黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)溝道治理途徑研究

蘇廣旭，趙力毅

(黃河水利委員會 天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，甘肅 天水 741000)

黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)(以下簡稱“丘三區(qū)”)屬于黃土高原嚴(yán)重流失區(qū)，總面積3.55萬km2，包括六盤山以西的甘肅天水地區(qū)渭河流域及寧夏葫蘆河流域，六盤山以東的陜西寶雞地區(qū)渭河流域各支流，以及河南洛陽地區(qū)伊、洛河流域的一部分。調(diào)查和研究表明，丘三區(qū)的溝道有以下三個(gè)重要特征：一是溝道正處于侵蝕活動發(fā)展期。丘三區(qū)溝道發(fā)育的成因及程度與黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)、第五副區(qū)差異較大，大多正處于侵蝕活動發(fā)展期，主要表現(xiàn)在溝谷界線不明顯，大部分溝道斷面呈V形，溝床比降大，重力侵蝕嚴(yán)重。二是土壤侵蝕類型地帶差異較大。丘三區(qū)地表覆蓋土層以第四紀(jì)黃土為主，但在地形分布上差異較大。梁峁部位土層深厚，水土流失嚴(yán)重的侵蝕溝部位土層較薄，主要分布第三紀(jì)紅土(系紅土、青雜土、紅砂土的合稱)，土性僵板、質(zhì)地黏重、結(jié)持力大、通透性差、遇水易飽和。三是溝道侵蝕劇烈。據(jù)天水市羅玉溝流域土壤侵蝕特征研究，丘三區(qū)溝道土壤侵蝕的主要方式是溝床下切、滑坡、崩塌、瀉溜和溝頭前進(jìn)等；土壤侵蝕模數(shù)高達(dá)15 000 t/(km2·a)，是坡面的1.63倍，活躍期溝道面積僅占流域面積的13.2%，但產(chǎn)沙量卻占流域的58%。嚴(yán)重的溝蝕導(dǎo)致溝床下切、溝岸擴(kuò)張、溝壁失穩(wěn)、山體滑坡，大量泥沙向下游輸移。丘三區(qū)溝道侵蝕十分劇烈，是黃土高原重力侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。

近年來通過以小流域?yàn)閱卧乃亮魇ЬC合治理及區(qū)域性示范區(qū)水土保持生態(tài)工程建設(shè)等，丘三區(qū)水土保持工作取得了明顯成效，但其中溝道治理一直是薄弱環(huán)節(jié)。因此，本研究對丘三區(qū)溝道治理的技術(shù)條件和治理途徑進(jìn)行總結(jié)，希望能為積極踐行區(qū)域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展、加快治理速度和提高治理水平提供幫助。

1 溝道治理探索歷程及經(jīng)驗(yàn)

早在20世紀(jì)40年代，天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站(以下簡稱“天水站”)就在大柳樹溝的小支溝開展了溝道谷坊工程等試驗(yàn)研究工作；50年代又在呂二溝系統(tǒng)研究推廣了溝道谷坊工程；1955年開始進(jìn)行人工修筑溝壑土壩的試驗(yàn)和探索，在呂二溝修建的楊家溝土壩為丘三區(qū)第一座實(shí)驗(yàn)性攔泥土壩(后稱淤地壩)；至60年代初在天水藉河流域、秦安清水河流域人工筑壩8座，修建小型水庫1座(蘇家峽水庫)；70年代后期，在天水地區(qū)呂二溝、桐木溝、柳溝、老牛溝等進(jìn)行了以定向爆破法和水墜法筑壩為主的試驗(yàn)和探索；80年代，在羅玉溝進(jìn)行了土柳谷坊、溝頭防護(hù)等溝道工程試驗(yàn)，對控制溝頭前進(jìn)、溝岸擴(kuò)張和溝底下切起到了重要作用；2000年以后，結(jié)合藉河示范區(qū)項(xiàng)目建設(shè)，天水站承擔(dān)了示范區(qū)7座骨干工程和19座小型淤地壩的設(shè)計(jì)、施工等建設(shè)任務(wù)，通過現(xiàn)場調(diào)查、設(shè)計(jì)、施工，總結(jié)出了丘三區(qū)淤地壩建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，即丘三區(qū)溝道斷面大多呈V形，溝道正處于侵蝕活動發(fā)展期，溝道比降大，侵蝕強(qiáng)烈，在該區(qū)域建壩是可行的。從目前來看，藉河示范區(qū)7座骨干壩和19座小型淤地壩運(yùn)行良好，對固溝防沖、攔泥保土、防治水土流失起到了重要作用。2006年，作為“十一五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“寬谷丘陵區(qū)農(nóng)牧綜合開發(fā)模式研究與示范”課題中溝道治理與開發(fā)研究的重要內(nèi)容之一，針對丘三區(qū)的溝道水土資源利用問題，研究并提出了微型溝臺階化整治工程。此后，在甘肅省天水市中山溝流域的部分溝道實(shí)施了微型溝臺階化整治工程，總結(jié)了工程設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、示范推廣和效益分析的經(jīng)驗(yàn)。微型溝臺階化整治工程是溝道治理的一項(xiàng)新措施，為丘三區(qū)溝道水土流失治理與開發(fā)利用提供了示范樣板，并在羅玉溝等流域進(jìn)行了推廣，取得了較好的成效。丘三區(qū)溝道治理探索歷程中的基本經(jīng)驗(yàn)如下：

(1)尊重自然，從水土流失發(fā)生、發(fā)展規(guī)律出發(fā)，科學(xué)治理。該區(qū)的水土流失治理必須堅(jiān)持“保梁、治坡、固溝，治坡先行”的治理方向。小流域坡面是水土流失的源頭，溝壑是水土流失的后果。治溝必先治坡，溝坡兼治，保土必先保水。在坡面治理的基礎(chǔ)上，在支毛溝修建土柳谷坊，干溝打壩筑庫，把植物措施和工程措施結(jié)合起來，把治坡治溝和治河結(jié)合起來，把當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益結(jié)合起來，把除害與興利結(jié)合起來，集中治理，連續(xù)治理。而如果違反自然規(guī)律，本末倒置，分散治理，盲目施工，就會受到大自然的懲罰。例如，早期呂二溝毛家莊的楊家溝，違背客觀規(guī)律，在坡面治理之前，過早地在溝口筑壩(被稱為丘三區(qū)第一座淤地壩)，不到兩年全部淤滿失效。20世紀(jì)50年代后期，天水地區(qū)治溝工程建設(shè)受政治形勢影響，忽視自然條件：一是控制面積增大，大多在50 km2以上，個(gè)別達(dá)到150～200 km2；二是壩高增大，大多在30 m以上，個(gè)別甚至超過40 m。結(jié)果這些溝壑土壩大部分被迫停工，已完成的也多被洪水沖毀。這些都是應(yīng)該汲取的教訓(xùn)。

(2)科學(xué)勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都是至關(guān)重要的。由于對區(qū)域溝道發(fā)育特征等認(rèn)識不足、缺乏科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、竣工后管護(hù)不力、未能及時(shí)加高壩體和修建放水工程等，20世紀(jì)50—70年代建設(shè)的淤地壩普遍存在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)含量低，因此最終往往無法抵御暴雨洪水的襲擊出現(xiàn)垮壩或決口。目前保存的大多為20世紀(jì)80年代之后修建的中小型淤地壩和水土保持治溝骨干工程。2000年后，藉河示范區(qū)水土保持治溝骨干工程建設(shè)的探索與實(shí)踐表明，淤地壩建設(shè)是該區(qū)行之有效的溝道治理途徑，坡面治理與溝道治理相結(jié)合對防治水土流失、減少入黃泥沙具有重要的意義。

(3)根據(jù)丘三區(qū)自然和社會經(jīng)濟(jì)狀況，以及山多地少、人口密度大等特點(diǎn)，持續(xù)抓住水土保持與水土資源的高效利用，充分合理利用土地，提高土地生產(chǎn)率，增強(qiáng)抗御災(zāi)害的能力。溝道治理中必須重視對溝道水土資源的利用。微型溝臺階化整治工程在防治溝道水土流失、增加耕地面積、提高雨洪利用率、增加農(nóng)民收入、改善農(nóng)村環(huán)境等方面發(fā)揮了明顯的作用，尤其在促進(jìn)社會主義新農(nóng)村和清潔小流域建設(shè)方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。此外，還對分布較多、治理難度較大的坡溝陡坎、懸崖探索實(shí)施了經(jīng)濟(jì)生態(tài)化治理，以提升整體生態(tài)環(huán)境整治水平。

(4)在丘三區(qū)建設(shè)淤地壩是完全可行的。與黃土丘陵區(qū)其他類型區(qū)相比，丘三區(qū)淤地壩的首要功能是固溝防沖，抑制溝岸擴(kuò)張、溝頭前進(jìn)和溝底下切。在規(guī)劃布局上，主要支溝以中小型淤地壩為主，合理布設(shè)治溝骨干工程；支毛溝配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合；對適宜侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝應(yīng)大力推廣微型溝臺階化整治工程。

2 溝道治理的技術(shù)條件和途徑

2.1 淤地壩建設(shè)

丘三區(qū)溝道的自然特征和高壩小庫容的建壩條件，對淤地壩工程質(zhì)量和防洪安全要求較高。此外，淤地壩建設(shè)還存在自然土壤干容重大、工程投資大、壩系建設(shè)條件較差、筑壩施工方法單一、淤地壩淤積年限長等問題。因此，該區(qū)淤地壩工程建設(shè)應(yīng)以中、小型壩為主；碾壓壩體土料最優(yōu)含水量宜控制在18%左右，碾壓壩體干容重1.50～l.65 t/m3；在合理布設(shè)淤地壩的同時(shí)，配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合。

2.2 支毛溝谷坊工程、溝頭防護(hù)和溝坡防護(hù)林建設(shè)

據(jù)調(diào)查，丘三區(qū)兩岸比較陡峭的支毛溝、陡崖和溝崖的崩塌、滑塌、滑坡和瀉溜比較嚴(yán)重，是水土流失的重要源地；溝道上部為滑塌覆蓋，其下為紅土，再下為沉積基巖。因此，在丘三區(qū)實(shí)施植物谷坊最為適宜，即柳谷坊、草皮谷坊等。具體建設(shè)中，一是必須和溝坡刺槐林防護(hù)相結(jié)合，在兩岸植被覆蓋較好的條件下，攔泥防沖效果顯著，也給溝底林草創(chuàng)造了適生條件，促進(jìn)了林草生長；二是溝道比降應(yīng)小于30%，谷坊間距以5～15 m為宜，間距的大小與土質(zhì)、比降、地形有關(guān)，可適當(dāng)調(diào)整間距；三是堅(jiān)持小多成群谷坊布設(shè)的原則；四是在陡峭的溝頭配套布設(shè)溝頭防護(hù)工程，并以懸臂挑流式為最佳。

2.3 微型溝臺階化整治工程

微型溝臺階化整治工程是通過人工改造，將破碎的溝道整治成梯田化臺階地的過程，即在侵蝕溝道的幼年期，通過人工改變微地形特征，分散徑流，盡量就地利用，阻斷侵蝕形成的條件。它是一項(xiàng)既保持水土又增加耕地面積的新型溝道治理措施，是緩解黃土丘陵溝壑區(qū)人地矛盾的一項(xiàng)新措施。微型溝即侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝。在丘三區(qū)，溝道長0.2～2.5 km、寬3～50 m、深5～40 m、縱比降15%以下、溝坡坡度小于35°、分布密度1.85～6.32條/km2、溝壑密度1.5～3.0 km/km2，且治理程度在65%以上、坡面梯化程度70%以上、沒有大的水流進(jìn)入的溝道，適宜進(jìn)行臺階化整治(在其他土壤侵蝕地區(qū)，整治的微型溝規(guī)模可根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件合理確定)。微型溝臺階化整治實(shí)施后，一是在生態(tài)建設(shè)方面，改變了溝道原始形態(tài)和原始水流通道，降低了溝道比降，縮短了坡長，抬高了侵蝕基準(zhǔn)面，調(diào)整了流域水文網(wǎng)絡(luò)，改變了溝道匯流的地形因子，減緩了徑流流速，延長了匯流時(shí)間，減輕了雨洪徑流沖刷，具有明顯的減水減沙作用；二是在溝道內(nèi)種植農(nóng)作物或栽植經(jīng)濟(jì)林，能夠增加地面植被覆蓋和攔截坡面徑流，既保持了水土又改善了環(huán)境；三是實(shí)現(xiàn)了雨洪資源的就地利用，通過合理利用溝道內(nèi)水分，既解決了溝道植物生長缺水的問題，又增加了作物和果木產(chǎn)量；四是增加了耕地面積，提高了當(dāng)?shù)厝罕姷氖杖胨健?/p>

2.4 生態(tài)陡坎治理

丘三區(qū)小流域溝間地和溝谷地陡坎、懸崖廣布，一直是黃土高原生態(tài)治理的難點(diǎn)。分析其主要原因：一是坡度大，穩(wěn)定性差，工程較難布置；二是旱季水分條件差，植物生長困難，而雨季又極易形成土壤侵蝕。近年來，天水站在陡坎治理方面進(jìn)行了有益探索，采用微潤灌技術(shù)，在陡坎植物種植上有所創(chuàng)新，形成了具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)特色的植物陡坎。主要采用以下兩種辦法：一是微潤灌種植經(jīng)濟(jì)灌木。在陡坎(45°～90°)上采用機(jī)械打孔，選擇耐寒、耐旱的經(jīng)濟(jì)灌木(如枸杞子、紫穗槐等)進(jìn)行種植，用直插式微潤管直接給其根部供水，保證其成活；可分時(shí)間段和不同層面供水，以防大面積長時(shí)間供水造成陡坎滑塌；水源可選用陡坎以上部分做集流場和小型蓄水池供水，或用蓄水式溝頭防護(hù)提供水源，有條件的還可選用其他供水方式。二是藤類幕簾種植。在陡坎上方種植可下垂類藤本植物(如葛藤類)，使其在雨季形成下垂幕簾，既可防治水土流失，又可達(dá)到綠化效果。

3 結(jié) 語

(1)在丘三區(qū)建設(shè)淤地壩是可行的。與黃土丘陵區(qū)其他類型區(qū)比較，丘三區(qū)淤地壩建設(shè)的首要功能是固溝防沖，抑制溝岸擴(kuò)張、溝頭前進(jìn)和溝底下切。

(2)在丘三區(qū)，微型溝臺階化整治工程是一項(xiàng)既保持水土又增加耕地面積的新型溝道治理措施，是緩解黃土丘陵溝壑區(qū)人地矛盾的一項(xiàng)新措施。同時(shí)，生態(tài)陡坎治理也是提升小流域整體生態(tài)環(huán)境整治水平的有益探索。

(3)丘三區(qū)溝道治理是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在規(guī)劃布局上應(yīng)注意：主要支溝以中、小型淤地壩為主；支毛溝配置小多成群的谷坊，并注重工程措施與生物措施相結(jié)合；對適宜侵蝕溝中的切溝和中小型沖溝應(yīng)大力推廣微型溝臺階化整治工程。