植物谷坊形式存在，大概五年后与侵蚀沟结合为一体，成为植物带；保存完好且正常发挥效益的植物谷坊可进一步抬高侵蚀基础，对沟岸形成支撑，有效减小沟岸滑塌或崩塌的可能性，同时对上游来水起到拦蓄作用，成活植物的水源涵养功能将有力促进植物谷坊发挥保土蓄水功能，减轻下游石谷坊冲刷强度，降低石谷坊水毁情况发生的可能性，提高石谷坊保存率并促进其发挥蓄水保土功能。侵蚀沟治理的根本目的是让侵蚀沟占地区域再次利用，最好的方式就是恢复植被。本试验的复合式谷坊提供了一种侵蚀沟治理标本兼治的水土保持方法。

Claims (5)

1.一种复合式谷坊水土保持方法，其特征在于复合式谷坊水土保持方法是按以下步骤进行的：
一、沿着侵蚀沟道均匀布设多个石谷坊，石谷坊的迎水坡坡比为1:(0.1～0.2)，石谷坊的背水坡坡比为1:(0.5～1)，石谷坊的高度H为1.5m～2m，石谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度D为H的0.5倍～0.6倍，相邻两个石谷坊的间距L按下面公式计算得出：
L＝H/(i-iˊ)，
式中L的单位是m；
H的单位是m；
i是侵蚀沟道的沟床比降，单位是％；
iˊ是石谷坊淤满后不冲比降，单位是％；
二、石谷坊建完6个月之后如果是春季，则在这个春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是夏季，则在当年的秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是秋季，则在这个秋季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
石谷坊建完6个月之后如果是冬季，则在第二年的春季，在每个石谷坊的上游1m～5m处布设一个柳谷坊；
所述柳谷坊的高度为1m～1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为柳谷坊的高度的0.5倍～0.6倍。
2.根据权利要求1所述的一种复合式谷坊水土保持方法，其特征在于步骤一中所述的石谷坊为浆砌石谷坊。
3.根据权利要求1所述的一种复合式谷坊水土保持方法，其特征在于步骤一中所述的石谷坊的迎水坡坡比为1:0.1。
4.根据权利要求1所述的一种复合式谷坊水土保持方法，其特征在于步骤二中石谷坊建完6个月之后，在每个石谷坊的上游3m处布设一个柳谷坊。
5.根据权利要求1所述的一种复合式谷坊水土保持方法，其特征在于步骤二中所述柳谷坊的高度为1.5m，柳谷坊的上表面沿着侵蚀沟道长度方向的长度为柳谷坊的高度的0.5倍。
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