水土保持技術(shù)在水利工程建設(shè)中的創(chuàng)新與應用

張春利

陜西省榆林市綏德縣水土保持監(jiān)督檢查站 陜西 榆林 718000

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，水利工程建設(shè)對水土保持的需求越來越迫切。傳統(tǒng)的水利工程建設(shè)往往會對周圍土地和水資源造成負面影響，如土壤侵蝕、水土流失等。因此，創(chuàng)新和應用水土保持技術(shù)成為了解決這一問題的關(guān)鍵。

1 水土保持技術(shù)的創(chuàng)新

1.1 工程設(shè)計方面

在水土保持技術(shù)的創(chuàng)新中，工程設(shè)計起著重要的作用。工程設(shè)計不僅需要考慮到水土保持的基本原則，還需要運用現(xiàn)代技術(shù)來進行規(guī)劃和設(shè)計。

隨著科技的不斷進步，現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)成為了水土保持工程規(guī)劃和設(shè)計中不可或缺的一部分。通過使用現(xiàn)代技術(shù)，工程師們能夠更加準確地評估和分析地區(qū)的地形、土壤類型以及降雨等因素對水土流失的影響。借助遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS），工程師們可以獲取詳細的地理數(shù)據(jù)，并將其應用于工程規(guī)劃和設(shè)計中。利用這些技術(shù)，可以繪制出精確的地形圖，并進行水土保持設(shè)施的布局和設(shè)計，從而最大限度地減少水土流失，保護土地資源[1]。

為了更好地提高水土保持的效果，工程設(shè)計需要考慮到各種可能的風險因素。在過去，工程師們主要依靠經(jīng)驗和直覺來評估和預測風險。然而，現(xiàn)代技術(shù)的應用使得工程師們能夠采用先進的模型和仿真軟件，通過數(shù)值模擬來評估不同情景下的風險概率。借助這些工具，工程師們可以更加準確地預測土壤侵蝕、洪水災害等可能的風險，并據(jù)此進行水土保持方案的制定和調(diào)整。

1.2 材料和方法創(chuàng)新

在水土保持技術(shù)的創(chuàng)新中，材料和方法的創(chuàng)新也起著至關(guān)重要的作用。通過開發(fā)新型環(huán)保材料和探索新的施工方法和技術(shù)，可以不僅提高水土保持的效果，還能提高施工的效率和質(zhì)量。

傳統(tǒng)的水土保持工程常常使用一些具有環(huán)境污染風險的材料，如混凝土、磚石等。然而，隨著環(huán)境保護意識的增強，人們開始尋找更加環(huán)保和可持續(xù)的材料來替代傳統(tǒng)材料。因此，開發(fā)新型環(huán)保材料成為了當前水土保持技術(shù)創(chuàng)新的一個重要方向。這些新型材料可以是天然材料，如植物纖維、生物聚合物等，也可以是經(jīng)過改良的復合材料，如再生材料、可降解材料等。通過使用這些新型環(huán)保材料，可以最大限度地減少對自然資源的消耗，減少對環(huán)境的污染，并且在保證水土保持效果的同時提高工程的可持續(xù)性。

傳統(tǒng)的水土保持施工方法往往需要大量的人力和物力投入，并且施工周期長、效率低。為了提高水土保持工程的施工效率和質(zhì)量，需要不斷探索新的施工方法和技術(shù)。例如，引入機械化施工設(shè)備和自動化技術(shù)，可以減少人力投入，提高施工效率。同時，利用先進的監(jiān)測儀器和傳感器，可以實時監(jiān)測施工過程中的參數(shù)，確保施工質(zhì)量和工程安全。此外，還可以應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和建模仿真技術(shù)，進行施工過程的預演和優(yōu)化，從而在施工前就能夠發(fā)現(xiàn)問題并作出調(diào)整，提高工程的質(zhì)量和可靠性。

1.3 智能化應用

在水土保持技術(shù)的創(chuàng)新中，智能化應用成為了一個重要的方向。通過利用傳感器網(wǎng)絡、無人機等技術(shù)進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集，并運用人工智能算法分析數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對水土保持措施的優(yōu)化和改進。

傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)測往往依賴于人工巡查和手動采樣，不僅耗時耗力，而且容易受到主觀因素的影響。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)和無人機等技術(shù)的發(fā)展，智能化監(jiān)測方式已經(jīng)成為可能。通過部署傳感器網(wǎng)絡，可以實時監(jiān)測土壤濕度、水位、風速等關(guān)鍵指標，獲取準確的數(shù)據(jù)。同時，借助無人機的高空視角和搭載的多種傳感器，可以對大范圍的地區(qū)進行快速、高效的數(shù)據(jù)采集。這些實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集的技術(shù)可以提供更加全面和客觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為水土保持工作提供科學依據(jù)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析往往依賴于人工處理和經(jīng)驗判斷，容易受到主觀因素的影響。而人工智能算法的應用可以提供更加客觀、準確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。通過建立適當?shù)哪Ｐ秃退惴?，將實時收集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律和潛在關(guān)聯(lián)性。例如，通過分析土壤濕度與降雨量、坡度等因素之間的關(guān)系，可以得出最佳的水土保持措施，從而最大限度地減少水土流失的風險。此外，人工智能算法還可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測結(jié)果進行預測，幫助決策者做出合理的決策，并及時調(diào)整水土保持策略。

2 水土保持技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應用

2.1 水庫建設(shè)

水土保持技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應用廣泛，其中水庫建設(shè)是一個重要方面。通過在水庫建設(shè)中考慮洪水沖擊力和泥沙淤積問題，并采用防護堤和擋土墻等措施來保護周邊土壤免受侵蝕，可以有效地提高水庫工程的安全性和可靠性。

水庫是防洪和儲水的重要設(shè)施，因此，在水庫建設(shè)過程中，必須充分考慮到洪水沖擊力對構(gòu)筑物的影響。通過精確測算洪水流量、洪峰流速等參數(shù)，并結(jié)合地形特征和土壤條件，可以進行構(gòu)筑物的科學設(shè)計。例如，在水庫大壩的設(shè)計中，可以采用合理的壩型和斷面形式，以抵御洪水的沖擊力，避免水庫發(fā)生潰壩事故。此外，還可以設(shè)置泄洪口和泄水孔，以調(diào)節(jié)水庫的水位和流量，進一步減輕洪水對構(gòu)筑物的沖擊。

同時，水庫建設(shè)也需要考慮到泥沙淤積問題。泥沙的淤積會導致水庫容量的減少，甚至對水庫的安全性產(chǎn)生負面影響。因此，在構(gòu)筑物設(shè)計中，可以采用防淤設(shè)施，如沉砂池和泥沙沖刷渠等，來有效截留和排除泥沙，保持水庫的正常蓄水功能。通過合理的構(gòu)筑物設(shè)計，可以最大限度地降低洪水沖擊力和泥沙淤積問題，提高水庫工程的可靠性。

水庫建設(shè)往往涉及大量的土方工程，而土方工程的施工過程容易導致土壤的侵蝕。為了保護周邊土壤免受侵蝕，需要建設(shè)防護堤和擋土墻等防護措施。防護堤是一種人工修筑的土體結(jié)構(gòu)，位于水庫周邊，用于防止水流侵蝕土地和土壤流失。防護堤的設(shè)計應符合土壤力學原理，以確保其穩(wěn)定性和抗沖刷能力[2]。此外，可以利用植被覆蓋、鋪設(shè)防護網(wǎng)等方式進一步加固和保護防護堤的穩(wěn)定性。擋土墻是一種垂直或近垂直的結(jié)構(gòu)，通常由混凝土、鋼筋混凝土等材料構(gòu)成，用于支撐坡面或土方的重力。通過建設(shè)擋土墻，可以有效防止土壤的滑坡和侵蝕，提供額外的支撐和穩(wěn)定性。擋土墻的設(shè)計應考慮到地質(zhì)條件和土壤特性，以確保其承載能力和穩(wěn)定性。

2.2 河道治理

河道治理是水土保持技術(shù)在水利工程建設(shè)中的另一個重要應用領(lǐng)域。通過利用植被和生物工程措施加固河岸，防止水流侵蝕，并配置合理的沉砂設(shè)施來減少河床淤積和泥沙外溢，可以實現(xiàn)對河道的有效管理和保護。

河岸的穩(wěn)定性是河道治理的關(guān)鍵問題之一。當水流沖擊河岸時，容易導致河岸的破壞和土壤的侵蝕。為了解決這個問題，可以采用植被和生物工程措施來加固河岸。一方面，適當選擇并種植具有牢固根系和強大抗沖刷能力的植物，如河濱柳、蘆葦?shù)?，來加固河岸。這些植物的根系可以增加土壤的粘結(jié)力和抗沖刷能力，有效地防止水流對河岸的侵蝕。此外，植物的茂密枝葉可以減緩水流速度，進一步降低水流對河岸的沖擊力。另一方面，可以應用生物工程技術(shù)來加固河岸。例如，可以利用編織袋、木樁和竹片等材料構(gòu)建生物工程結(jié)構(gòu)，如生態(tài)護坡和生物護岸。這些工程措施不僅可以提供額外的支撐和穩(wěn)定性，還為植物的生長提供了良好的環(huán)境。通過植被和生物工程的聯(lián)合應用，可以有效地加固河岸，防止水流侵蝕，實現(xiàn)河道治理的目標。

河床淤積和泥沙外溢是河道治理中常見的問題。當河道中的泥沙堆積過多時，不僅會影響水流通暢，還可能導致洪水災害和下游土地的侵蝕。因此，配置合理的沉砂設(shè)施是解決這一問題的關(guān)鍵。沉砂設(shè)施可以幫助河道有效地截留和儲存泥沙，減少淤積和外溢。其中，常用的沉砂設(shè)施包括沉砂池、泥沙攔截堰、泥沙收斂帶等。這些設(shè)施通過設(shè)置合適的形狀和尺寸，使得水流在經(jīng)過時速度減慢并沉降，從而將攜帶的泥沙沉積下來。此外，還可以利用自然植被和人工草坪等方式增加沉砂設(shè)施的沉降效果。配置合理的沉砂設(shè)施不僅可以減少河床淤積和泥沙外溢，還可以保持河道的正常通行能力，維護河道生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。因此，沉砂設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計應考慮到河道的水力特性、泥沙輸移規(guī)律和地質(zhì)條件等因素。通過合理配置沉砂設(shè)施的位置和數(shù)量，可以最大限度地減少河床淤積和泥沙外溢的問題，實現(xiàn)河道治理的效果。

2.3 土地開發(fā)與農(nóng)田建設(shè)

土地開發(fā)與農(nóng)田建設(shè)是水土保持技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要應用。通過采取適當?shù)钠旅嬲未胧﹣頊p輕水土流失，并推廣保護性耕作和有機農(nóng)業(yè)來改善土壤質(zhì)量，可以實現(xiàn)對土地資源的有效管理和可持續(xù)利用。

在土地開發(fā)和農(nóng)田建設(shè)過程中，坡面的水土流失是一個常見的問題。陡坡上的土壤容易受到雨水沖刷，導致水土流失和養(yǎng)分流失，進而影響農(nóng)作物生長和土地的可持續(xù)利用。為了解決這個問題，需要采取適當?shù)钠旅嬲未胧?。一種常用的坡面整治措施是梯田建設(shè)。通過修筑梯田，可以將陡坡分割成多個平坦的臺地，減緩水流速度，降低水土流失的風險。此外，還可以在梯田之間設(shè)置溝渠和植被帶，以進一步截留雨水和防止土壤侵蝕。梯田的設(shè)計應考慮到地形特征和水土條件，以確保其穩(wěn)定性和有效性。另一種常見的坡面整治措施是植被覆蓋。通過合理選擇并種植適應當?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的植物，如草本植物和灌木，可以增加土壤的覆蓋度和抗沖刷能力。植被的根系可以固定土壤顆粒，并吸收雨水中的養(yǎng)分，減少水流對土壤的沖刷和侵蝕。此外，植被還能減緩降雨的沖擊力，降低坡面的坡度，進一步減輕水土流失的風險。

土壤質(zhì)量的改善對于農(nóng)田建設(shè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式往往會導致土壤質(zhì)量的下降和養(yǎng)分的流失。為了解決這個問題，需要推廣保護性耕作和有機農(nóng)業(yè)。保護性耕作是一種能夠最大限度地減少土壤侵蝕和養(yǎng)分流失的耕作方式。通過使用覆蓋物，如秸稈、葦草等，可以有效地保持土壤濕度和保護土壤表面免受雨水沖刷。此外，保護性耕作還可以減少機械耕作對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，提高土壤的持水能力和肥力。

有機農(nóng)業(yè)是一種注重生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。通過使用有機肥料和生物防治等措施，可以改善土壤質(zhì)量并提高農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。有機農(nóng)業(yè)強調(diào)土壤生物多樣性和循環(huán)利用，通過添加有機物質(zhì)來增加土壤的有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)和水分保持能力。有機農(nóng)業(yè)還注重生態(tài)系統(tǒng)的平衡，通過促進益生菌和有益昆蟲的生長，來控制病蟲害，減少對化學農(nóng)藥的依賴。

推廣保護性耕作和有機農(nóng)業(yè)可以改善土壤質(zhì)量，并帶來許多環(huán)境和經(jīng)濟效益。首先，這些做法能夠減少農(nóng)藥和化肥的使用，降低對環(huán)境的污染，并保護地下水資源的安全。其次，通過保持土壤濕度和提高養(yǎng)分利用效率，可以減少農(nóng)作物的需水量和施肥量，節(jié)約資源成本。此外，由于有機農(nóng)產(chǎn)品的市場需求逐漸增加，采用有機農(nóng)業(yè)的農(nóng)民還可以獲得更高的農(nóng)產(chǎn)品價格，增加農(nóng)業(yè)收入。

3 水土保持技術(shù)的效益和前景展望

水土保持技術(shù)的應用對于土地資源的合理利用、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這些技術(shù)措施在農(nóng)田、河道和山地等領(lǐng)域的應用已經(jīng)取得了顯著的效益，并且在未來的發(fā)展中仍然具有廣闊的前景。

3.1 效益

首先，水土保持技術(shù)的應用可以顯著減少水土流失和土壤侵蝕。通過合理配置梯田、植被覆蓋和坡面整治等措施，可以有效地降低降雨對土壤的沖刷和侵蝕，減少泥沙的流失。這不僅有助于保護農(nóng)田的肥沃土壤，維護土壤質(zhì)量，還能夠減少河道的淤積和水庫的淤堵，提高水資源的利用效率。其次，水土保持技術(shù)的應用能夠提升生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。通過增加植被覆蓋和保護河岸等措施，可以改善生物多樣性，促進生態(tài)環(huán)境的恢復和保護。植被覆蓋還能夠吸收大氣中的二氧化碳，減少溫室氣體的排放，緩解氣候變化的影響。此外，水土保持技術(shù)的應用還可以增加農(nóng)田的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。通過改善土壤質(zhì)量、提高水分利用效率和減少病蟲害發(fā)生等措施，可以促進農(nóng)作物的健康生長和增產(chǎn)。有機農(nóng)業(yè)的推廣還能夠滿足消費者對健康食品的需求，提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值。

3.2 前景展望

未來，水土保持技術(shù)的應用前景十分廣闊。隨著全球人口的增加和資源壓力的加大，土地資源的合理利用和保護變得更為重要。水土保持技術(shù)的應用將成為實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵手段。首先，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進和科技創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn)，水土保持技術(shù)將得到更加廣泛的應用。例如，利用遙感技術(shù)和智能農(nóng)機的發(fā)展，可以實現(xiàn)精確施肥和精準灌溉，提高資源利用效率。同時，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐漸推廣可持續(xù)耕作模式和有機農(nóng)業(yè)，將進一步增強土壤保持能力，提升農(nóng)田的產(chǎn)量和質(zhì)量。其次，在城市化進程中，水土保持技術(shù)的應用也將變得更加重要。隨著城市人口的增加和城市規(guī)模的擴大，土地資源的合理利用和管理變得尤為關(guān)鍵[3]。在城市建設(shè)和土地開發(fā)過程中，應充分考慮水土保持技術(shù)，通過合理規(guī)劃和設(shè)計，減少水土流失和環(huán)境破壞，并提供良好的生態(tài)環(huán)境和居住條件。例如，在城市規(guī)劃中，可以設(shè)置綠化帶和濕地保護區(qū)，以增加植被覆蓋和保護水資源。此外，通過建設(shè)雨水收集系統(tǒng)和處理設(shè)施，可以提高城市的水資源利用效率和環(huán)境可持續(xù)性。最后，在山地和河流流域管理中，水土保持技術(shù)的應用也具有重要意義。山地是脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，容易受到水土流失和土壤侵蝕的威脅。通過實施植被恢復項目和防治措施，可以有效改善山地的生態(tài)環(huán)境，保護珍稀植物和野生動物的棲息地。在河流流域管理中，水土保持技術(shù)可以減少農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市活動對水體的污染，提高水質(zhì)，維護水資源的健康和可持續(xù)性。

4 結(jié)束語

水土保持技術(shù)在水利工程建設(shè)中的創(chuàng)新與應用對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過合理配置水土保持措施，可以有效減少農(nóng)田和河道的水土流失，提高水資源的利用效率。同時，在城市化進程中，水土保持技術(shù)也能夠保護水源地和減輕城市排水壓力。這一切都將為我們營造健康的生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用提供寶貴經(jīng)驗。因此，我們應不斷創(chuàng)新水土保持技術(shù)，并將其廣泛應用于水利工程建設(shè)中，以促進社會經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善。