小流域溝道水土保持措施對位配置模式

劉 一

(內蒙古自治區呼倫貝爾市水利事業發展中心，內蒙古 呼倫貝爾 021000)

將水土保持對位配置技術應用到小流域溝道的保護和開發中，能夠遏制小流域溝道本身存在的生態破壞、水土流失等問題，有利于恢復原有的生態環境，構建更加穩定的生態系統；還能提高小流域溝道各種資源的利用率，挖掘各種資源的利用價值，從而創造一定的經濟效益。水土保持對位配置技術的應用將生態效益、經濟效益和社會效益有機統一起來，成為現階段保護和開發小流域溝道的一種有效措施。

1 研究區概況

研究區在內蒙古高原的西北方，位于E107°22′，N44°37′，面積為3713.5km2，地形以溝壑和塬地為主，海拔在600～1200m，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫4.6℃，年日照時長2800～3200h，多年平均降水量307mm，其中6—8月降水量占全年降水量的70%左右。由于地表植被稀疏，降雨集中在夏季，雨水沖刷使得塬面被不斷蠶食，帶來嚴重的水土流失問題，成為造成生態平衡失調和制約地方經濟發展的主要原因。為保護生態環境，遏制水土流失，本文提出了適用于小流域溝道的水土保持對位配置措施，通過預防與治理相結合，生物措施與工程措施相結合的原則，切實提高了研究區溝道治理成效，為修復受損生態，實現生態與經濟的同步發展提供了有益幫助。

2 小流域溝道水土保持措施對位配置技術

2.1 植物措施對位配置

掌握小流域溝道所在地區的海拔、降雨、積溫、全年日照、土壤水分等數值，根據土壤類別、坡度坡向、降雨情況等劃分出立地類型。在此基礎上分別對喬木、灌木、草本植物的生態適宜度展開分析，并計算各類植物對當前立地環境的生態適宜度。生態適宜度的區間為[0，1]，當生態適宜度為1時，認為區域現狀資源完全滿足發展要求，即植物對立地環境的適應性最好；當生態適宜度為0時，認為區域現狀資源完全不能滿足發展要求，即植物對立地環境的適應性最差[1]。根據水土保持措施對資源環境要求的不同，可以將其分成3種類型。

2.1.1 類型一

假設水土保持對資源現狀的適應性存在一個適宜區間[Pimin，Pimax]，在該區間范圍內，資源現狀的實際測度P越大越好，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(1)

式中，Si表示i資源現狀的測度；Ri表示i資源的風險性測定結果。

2.1.2 類型二

假設在資源能夠充分供給的情況下，存在一個適宜區間[Pimin，Pimax]，并且該區間內有一個最適宜的點Pi，當該區間內資源現狀的測度大于或小于Pi時都會成為限制因素，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(2)

2.1.3 類型三

水土保持措施對資源現狀的適宜性，既不存在最低閾值(Pimin)，也不存在最高閾值(Pimax)，但是有一個最適宜的值Pi，只要資源現狀不等于Pi都會成為限制因素，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(3)

考慮到區域發展的資源需求生態位是一個由若干種資源共同構成的多維度空間，在該空間中只要有任意一種資源無法滿足需求的最低要求(即任意一種資源的生態適宜度為0)，則整個生態的適宜度為0，生態適宜度指數公式：

(4)

式中，Xj表示j發展措施的生態適宜性指數；Xij表示ij發展措施的生態適宜性指數；n表示發展措施的數量[2]。

2.2 工程措施對位配置

工程措施對位配置技術主要包含2方面內容：分析不同類型治溝工程及其自然地質狀況，具體來說就是，參考國家有關部門出臺的標準、規范，對于常見工程(如淤地壩、沉沙池、蓄水池等)的規格、地質條件、壩址選擇條件等進行總結，為下一步開展工程措施生態位的研究提供依據；根據治溝工程的具體類別，尋找與之適配的對位配置模式，為下一步開展水土保持和生態修復提供幫助[3]。

3 小流域溝道水土保持措施對位配置技術的應用

3.1 植物措施對位配置技術的應用

3.1.1 溝道立地條件類型的劃分

研究表明，即便是在同一個小流域內，由于溝壑的走向、深度、坡度以及坡面長度等因素存在明顯差異，導致不同位置的水、光、熱分配情況也會存在較為明顯的差異，進而在1個小流域內形成若干個小氣候，這是造成小流域內生物生長存在差異的原因之一；除此之外，采取的栽培方式，土壤的滲透能力，地表蓄水工程等因素，也會對水土保持能力產生直接影響，這是造成小流域內生物生長存在差異的原因之二[4]。為此，本文在研究小流域溝道水土保持植物措施對位配置技術時，充分考慮了小流域的坡向、坡度、土壤類型、日照時數、>10℃有效積溫等6個影響植物生長發育的因子，以高原溝壑區氣候觀測數據為基礎，計算6個因子并根據計算結果劃分立地條件，如表1所示。

3.1.2 植物生態學特性分析

本研究中分別探究了喬木、灌木、多年生草本植物生長發育所學的生態條件，為了找出適合各種植物的最佳生態環境，共挑選了6項評價指標，分別是海拔、年均降雨量、>10℃有效積溫、全年日照時數、土壤含水量和年均氣溫。喬木植物有刺槐、山杏、側柏、毛白楊、粗枝云杉等；灌木植物有白刺、葡萄、沙棘、紫穗槐等；多年生草本植物有沙打旺、紅豆草、披堿草、紫花苜蓿等。這里以灌木植物為例，其生長發育所需生態條件見表2。

表2 灌木樹種最適宜的生長發育條件

3.1.3 植物種生態適宜度計算

根據式(1)～(4)對10種立地條件下的樹種進行生態適宜度計算。結合內蒙古的植被分布情況來看，每種立地類型下適宜種植的植物有若干種，如立地類型A常見的樹種有側柏、刺槐、山杏、葡萄、文冠果等；立地類型B常見的樹種有山桃、紅柳、檸條、臭椿等；立地類型D常見的樹種有山楊、毛白楊、華山松等；立地類型G常見的樹種有三葉草、紫花苜蓿等。本文在計算不同立地類型下樹種生態適宜度時，在每種立地類型下選擇了1種具有代表性的樹種，分別選擇了海拔、年降雨量和全年日照實數3項指標計算了生態適宜度，統計結果見表3。

表3 樹種生態適宜度指數計算表

生態適宜度的取值范圍為[0，1]，計算結果越接近于1，說明該樹種越適宜在當前立地條件生長。當生態適宜度為1時，說明該樹種處于最佳生長環境；反之，當生態適宜度為0時，說明該樹種不適宜在當前環境下種植。由表3可知，除了立地類型A的紫穗槐生態適宜度指數較低外，其余7種立地類型下的樹種生態適宜度指數較高。

3.1.4 不同立地類型植物措施的對位配置模式

在植物措施對位配置模式下，除了考慮樹種對立地條件的生態適宜度外，整地方式也會對植物的生長情況產生直接影響，進而決定了小流域溝道的生態治理效果[5]。通過計算得出，研究區是以種植的喬木樹種有19種，灌木樹種有8種，多年生草本植物有5種。在整地方式方面，從調查情況來看，研究區常用的整地方式有魚鱗坑、水平階、反坡臺、穴狀整地4種類型。除了立地類型A、B不需要整理外，立地類型C、D、G需要實施水平階、反坡臺整地工程；立地類型C適宜種植的樹種有油松、側柏、刺槐、臭椿、山杏、葡萄、沙棘等；立地類型D適宜種植的樹種有檸條、紅柳；立地類型G適宜種植的樹種有山桃、旱柳、文冠果。立地類型E和H需要實施魚鱗坑、穴狀整地工程；立地類型E適宜種植的樹種有紫穗槐、紅豆草、沙打旺等；立地類型H適宜種植的樹種有側柏、三葉草等。

3.2 工程措施對位配置技術的應用

3.2.1 不同類型治溝工程的自然地質狀況分析

根據降水情況、土壤類型、坡向坡度、地質條件等情況，適合的治溝工程措施也不盡相同。因此，在應用工程措施對位配置技術時，要堅持因地制宜的原則，保證工程措施的針對性。結合前期調查情況，研究區的治溝工程主要有3類，所需條件如下。

3.2.1.1 淤地壩

對于壩高在15m以下、庫容不足10萬m3、淤地面積在2hm2以下的小型淤地壩，可以直接修建在巖基上，或者是河床覆蓋層這類透水性較差，承載力較強的地質條件上，壩址盡量選擇在小支溝或者大支溝的上游。對于壩高在15m以上、庫容超過10m3、淤地面積在2hm2以上的中大型淤地壩，要選擇巖基或者堅實的土基上，要求土質堅硬，無滑坡塌方，壩址盡量選擇在主溝的中下游或者支溝的下游。

3.2.1.2 蓄水池

通常布置在坡腳處或者是坡面的低洼處，蓄水池與截(排)水溝的末端連接，方便排水和蓄水。根據研究區的氣候條件，一個坡面可以集中修建一個或分散修建多個蓄水池，要求蓄水池的總容量在5000～8000m3。蓄水池需要布置在巖性良好、施工較為便利的區域，最好是無裂縫、暗穴的砂礫層。

3.2.1.3 沉沙池

通常將沉沙池布置在蓄水池進水口的上游，保證截(排)水溝排出的水能夠進入到沉沙池完成沉淀，留下底層的泥沙，將上層的清水排入到蓄水池中。

3.2.2 不同類型治溝工程對位配置模式

根據溝道的深度、型式等方面的不同，將溝道分成不同的級別和類型，同時制定相應的工程措施，為治溝工程對位配置提供依據。本文研究區的溝道分為3級，具體配置：將輕度割裂、半主溝型的溝道，劃分為I級溝，可以建設小型淤地壩，其中個別面積在1km2以上、長度在50m以上的I級溝，選擇溝口建設中型淤地壩；將中度割裂、半主溝或主溝型的溝道，劃分為II級溝，可以選擇在II級溝的下游修建中型壩；將重度割裂、主溝型的溝道，考慮到溝道回流面積可以達到10km2以上，可修建2座甚至更多的中型壩。

4 結語

對于植被較為稀疏，水土流失較為嚴重的小流域構造，根據因地制宜原則采取水土保持措施。在植物措施對位配置方面，要根據立地條件選擇適宜的樹種以及科學的整地方式，從而提高了植物的成活率和生長質量，更好地發揮水土保持作用；在工程措施對位配置方面，要根據溝道級別、類型以及地質條件，選擇相應的布設方式，以提高溝道治理工程的實用性。研究區綜合采取了植物措施和工程措施切實提高了水土保持效果，對減少夏季集中降雨時的地表徑流，改善區域生態條件起到了積極幫助。