以略陽縣梯田建設(shè)為例探析秦巴山區(qū)坡耕地水土流失治理

劉繼榕

（略陽縣水土保持工作站，陜西 略陽 723200）

梯田對涵養(yǎng)水源，提高土地生產(chǎn)力，促進農(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用。根據(jù)國家發(fā)改委、水利部《全國坡耕地水土流失綜合治理“十三五”專項建設(shè)方案》，陜西省略陽縣白水江被列入2017 年項目進行實施。結(jié)合實際，現(xiàn)就白水江坡耕地水土流失治理梯坎田方案進行探析。

1 概況

白水江項目區(qū)位于秦巴山區(qū)的略陽縣白水江鎮(zhèn)，是嘉陵江周邊低山丘陵重點治理區(qū)。項目涉及鐵佛寺村、林家山村、權(quán)力村和梁家灣村等4 個行政村。土地總面積8.58 km2，人口4597 人，現(xiàn)有坡耕地228.3 hm2，人均基本農(nóng)田0.005 hm2?，F(xiàn)有水土流失面積4.36 km2，占當?shù)孛娣e的50.83%。土壤侵蝕類型以中度和強度為主，平均土壤侵蝕模數(shù)為2854 t/（km2·a），年均土壤侵蝕量1.24 萬t。水土流失地塊主要來源于坡耕地、疏林地和荒山荒坡。

2 水土特點與存在問題

2.1 水土特點

項目區(qū)系昆侖秦嶺地槽褶皺系南秦嶺加里東褶皺帶晉寧運動后形成了略陽至勉縣的深斷裂帶[1]，山勢較陡，高差懸殊，坡面溝系發(fā)育。經(jīng)多水系沖積和坡積雙重影響，形成了土層深厚的坡耕地和溝臺地，主要分布在河溝兩岸。土壤多為棕壤、黃棕壤土，山頂、半山以粗骨性黃棕壤為主，透氣性好，有機質(zhì)含量中等。耕地土層深厚，平均在10 m 左右，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實施坡改梯工程。坡耕地占耕地面積的91.83%，面積相對集中成片，地面坡度多在5°～15°之間，易于實施。

2.2 存在問題

略陽縣坡耕地主要存在以下問題：一是梯田面積較少。項目區(qū)內(nèi)山高坡陡，坡耕地占總耕地比重較大，治理難度大；二是梯田建設(shè)標準偏低。梯田配套水系工程、道路措施不到位，未充分發(fā)揮治理效益。已有梯田大多為老舊梯田，梯田田面不平整，地塊窄小，田坎單薄，損毀嚴重，不利于抗旱增產(chǎn)與農(nóng)業(yè)機械化；三是現(xiàn)有梯田的綜合經(jīng)營及開發(fā)利用程度不夠。坡耕地水土流失綜合治理措施科技含量不高，缺乏有效的治理坡耕地水土流失的新方法和新模式。治理缺乏綜合性，重建設(shè)，輕管護，經(jīng)營開發(fā)效益有待進一步提高。

3 梯田方案確定

3.1 建設(shè)任務(wù)及目標

根據(jù)項目區(qū)水土特點及梯田存在問題，按照坡耕地水土流失綜合治理和治理水土流失，恢復生態(tài)環(huán)境的目標及要求，綜合布設(shè)坡耕地水土流失綜合治理各項水土保持措施，實施坡耕地水土流失治理總面積166.67 hm2，其中石坎梯田90.83 hm2，預制L 型薄板護坎梯田4.45 hm2，木樁護坎梯田1.08 hm2，鉛絲石籠護坎梯田1.68 hm2，土工格室護坎梯田2.23 hm2，土坎梯田66.4 hm2。

通過治理使得項目區(qū)坡耕地綜合治理程度達到73%，保水能力增加75180 m3，保土能力增加9055 t；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力進一步提高，糧食增產(chǎn)能力達60 萬kg，人均年純收入增加714 元以上。

3.2 梯田方案確定

本次梯田工程建設(shè)任務(wù)為166.67 hm2，根據(jù)地面坡度、當?shù)氐氖蟻碓春推赂刂卫斫?jīng)驗，選取石坎梯田和土坎梯田三種方式較為合適。項目區(qū)距城區(qū)遠，但交通便利。鐵佛寺村、林家山村和梁家灣村附近有石料來源，距離約5 km。為貫徹“柔性水?！崩砟?，在權(quán)力示范點采取適當?shù)娜嵝宰o坎措施，示范預制L 型薄板護坎梯田、木樁護坎梯田、鉛絲石籠護坎梯田和土工格室護坎梯田。

對5°～15°的坡耕地集中建設(shè)石坎梯田、預制L 型薄板護坎梯田、木樁護坎梯田、鉛絲石籠護坎梯田、土工格室護坎梯田，其余建設(shè)為土坎梯田。在治理過程中，與灌溉渠道、田間道路、植物護埂等工程配套，并同步施工，達到水土保持綜合治理的要求，使梯田耕作區(qū)能增產(chǎn)、增收，提高經(jīng)濟效益。

4 梯田設(shè)計

根據(jù)《陜西省坡耕地水土流失綜合治理工程實施方案編制大綱》，結(jié)合當?shù)毓こ虒嶋H情況及工程投資，確定項目區(qū)坡改梯治理措施分別采用石坎梯田、L 型預制薄板筑坎梯田和土坎梯田等形式。

4.1 石坎水平梯田

根據(jù)不同的地面坡度，其石坎坎高，地面寬度也不同。地面坡度5°～10°時田面寬度14 m，石坎高度1.3 m；地面坡度10°～15°時田面寬度11 m，石坎高度2.54 m；石坎埋深0.3 m。以上石坎梯地還必須保證地面水平，熟土覆蓋0.2 m～0.4 m，石坎走向大彎就勢，小彎取直，符合地形實際。

（1）石坎梯田斷面設(shè)計見圖1。

圖1 5°～15°石坎水平梯田典型設(shè)計圖

圖中，石坎高度H=L·Sinα

原坡面斜寬：L=H/Sinα

石坎占地寬：b=H cotβ（β 為梯地石坎坡度，根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗取79°）

地面毛寬：Bm=H cotα

石坎高度：H=Bmtanβ

梯地面凈寬：B=Bm-b=H（cotα-cotβ）

（2）梯地土石方量的計算

地面土方量計算，按地面內(nèi)挖填方相等計算，其挖、填方斷面面積為S，石坎斷面面積S石坎，每條石坎長度L：

每1 hm2土方量：V=SL=1/8HB×10000/B=1250H

每1 hm2石方量：V石=S石坎L=S石坎10000/B

經(jīng)計算，地面坡度7°修建1 hm2梯地所需土方量和石方量分別為2150 m3和461 m3；地面坡度11°修建1 hm2梯地需土方量和石方量分別為2675 m3和892 m3。

（3）石坎外邊坡的確定

石坎外邊坡的取值，直接關(guān)系到地坎的穩(wěn)定性，主要受梯地地坎坡度、地坎高度、土壤的內(nèi)聚力、土壤的內(nèi)摩擦角、土壤的濕容重、地面的外部荷載等因素的影響，根據(jù)經(jīng)驗，石坎梯地的外邊坡一般控制在1∶0.2。

該項目區(qū)共新建石坎梯田90.83 hm2，其中原地面坡度5°～10°修建梯田48.69 hm2，原地面坡度10°～15°修建梯田42.14 hm2；共計需土方量238485.2 m3，石方量63281.3 m3。

4.2 預制L 薄板護坎梯田

在預制L 薄板護坎梯田內(nèi)容建設(shè)中，權(quán)力村權(quán)力圈綜合治理點最為典型，所以以此項目點進行分析。權(quán)力村權(quán)力圈綜合治理點區(qū)域內(nèi)無石場，外購石料距離長，運費高，經(jīng)濟效益低。結(jié)合該區(qū)域多年建設(shè)經(jīng)驗，在面積較大、坡度較緩、石料來源不易，但沙料、石子（河灘分布廣、儲量大）豐富的地區(qū)，造價相對石坎低。并且通過略陽縣采用混凝土預制件筑坎的多年運行情況來看，效果較好，故本次設(shè)計在項目區(qū)內(nèi)采用一定數(shù)量的預制L 薄板護坎梯田。

預制L 薄板護坎主要采用斷面兩翼寬30 cm，長度50 cm，厚度5 cm 左右，內(nèi)側(cè)倒圓角，采用C20 混凝土預制；為保證穩(wěn)定形，預制件不宜超過6 層，一般限制高度3 層（坡耕地5°～10°）至4 層（坡耕地10°～15°），田坎高可為1.0 m～1.3 m。砌筑時每層的預制板平行咬合緊密排列，每2 層之間預制板錯縫排列，每層錯后10 cm，回填土后栽植單排黃花菜護埂，埂坎頂部栽植雙排黃花菜護埂。設(shè)計典型見圖2。

項目區(qū)權(quán)力圈綜合治理點規(guī)劃新修5°～10°預制L 薄板護坎梯田4.45 hm2，需土方量10714.05 m3，預制混凝土構(gòu)建砼方量381.4 m3，植物護埂16 km。

圖2 5°～10°預制L 薄板護坎梯田典型設(shè)計圖

4.3 木樁護坎梯田設(shè)計及工程量計算

權(quán)力村權(quán)力圈綜合治理點周邊林地面積大，青岡、油松、側(cè)柏、楊樹、紅椿、櫟類等樹木豐富。故本次設(shè)計在項目區(qū)內(nèi)采用一定數(shù)量的木樁護坎梯田作為新型護坎技術(shù)示范。木樁直徑10 cm 左右，長度150 cm，間距20 cm。木樁埋深50 cm，坡度控制在80°。田坎上種植1 行黃花進行護埂，株距0.2 m，種植密度為5000 株/km。設(shè)計典型見圖3。項目區(qū)權(quán)力圈綜合治理點規(guī)劃新修5°～10°木樁護坎梯田1.08 hm2，需土方量1349.9 m3，護坎木樁6626 根，植物護埂1.3 km。設(shè)計情況見圖3。

圖3 5°～10°木樁護坎梯田典型設(shè)計圖

4.4 鉛絲石籠護坎梯田設(shè)計及工程量計算

權(quán)力村權(quán)力圈綜合治理點緊鄰青泥河，河灘分布廣，沙料、石子儲量豐富。故本次設(shè)計在項目區(qū)內(nèi)采用一定數(shù)量的鉛絲石籠護坎梯田作為新型護坎技術(shù)示范。鉛絲石籠采用鍍鋅鋼絲，按設(shè)計尺寸由廠家編織，單體規(guī)格寬40 cm，高50 cm，長度1.0 m。鉛絲籠面絲直徑2.7 mm，邊絲直徑3.4 mm，網(wǎng)孔尺寸6 cm×8 cm?；\內(nèi)采用塊石和卵石填充，石料尺寸不小于6 cm。單個鉛絲籠展開面積2.2 m2，砌筑石籠時埋深0.2 m。坡耕地5°～15°時限制高度3 層。砌筑時每層的鉛絲籠平行咬合緊密排列，每2 層之間預制板錯縫排列，每層錯后15 cm。項目區(qū)權(quán)力圈綜合治理點規(guī)劃新修10°～15°鉛絲石籠梯田1.68 hm2，需土方量2729.9 m3，鉛絲石籠1507.2 m3。

4.5 土工格室護坎梯田設(shè)計及工程量計算

權(quán)力村權(quán)力圈綜合治理點坡耕地坡度較緩，當?shù)亟邓夂蜻m合于草本植物的快速生長。故本次設(shè)計在項目區(qū)內(nèi)采用一定數(shù)量的土工格室護坎梯田作為新型護坎技術(shù)示范。土工格室是由強化的HDPE(高密度聚乙烯)片材料，經(jīng)高強力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)，設(shè)計網(wǎng)格規(guī)格20 cm×20 cm×10 cm，片材厚度1.1 mm。土工格室頂網(wǎng)格用木樁固定，木樁直徑5 cm～8 cm, 長度50 cm，間距60 cm。田坎邊坡一般控制60°～70°。田坎上種植1 行黃花護埂，株距0.2 m，種植密度為5000 株/km。土工格室內(nèi)填土，撒播早熟禾，種植密度為20 kg/hm2。項目區(qū)權(quán)力圈綜合治理點規(guī)劃新修5°～10°土工格室梯田2.23 hm2，需土方量3975.6 m3，土工格室3573.8 m2，錨固木樁3507 根，植物護埂2 km。

4.6 土坎梯田設(shè)計

土坎梯田設(shè)計如石坎水平梯田一樣，具體不細述，但需對其穩(wěn)定性進行驗證。本次驗證采用整體圓弧滑動法土坡穩(wěn)定性分析進行驗證，該項目區(qū)坡耕地土層多為棕壤、黃棕壤土，根據(jù)試驗，土壤內(nèi)摩擦角Ψ=16°，土壤粘聚力c=10 kPa～12 kPa，土壤容重r=18 kN/m3。該項目區(qū)以田坎最大高度H＝2.32 m，田坎側(cè)坡α=75°（1∶0.25）來進行穩(wěn)定性驗證，根據(jù)穩(wěn)定性Ns 計算圖，查得當田坎側(cè)坡α=75°，土壤內(nèi)摩擦角Ψ=16°時，穩(wěn)定數(shù)Ns=0.15，所以土坡最大高度：

因此，土坡最大高度大于設(shè)計最大高度2.32 m，該梯田的邊坡是穩(wěn)定的。為了增加埂坎的穩(wěn)定性，同時發(fā)展地坎經(jīng)濟，在土坎梯田埂坎頂部栽植雙排黃花菜護埂。項目區(qū)新修土坎梯田66.39 hm2，其中5°～10°土坎梯田30.77 hm2，10°～15°土坎梯田35.62 hm2，需土方量2196104.7 m3。

5 結(jié)語

秦巴山區(qū)，山高坡徒，水土流失嚴重，人林爭地矛盾突出。文章以略陽縣白水江坡耕地水土流失治理項目為例，提出采用六種梯田建設(shè)方式，促進區(qū)內(nèi)坡耕地建設(shè)，擴大梯田面積，既有利于保水、保土，改善生態(tài)環(huán)境，又有利于增加當?shù)厝罕娛杖耄瑪U大耕地面積，便于勞作，可謂是一舉雙贏的好事，為秦巴山區(qū)的水保治理探索出了一條新路子。