侵蝕溝生態(tài)防護(hù)技術(shù)措施研究與展望

任憲平，劉緒軍，王亞娟，楊亞娟

(黑龍江省水利科學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150080)

據(jù)2010年第一次全國(guó)水利普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，黑土區(qū)內(nèi)有侵蝕溝 29.6萬多條，其中發(fā)展溝26萬多條[1]。從土地利用類型分布來看，80%以上的侵蝕溝位于耕地內(nèi)，侵蝕溝蠶蝕土地面積近50萬hm2[1]。侵蝕溝的發(fā)展不僅切割農(nóng)田，影響機(jī)械耕作，危害糧食安全，還對(duì)道路、村屯等構(gòu)成了威脅。黑土區(qū)水土流失問題逐漸引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注[2-3]。近年來，隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的侵蝕溝治理措施在發(fā)揮顯著的功能和效益的同時(shí), 破壞了侵蝕溝的生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境,產(chǎn)生了較大程度的生態(tài)問題。本文對(duì)生態(tài)治理技術(shù)和傳統(tǒng)治理技術(shù)進(jìn)行比較, 并充分考慮相關(guān)技術(shù)的適用性和可推廣性，對(duì)不同技術(shù)措施進(jìn)行研究。

1 侵蝕溝治理研究區(qū)選擇

克拜地區(qū)位于東北黑土區(qū)中心地帶，是東北黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)育最典型的區(qū)域之一[4]，本項(xiàng)研究在克山縣和拜泉縣各選擇2條侵蝕溝作為研究區(qū)域，侵蝕溝基本情況見表1。

表1 研究區(qū)侵蝕溝基本情況

1.1 生態(tài)治理模式試驗(yàn)區(qū)

G1和G2侵蝕溝試驗(yàn)區(qū)位于黑龍江省水利科學(xué)研究院克山試驗(yàn)基地內(nèi)。其中G1為中型溝，面積0.48 hm2，長(zhǎng)度161.0 m，平均溝深3.3 m，溝道右側(cè)有大型滑坡體，建設(shè)10.0 m寬生態(tài)袋跌水1處、網(wǎng)格生態(tài)跌水2處、1.8 m高生態(tài)袋谷坊4座、網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡1處、抗沖生物毯護(hù)坡1處、秸桿護(hù)坡1處，溝道邊坡未做削坡處理，溝岸植樹造林。G2為大型溝上游溝頭部分，面積0.18 hm2，長(zhǎng)度156.0 m，平均溝深2.2 m，溝道兩側(cè)有大型滑坡體，溝岸有成型人工林，建設(shè)生態(tài)袋跌水3處、1.2 m高生態(tài)袋谷坊4座，溝道邊坡未做削坡處理。

1.2 柳條措施對(duì)比試驗(yàn)區(qū)

G3和G4侵蝕溝試驗(yàn)區(qū)位于黑龍江省拜泉縣新生鄉(xiāng)永勝村境內(nèi)。其中G3為中型溝，面積0.73 hm2，長(zhǎng)度300.0 m，平均溝深3.2 m，布設(shè)連續(xù)式柳跌水270.0 m，柳谷坊2座，溝道邊坡削坡后造林。G4為大型溝支溝，面積0.15 hm2，長(zhǎng)度130.0 m，平均溝深2.2 m，布設(shè)柳谷坊4座、溝道邊坡削坡造喬木林[5]。

2 治理效果

2.1 生態(tài)措施效果

措施經(jīng)過2個(gè)雨季的運(yùn)行，同時(shí)也受到2018年全年降雨量是平均年份1.5倍的強(qiáng)降雨影響，G1侵蝕溝4座生態(tài)袋谷坊內(nèi)土體淤積高度0.5～1.5 m，措施完整，起到了蓄水保土、抬高基底高程的效果； 2處網(wǎng)格生態(tài)跌水措施完好，植被蓋度較高，沒有出現(xiàn)溝頭前進(jìn)和措施內(nèi)的土體被沖刷的現(xiàn)象；生態(tài)袋跌水在溝頭局部部位出現(xiàn)塌落現(xiàn)象，但其整體性較好；溝內(nèi)布設(shè)的3種生態(tài)護(hù)坡措施完好，植被蓋度較高。G2侵蝕溝3處生態(tài)袋跌水完好，植被蓋度占措施面積的50%左右[6]； 4座生態(tài)袋谷坊內(nèi)土體淤積高度0.5～0.9 m，措施完整，蓄水保土、抬高基底高程的效果良好。

2.2 柳條措施效果

措施經(jīng)過1個(gè)雨季運(yùn)行發(fā)現(xiàn)， G3侵蝕溝連續(xù)式柳跌水在主溝頭陡坡段和溝道彎曲段出現(xiàn)措施內(nèi)的土體被沖刷的現(xiàn)象，造成局部柳條沒有成活，其余部位柳條生長(zhǎng)效果較好，但溝坡有2處新發(fā)展的侵蝕溝，長(zhǎng)度15.0～20.0 m，寬度2.5～3.5 m，溝頭落差1.2～2.2 m。G4侵蝕溝溝頭坡度較緩，沒有布設(shè)溝頭防護(hù)措施，溝頭沖刷嚴(yán)重，產(chǎn)生溝頭前進(jìn)現(xiàn)象。2條侵蝕溝的6座柳谷坊中間部位全部被水流沖斷，土體被沖走的部位柳條沒有成活，出現(xiàn)水毀現(xiàn)象，已經(jīng)起不到蓄水保土、抬高基底高程的效果；溝坡全部采取削坡措施并栽植糖槭和樟子松，在植被蓋度較低的溝坡處出現(xiàn)很多順溝坡方向的細(xì)溝。

2.3 措施效果分析

2.3.1 溝頭措施效果分析

G1侵蝕溝生態(tài)袋跌水出現(xiàn)塌落現(xiàn)象，通過分析發(fā)現(xiàn)，主要因?yàn)?號(hào)溝生態(tài)袋跌水較大，跌水隨地形鋪設(shè)，塌落部位坡度較陡，局部與土壤結(jié)合不牢而造成的塌落現(xiàn)象，但其整體性較好。自然生野草植被蓋度達(dá)到措施面積的80%以上，依然發(fā)揮跌水的作用和效果。 2處網(wǎng)格生態(tài)跌水和G2的3處生態(tài)袋跌水措施因鋪設(shè)坡度較緩，措施結(jié)構(gòu)完整，植被生長(zhǎng)良好，過水削能功能正常發(fā)揮。

G3侵蝕溝連續(xù)式柳跌水的主溝頭陡坡段的土體被沖刷的主要原因是柳條措施在布設(shè)時(shí)需要用土覆蓋柳條，以利于柳條成活，因回填土較松散，融雪徑流或者降雨徑流在過水部位就會(huì)帶走措施內(nèi)土壤，造成柳條無法成活而失去柳跌水的作用。

2.3.2 溝底措施效果分析

經(jīng)過2年運(yùn)行，G1和G2侵蝕溝內(nèi)8座生態(tài)袋谷坊全部完好，沒有水毀現(xiàn)象，野草生長(zhǎng)在生態(tài)袋谷坊上的植被蓋度達(dá)到30%～75%。有效地提高了生態(tài)袋措施的抗沖刷能力和延長(zhǎng)生態(tài)袋的老化時(shí)間。

經(jīng)過1年運(yùn)行，G3和G4侵蝕溝內(nèi)6座柳谷坊的過水部位全部出現(xiàn)水毀現(xiàn)象，原因是布設(shè)柳條措施時(shí)在柳條中間部位填土夯實(shí)，以利于柳條成活的同時(shí)達(dá)到蓄水保土的效果，但柳谷坊的蓄水高度一旦超過谷坊高度，水流漫過谷坊會(huì)造成谷坊內(nèi)土壤被水流沖走，谷坊被沖斷后無法起到蓄水保土的效果。

2.3.3 溝坡措施效果分析

G1和G2侵蝕溝為保護(hù)原狀溝坡植被未采取削坡措施，通過對(duì)G2溝坡的3處生態(tài)治理措施與溝坡無措施小區(qū)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在原狀溝坡坡度較大的前提下，在溝坡布設(shè)防護(hù)措施，能夠有效地保護(hù)溝坡表層土壤，保證了坡體表面植被生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)植被生長(zhǎng)，植被蓋度平均高于沒有措施的溝坡20%以上。

G3和G4侵蝕溝溝坡采取削坡措施處理后對(duì)坡面進(jìn)行造林，栽植糖槭和樟子松，雖然溝坡削坡后坡度較緩，但破壞了溝坡原有植被，施工后植被蓋度為零，而且造林的固土效果需要幾年后才能發(fā)揮出來,在防護(hù)措施效果不明顯時(shí)，產(chǎn)生了很多順溝坡方向的細(xì)溝；連續(xù)式跌水措施為保證柳條成活，防止外水進(jìn)入侵蝕溝內(nèi)沖走柳條內(nèi)的土壤，需要在侵蝕溝溝岸周圍布設(shè)溝頭埂措施，造成降雨徑流在溝頭埂薄弱部位或者匯水處沖毀溝頭埂進(jìn)入溝內(nèi)，溝坡產(chǎn)生新的侵蝕溝，造成新的水土流失，沒有達(dá)到一次性完整治理的效果。

3 侵蝕溝治理技術(shù)分析

3.1 傳統(tǒng)治理技術(shù)分析

東北黑土區(qū)水土流失防治起步較晚，依據(jù)《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]，針對(duì)東北黑土區(qū)侵蝕溝不同的類型、規(guī)模和土壤侵蝕程度，主要布設(shè)溝頭埂、柳跌水、漿砌石跌水、柳谷坊、石谷坊、連續(xù)式跌水、削坡、造林等措施。這些措施在侵蝕溝治理中得到廣泛應(yīng)用。通過多年的運(yùn)行和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)治理技術(shù)存在以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)和不足。

(1)柳條是侵蝕溝治理的重要材料，具有應(yīng)用范圍廣、成活率高、根系固土效果好的特點(diǎn)，柳條措施成活后能夠快速恢復(fù)植被，發(fā)揮防治水土流失的效果；在國(guó)家重點(diǎn)治理項(xiàng)目中，柳跌水、柳谷坊、連續(xù)式跌水和插柳措施占比極大，防護(hù)技術(shù)本身具備生態(tài)功能，但抵御洪水的能力和實(shí)施后的防護(hù)效果不是很理想，而且這些措施對(duì)柳條的需求量極大，僅有個(gè)別縣市柳條能夠滿足施工需求，大部分項(xiàng)目縣市存在材料供應(yīng)不足，外購成本高和運(yùn)輸難的問題。

(2)砌石措施在水土保持措施中具有建設(shè)工期靈活、發(fā)揮效果快的優(yōu)點(diǎn)。在穩(wěn)定性和防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)方面，很多專家學(xué)者鼓勵(lì)使用砌石措施，但大量使用石材建設(shè)的同時(shí)又帶來了砌石措施投資大、施工技術(shù)含量高、凍害嚴(yán)重、維護(hù)困難以及防護(hù)措施與生態(tài)環(huán)境不協(xié)調(diào)的問題。

(3)在侵蝕溝治理中，為防止溝坡產(chǎn)生崩塌和滑坡現(xiàn)象，多采用削坡措施把溝坡削成臺(tái)階狀或緩坡狀，進(jìn)行植樹造林，用以防治溝坡水土流失?？墒窍髌麓胧┱嫉貑栴}突出，依據(jù)《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和實(shí)施，根據(jù)侵蝕溝大小不同，其占地面積占溝道面積的0.55～2.40倍，平均為1.24倍[8]，如果項(xiàng)目區(qū)所在地的鄉(xiāng)村不能解決占用老百姓土地的問題，工程很難實(shí)施。

3.2 生態(tài)治理技術(shù)分析

近年來水土保持科研單位提出了生態(tài)袋跌水、網(wǎng)格生態(tài)跌水、生態(tài)袋谷坊、秸桿護(hù)坡和生態(tài)毯護(hù)坡等生態(tài)型侵蝕溝治理措施。通過實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)措施治溝技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，可以解決傳統(tǒng)侵蝕溝治理措施存在的問題。

(1)生態(tài)環(huán)保。生態(tài)治理技術(shù)融入了生態(tài)環(huán)保的理念，是集生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能、柔性結(jié)構(gòu)四位一體的新型侵蝕溝防護(hù)技術(shù)，具有良好的生態(tài)綠化效應(yīng)[9]，其結(jié)構(gòu)表面能夠在短時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)植被，還原原始生態(tài)環(huán)境，修復(fù)侵蝕溝生態(tài)系統(tǒng)。

(2)材料充足。生態(tài)袋是一種耐腐蝕性強(qiáng)、抗紫外線、抗老化、不降解的新型生態(tài)材料，具有透水不透土的特點(diǎn)[10]，生態(tài)袋內(nèi)填充材料為侵蝕溝邊坡修整的土壤，可大幅度減少工程成本；侵蝕溝治理中生態(tài)袋可以完全替代石料、水泥等建筑材料[11]，且原材料充足，能夠解決黑土區(qū)侵蝕溝治理中的柳條、石材等治溝原材料不足的問題。

(3)經(jīng)濟(jì)適用。生態(tài)袋措施是一種柔性防護(hù)措施，允許變形能力大，可以直接布設(shè)在原形溝道上，根據(jù)地形和坡形不同，建造任意形體，能夠解決侵蝕溝治理中削坡措施占用耕地的問題，從而降低工程投入，加快治理進(jìn)度。

(4)施工簡(jiǎn)單。生態(tài)措施施工無需大型施工機(jī)械，只需對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可施工，生態(tài)措施施工簡(jiǎn)單，整體性強(qiáng)，維護(hù)方便，能夠解決侵蝕溝治理后期維護(hù)困難的問題。

4 結(jié) 語

生態(tài)防護(hù)技術(shù)治理侵蝕溝的策略是采取最小的人工干預(yù)和輔助措施，充分發(fā)揮大自然的自我生態(tài)修復(fù)能力，使生態(tài)措施結(jié)構(gòu)表面被植被覆蓋，形成自然的生態(tài)坡面，達(dá)到生態(tài)措施與周邊自然生態(tài)環(huán)境完美融合的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)措施結(jié)構(gòu)具有對(duì)地基承載力要求低、抗凍融能力強(qiáng)，施工后可直接過流，立刻發(fā)揮措施功能的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能夠解決傳統(tǒng)治理措施存在的材料不足、施工技術(shù)含量高、占地問題突出和維護(hù)困難的問題?？梢灶A(yù)見，這種新型的防護(hù)措施，在黑土區(qū)侵蝕溝治理中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。