贾国威

(辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

1 项目背景

法库县以农业耕种为主，20世纪70年代曾修筑过梯田工程，土地耕地联产承包以后，农民通过阔边展沿拓展耕地面积，造成有一定水保功能的地隔、沟坡被破坏，形成新的土壤侵蚀源。项目区降雨集中，强降雨产生的径流，使原有沟头继续发展扩大，并出现新的冲刷侵蚀沟头，造成耕地面积不断减少、水土流失不断加重的不利局面。

法库县作为沈阳市“田园综合体”规划区，在各级政府的支持下，积极开展国家水土流失综合治理工程。本着减少水土流失的前提条件，努力探索和研究多功能化的生态治理措施，加强生态治理为主的侵蚀沟治理思想及原则，有效改善生态环境，调节小气候，促进坡耕地生态效益持久发挥。

2 项目区概况

法库县国家侵蚀沟综合治理工程位于吉祥街道，中心坐标东经123°29′46.32″，北纬42°30′45.14″。项目区地处长白山系哈达岭余脉的低山丘陵区，境内山峦起伏，海拔平均在200～300m之间，坡度一般在5°～25°之间。项目区属于北温带大陆性季风气候，多年平均降水量590mm，大部分集中在7、8两月，约占全年降水量的50.9%，10年一遇6h最大暴雨为98.04mm，多年平均蒸发量为1881.4mm，年平均气温为7℃，年平均日照时数为2800.8h，年平均风速4.1m/s，最大风速为25.0m/s。多年平均无霜期为157d，地面冻结始于10月上旬，解冻在3月下旬，平均冻层深度为1.1～1.2m。项目区为低山丘陵区，土壤类型为棕壤，土质较好。流域内土层在0.20～1.5m之间，土壤有机质含量在3%～4%，土壤理化特性pH值5.0～8.0，适合农、林、果、副业生产，土壤养分状况基本是贫磷、少氮，缺乏有机质，土壤肥力不足。项目区植被类型主要为温带针阔混交林，属于华北植物区系，树种主要以松树、落叶松、刺槐为主，经果林树种主要有山楂、沙果、杏树、梨等。项目区林草覆盖率37.67%。

3 水土流失及防治现状

根据法库县2014年小流域土壤侵蚀分布数据，项目区内现有水土流失面积20.61km2，其中轻度侵蚀17.37km2，中度侵蚀3.24km2，侵蚀类型主要为水蚀，平均侵蚀模数为1900t/(km2·a)，沟壑密度为0.80km/km2。项目区内侵蚀沟分布众多，大多为V型沟，沟长80～500m。项目区坡耕地面积较大，曾经的梯田等水土保持工程，由于年久失修，加之耕种降雨等破坏，梯田工程已经破坏殆尽。项目区除了部分林草地外无其他水土保持措施。

经现场调查统计，项目区共有侵蚀沟38条，均处发展阶段，侵蚀沟沟道面积31.58hm2，总长度为17.05km。其中小型沟(<0.3hm2)16条，中型沟(0.3～1.4hm2)22条。侵蚀沟平均比降为9.57%，其中沟道比降0～5%范围6条，比降5%～10%范围15条，比降10%～20%范围12条，比降20%～25%范围5条。侵蚀沟深度范围0.5～3.5m，平均沟深1.8m，其中沟深0.5～2.0m范围26条，沟深2.0～3.0m范围8条，沟深3.0～3.5m范围4条。侵蚀沟沟宽范围0.5～10m，其中沟宽0.5～3.0m范围13条，沟宽3.0～8.0m范围21条，沟宽8.0～10.0m范围4条。通过统计分析，沟道比降、沟道深度及沟道宽度与沟道汇水面积无明显相关性。

4 措施布设

以坡耕地上发展型侵蚀沟为治理重点，在拦截、疏导坡耕地坡面来水来沙综合治理的基础上，根据侵蚀沟特征，分别在沟头、沟坡及沟底采取生态综合措施、植物措施及工程措施相结合的形式。通过对项目区现场勘察、调研，针对侵蚀沟发育强烈程度，遵循项目区“田园综合体”治理思想及原则，因地制宜，利用当地良好水土资源，并结合辽宁省及东北黑土区同类侵蚀沟治理经验并综合分析，探讨法库县不同现状下的生态治理综合措施。

4.1 沟头治理

沟头治理是侵蚀沟治理中最首要也是最关键的一步，侵蚀沟的形成是由于沟头上游地表及地下径流共同作用的结果，通过对沟头进行防护及治理，可有效减少冲刷造成的沟头溯源前进及扩大趋势。目前沟头治理主要措施为沟头跌水形式，跌水布设材质各有不同，主要分为柳跌水、砌石跌水、石笼跌水及钢筋混凝土跌水等。本次实施过程中主要采用生态跌水措施，即生态柳跌水沟头防护及石笼生态袋阶梯跌水沟头防护。

4.1.1生态柳跌水沟头防护

对于坡降小、周围植被较好、侵蚀较轻的沟头采取蓄水型生态柳跌水沟头防护形式。

生态柳跌水沟头由进口段、缓流段和水平段组成，各段长度比例一般为1∶3.3∶1.5。生态柳跌水木桩排距为0.8m，间距0.4m，沿每排桩横向铺柳捆，纵向顺沟坡铺柳捆，共铺设两层柳捆，每层柳捆厚度为10cm，柳捆铺设厚度共20cm，上方铺设0.3m厚土层，在进口段及缓流段土层中播撒生态草籽以加快涵养水源速度，减少柳条上土体的侵蚀破坏。柳桩埋杆直径8cm，柳桩打入地下0.8m，杆长1.5m。如图1所示。

图1 生态柳跌水纵断面布置图

4.1.2石笼生态袋阶梯跌水沟头防护

对于坡降较大、地势落差较大、周围植被较差、上游汇水面积较大、侵蚀破坏严重且难以遏制的沟头，采取排水型石笼生态袋阶梯跌水沟头防护形式。

石笼生态袋阶梯跌水沟头防护包括进口段、缓坡段及消能段。各段长度比例一般为1∶3.3∶1.5。沟头从中心线向两侧依次布设石笼网箱，末端与周围土体连接处布设生态袋网箱，生态袋网箱应嵌入土体0.5m，生态袋网箱填充规格为0.6m×0.3m×0.15m的生态袋，生态袋中装生态土及适应性草籽，生态袋具有透水、透气、强度高及可降解的优点，生态草籽生长后可穿破生态袋自然生长，与周围土体无缝衔接。石笼网内用块石填充，网箱孔隙率不大于30%，单个网箱规格为1m×1m×(0.5m/1m)，网箱设计采用12号宾格网，为镀锌材质，格眼尺寸8～12cm。沟头防护底部整体铺设400g/m2无纺布进行反滤。如图2所示。

图2 石笼生态袋阶梯跌水平面布置图

4.2 岸坡防护

项目区中以中小型沟为主，小型侵蚀沟沟道下切较小，不需设专门的岸坡防护措施。岸坡防护主要针对中型下切沟和冲刷沟，随着沟底下切加重，岸坡失稳坍塌加剧，加之岸坡植被较少，水肥条件较差，为防止岸坡进一步破坏，需进行岸坡防护综合治理。

根据以往岸坡治理经验，主要分为植物措施和工程措施两种。植物措施主要是对沟道岸坡可用范围较大时进行削坡整形后进行植物措施的布设，包括鱼鳞坑整地及种植乔灌木及经果林等措施。工程措施用于岸坡放坡范围不够，冲刷严重位置进行布设，主要包括石笼网箱、浆砌石挡墙及土袋堆砌等措施。相比之下单项治理措施存在其局限性，本次实施吸取以往经验教训，采取生态综合性措施进行布设，本次设计采取生态袋石笼护岸及石笼护岸生态绿化两种形式。

4.2.1生态袋石笼护岸措施

生态袋石笼护岸措施主要布设在沟道坡脚冲刷严重、岸坡土质较好的侵蚀沟上。

该措施由生态袋护坡及石笼护脚两部分组合而成，生态袋中装种植土、适应性草籽及有机肥料，可快速恢复岸坡植被生长及稳定，护坡坡度不大于1∶1。生态袋与石笼底部绑扎绞接，中间用连接扣进行链接，坡面段用钢筋扦插锚固形式进行固定，锚固深度为0.5m，锚固间距为1.0m。生态袋顶部需挖槽并锚固，最后覆土夯实。生态袋装土后规格为600mm×300mm×150mm，长边为顺水流方向，每层错缝0.15m进行压实，每两层生态袋的铺设位置呈品字形结构，石笼护脚规格为1m×0.7m×2m(宽×高×长)，每2.0m为一个石笼独立段，在每个石笼中每1m处设一道固滨网。石笼埋深0.5m，沟底以上0.2m。坡面采用生态袋防护，为确保治理后效果，设计两侧边坡比一致。在生态袋和石笼后部及下部铺设400g/m2无纺布进行反滤。如图3所示。

图3 生态袋石笼护岸横断面图

4.2.2石笼护岸生态绿化措施

石笼护岸生态绿化措施主要布设在沟道岸坡土质酥松、冲刷严重、沟道转弯处及边坡大于1∶1的侵蚀沟上。

该措施由石笼护岸结合生态绿化两部分组成。石笼护岸采用规格为1m×1m×(0.5m/1m)的石笼网箱进行叠放，网箱布设上层比下层向后搓0.3m，石笼挡墙后及下部部铺设400g/m2无纺布。生态绿化措施主要布设于石笼网箱顶部与网箱台阶上，在石笼孔隙间播撒种植土及适应性草籽，利用石笼孔隙透气、温度适宜等有利条件，使草籽快速生长，与周围环境融为一体，起到绿化生态效用。如图4所示。

图4 石笼护岸生态绿化措施横断面图

4.3 沟底加固

当侵蚀沟底存在下切侵蚀时，根据坡降及侵蚀强度，采取不同的谷坊形式以阻止下切加剧。谷坊措施能有效降低沟道比降、降低流速、阻止岸坡扩张、阻拦泥沙、恢复植被等效用。根据以往治理经验，谷坊措施一般分为土谷坊、混凝土谷坊、砌石谷坊及植物谷坊4大类。本次设计中，紧紧围绕生态治理理念，在原有经验的基础上，积极创新，探索新材料、新形式的谷坊类性，本次设计主要采用生态袋谷坊及生态柳桩编篱植物谷坊两种。

4.3.1生态袋谷坊

生态袋谷坊主要布置在比降范围10%～20%、沟深大于1.5m的侵蚀沟上。

生态袋谷坊选择热轧无纺布生态袋，袋内装种植土、适应性草籽及有机肥，装土后生态袋规格为600mm×300mm×150mm。谷坊迎水坡边坡比为1∶1，背水坡边坡比为1∶3，生态袋间用生态扣进行固定，谷坊外层用10号镀锌宾格网进行包裹及固定，格眼尺寸10～12cm，每隔0.5m高度加1层10号镀锌宾格网。谷坊两侧各嵌入沟岸0.5m，谷坊溢洪口断面为矩形，溢洪口边长为谷坊长度的1/3，溢洪口深0.50m。谷坊下游设生态袋海漫消力段，海漫宽为与沟道底宽度一致，海漫厚为0.3m。如图5—6所示。

图5 生态袋谷坊平面图

图6 生态袋谷坊横断面图

4.3.2生态柳桩编篱植物谷坊

生态柳桩编篱植物谷坊主要布设在沟道比降小于10%、沟深较浅的侵蚀沟上。

该措施柳桩埋杆直径5～12cm，排间距1.0m，桩间距0.3m，相邻两排柳桩呈“品”字形布设。柳桩打入地下0.5m以上，杆长1.5m～1.8m。用柳梢将柳桩编织成篱。在每两排篱中填入卵石(或编织袋装碎石)厚0.5m，用铅丝将前后排柳桩联系捆绑，使之成为整体，加强抗冲能力。在柳梢编篱表层覆盖种植土0.1m，并播撒有机肥及生态适应性草籽。如图7—8所示。

图7 柳桩编篱谷坊横断面图

图8 柳桩编篱谷坊平面图

5 效益分析

项目区通过生态综合治理，水土流失得以控制，耕地资源得以持续利用，同时产生了巨大的生态、经济、社会效益。年可拦蓄径流50.21万m3，年保土1.4万t，保护耕地989hm2，林草覆盖率提高1.5%，年可增加直接经济效益319.97万元，并带动科技创新的发展及推广。

生态综合治理技术的创新与应用，有效改善了东北黑土区以工程措施治理为主、冬季冻胀破坏严重及生物多样性缺乏的缺点，减少了石料等能源开采及消耗，对生态环境改善及生物多样性提供了物质条件。但生态创新措施的应用，需经过严谨的科学分析，确定适用条件及保养措施，在大面积推广之前，需经过理论及试验的双重验证。