棲龍灣水土保持科技示范園建設(shè)與創(chuàng)新

李新建，趙劍鋒，張衛(wèi)東，亓傳琢，李 菁，韓 云

(1.萊蕪市水土保持辦公室，山東 萊蕪 271100;2.萊蕪市萊城區(qū)水土保持辦公室，山東萊蕪 271100)

1 示范園概況及建設(shè)目標

1.1 示范園概況

棲龍灣水土保持科技示范園位于山東省萊蕪市北部，地處魯中南中低山丘陵區(qū)，屬北方土石山區(qū)水土流失類型區(qū)，園區(qū)面積110.27 hm2，地形地貌、水土流失狀況具有典型性，能夠代表山東省重點治理區(qū)(魯中南中低山丘陵區(qū))和我國北方土石山區(qū)的生態(tài)環(huán)境及水土流失的主要類型、程度、危害。示范園自2005年開始由山東農(nóng)業(yè)大學、山東省水科院與萊蕪市水土保持辦公室共同規(guī)劃建設(shè)，截至目前已經(jīng)完成水土流失綜合治理面積102.49 hm2，其中：建設(shè)石坎水平梯田 3.1 hm2，栽植水保林 30 hm2，建果園13.28 hm2，封育治理56.11 hm2，建成徑流試驗小區(qū)25個、庫容16萬m3治溝骨干工程1座、蓄水谷坊7座、蓄水池4座，配備風力提水機4臺，發(fā)展節(jié)水灌溉面積10 hm2，新建道路4.5 km，共計投入1 000多萬元。2007年，棲龍灣被水利部列為“全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目典型小流域和典型監(jiān)測點”;2012年2月，棲龍灣被水利部命名為國家級水土保持科技示范園。

1.2 示范園建設(shè)目標

示范園以高起點、高標準、高水平水土保持生態(tài)科教園為目標，建成集水土保持科學研究、技術(shù)示范、科普教育為一體的水土保持科學試驗研究基地和具有魯中南地域特色的水土保持技術(shù)示范基地，探索新時期中低山丘陵區(qū)水土保持生態(tài)治理與發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟相結(jié)合的途徑與模式，為北方土石山區(qū)乃至全國水土保持生態(tài)建設(shè)提供示范樣板，為普及水土保持知識，提高全社會的水土保持意識，探索人與自然協(xié)調(diào)和諧的途徑積累經(jīng)驗、提供示范，使其成為廣大科技人員、中小學生、民眾等參觀學習的戶外教室，成為北方水土保持試驗研究、科技示范、知識宣傳、技術(shù)培訓、休閑觀光、信息咨詢和對外交流的窗口和科教示范基地。

2 示范園建設(shè)技術(shù)

2.1 功能設(shè)置

示范園以水土保持試驗研究、技術(shù)示范、科普教育為中心，劃分為核心區(qū)和輻射區(qū)，核心區(qū)以科研試驗、產(chǎn)業(yè)開發(fā)、科普教育、生態(tài)休閑為重點，輻射區(qū)以推廣應用、大面積示范為重點。

2.2 總體規(guī)劃與功能劃分

根據(jù)建設(shè)內(nèi)容不同，園區(qū)共劃分為“四區(qū)十園”。各功能區(qū)劃分見圖1。

圖1 棲龍灣水土保持科技示范園功能分區(qū)

2.2.1 科學試驗與示范功能區(qū)

(1)氣象因子監(jiān)測園。已建成的氣象因子監(jiān)測園，布置在山體較平坦、周邊無遮擋的空曠區(qū)，周邊設(shè)置圍欄，面積5 m×5 m，安裝PH自動氣象站，采用遠程數(shù)據(jù)無線接收，對示范區(qū)內(nèi)基本氣象要素如風速、風向、大氣溫度、大氣濕度、降雨等實施動態(tài)觀測，為區(qū)域水土流失預測預報提供基礎(chǔ)氣象資料。

(2)坡地水土流失監(jiān)測園。根據(jù)區(qū)域特點，本試驗區(qū)內(nèi)重點研究坡度、坡長、植物配置3個因子對水土流失影響的機理。結(jié)合地形，已建成 10°、15°、20°、25°、30°五個自然坡度的徑流小區(qū)，每個坡度設(shè)5個重復，共設(shè)25個徑流小區(qū)。其中10°～20°徑流小區(qū)的規(guī)劃措施配置主要考慮種植農(nóng)作物和栽植經(jīng)濟林對水土流失的影響，25°～30°徑流小區(qū)的規(guī)劃措施主要考慮生態(tài)林草措施、坡面工程和不同坡長對水土流失的影響。在示范園內(nèi)流域出口處設(shè)置控制站，安裝自記水位計和泥沙自動取樣機，主要觀測水位、流量、含沙量、徑流量、輸沙量等。

(3)土壤水文生態(tài)監(jiān)測園。在本園安裝有土壤理化分析設(shè)備，研究土壤水文物理特征(土壤粒徑與質(zhì)地結(jié)構(gòu)、土壤容重與孔隙結(jié)構(gòu)、土壤貯水與滲透能力、土壤水分動態(tài))、生物化學特征(土壤微生物、土壤有機質(zhì)、土壤營養(yǎng)元素)等，探索不同水土保持措施對土壤水文生態(tài)與生物化學功能的改善作用。

2.2.2 技術(shù)示范與推廣功能區(qū)

(1)坡面生物工程示范園。建成此園是為開展以坡面生物工程配置為核心的水土流失綜合防治技術(shù)示范，具體分為集蓄水整地工程、植被重建工程、植被封育恢復工程3類坡面治理技術(shù)措施。

(2)溝谷綜合整治示范園。在集水單元的匯水溝頭，選地質(zhì)條件好、工程量小、攔蓄徑流泥沙多、工程材料較充足的地方，修筑了5個石谷坊、1個土谷坊和1個鋼結(jié)構(gòu)谷坊，防止溝床沖刷，集中體現(xiàn)匯水溝谷的綜合整治。其中鋼結(jié)構(gòu)谷坊設(shè)計獨特，利用鋼材抗拉能力強等特點，下弧采用懸連線反拱式，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

(3)高效特色產(chǎn)業(yè)示范園。在坡面立地條件較好的區(qū)域，建設(shè)以經(jīng)濟效益為目的、以特色植物開發(fā)為基礎(chǔ)、以水土資源高效利用為核心的高效特色產(chǎn)業(yè)示范園。主要建設(shè)核桃、板栗或藥用植物區(qū)，并采用雨水高效利用技術(shù)，以坡面蓄水池和水庫為水源，充分利用節(jié)水灌溉設(shè)施和風力提水設(shè)施進行灌溉。

2.2.3 科普宣傳與教育功能區(qū)

該區(qū)以宣傳、教育、培訓為主要功能，為廣大的中小學生、民眾及對外技術(shù)交流等提供服務。設(shè)置科教培訓園、模擬示范園、水土保持植物園等3個園區(qū)。

(1)科教培訓園。以室內(nèi)教學培訓為主，建設(shè)水土保持科教綜合大樓，樓中設(shè)多功能階梯教室，提供科教培訓服務。擬新建一幢2 000 m2的水土保持科教大樓，第一層為多媒體展示廳、接待室、室內(nèi)展示廳和實驗室，第二層為參觀、培訓、學習的地方，第三層為資料室、會議室和辦公室。

(2)模擬示范園。設(shè)有從德國進口的模擬水土流失過程的降雨設(shè)備，可在人工干預條件下開展不同雨強的水土流失觀測和研究，給參觀學習者以直觀的感受。

(3)水土保持植物園。本園以匯集與展示北方地區(qū)優(yōu)良的水土保持植物種類，增加示范園科技含量為目的，集示范、教育、游憩、開發(fā)、觀賞等功能于一體。按照植物形態(tài)特征分為喬木、灌木、藤本、草本4種植物類型，因地制宜地按塊狀分區(qū)布設(shè);依據(jù)植物主要(或特色)功能和開發(fā)利用價值，將4種植物類型進一步劃分為生態(tài)型、觀賞型、特用經(jīng)濟型3種匯集配置，展示豐富多彩的水土保持植物種類及其多樣性功能。

2.2.4 生態(tài)休閑與觀光區(qū)

生態(tài)休閑與觀光區(qū)設(shè)有一處休閑游憩園，有涼亭、棧橋、親水平臺等設(shè)施，供游人休閑、游憩。

3 示范園在坡面水土流失影響因子定量分析方面進行的研究

3.1 研究目標

通過研究降雨、地形、土壤、植被等單因素對水土流失的影響及自然、人為因素對水土流失的綜合影響等內(nèi)容，分析自然及人為因素與水土流失的規(guī)律性關(guān)系，建立坡面尺度水土流失預測模型，為北方土石山區(qū)水土流失綜合治理及措施體系配置提供理論與技術(shù)指導。

3.2 研究內(nèi)容

以坡地水土流失監(jiān)測園為核心，以徑流小區(qū)為對象，重點研究不同坡度、不同坡長以及不同措施配置下各因素對徑流泥沙的影響，主要研究內(nèi)容如下：

(1)坡地徑流小區(qū)設(shè)計與布設(shè)。根據(jù)國家規(guī)范，結(jié)合魯中南山區(qū)特點，選擇土壤剖面相同、土層厚度比較均勻、坡向較為一致的自然坡面，建設(shè)徑流小區(qū)。

(2)坡地水土流失監(jiān)測。在徑流小區(qū)內(nèi)設(shè)置降雨、徑流、泥沙等觀測設(shè)施，觀測降雨、徑流、泥沙等項目，研究坡地水土流失規(guī)律。

(3)建立坡地水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，運用土壤侵蝕原理、水土保持學等理論與方法，探索降雨、地形、土壤、植被等單因素對坡地小區(qū)徑流、泥沙的影響及其變化規(guī)律，以求在建立坡地水土流失預測模型方面實現(xiàn)創(chuàng)新，為北方土石山區(qū)坡地水土流失治理提供科學依據(jù)。

4 示范園研究成果及創(chuàng)新點

4.1 規(guī)劃建設(shè)方面

棲龍灣水土保持科技示范園建設(shè)力求在規(guī)劃設(shè)計及建設(shè)技術(shù)方面實現(xiàn)創(chuàng)新，集生態(tài)、科研、示范、推廣、科普教育、休閑觀光為一體，是當?shù)厮帘３挚茖W研究、成果展示和科普教育的窗口。

4.2 建立預測模型方面

示范園中建設(shè)的徑流小區(qū)在北方土石山區(qū)具有較強的代表性，在坡度設(shè)置、植物措施、設(shè)備配置等方面有突破創(chuàng)新，通過建立坡地水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，分析降雨、地形、土壤、植被等單因素對徑流、泥沙的影響與變化規(guī)律，初步建立起了坡地水土流失預測模型。

4.3 防治研究方面

針對當?shù)責o客水流入、水資源緊缺的實際，園區(qū)在水土流失治理模式方面實現(xiàn)創(chuàng)新，結(jié)合溝谷整治示范園建設(shè)，探索總結(jié)出了“骨干工程控制，溝谷節(jié)節(jié)攔蓄，谷、塘、庫、壩相結(jié)合，合理調(diào)配利用徑流資源”的溝道梯級開發(fā)模式。近幾年，萊蕪市在小流域治理中積極推廣溝道梯級開發(fā)模式，對牟汶河、瀛汶河、茶葉河、大王莊河等67條河道進行了節(jié)節(jié)攔蓄和河堤護砌，極大地促進了壩系工程建設(shè)，擴大和改善了水澆面積，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

棲龍灣水土保持科技示范園建設(shè)適應當今水土保持發(fā)展的需要，在園區(qū)規(guī)劃建設(shè)及坡地水土流失預測模型方面實現(xiàn)了創(chuàng)新，其研究成果獲萊蕪市科技進步二等獎，對研究北方土石山區(qū)水土流失規(guī)律具有借鑒作用;其園區(qū)建設(shè)對實現(xiàn)同類地區(qū)水土資源的可持續(xù)利用，保障社會、經(jīng)濟、環(huán)境與水土資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，也具有借鑒作用。