一章 流域坡面治理工程
我國山區、丘陵區面積約占全國國土面積的2/3,坡面面積較大,其中不少為坡耕地,水
土流失嚴重。坡面既是山區、丘陵區農林牧業生產集中之地,又是溝道泥沙和徑流的起源地,
因此加強坡面治理具有重要意義。坡面治理在控制水土流失的同時,還可改善生產用地的水土
條件,促進農林牧業發展,并可為溝道治理奠定基礎。
坡面治理工程措施主要有梯田、攔水溝埂、山坡截流溝、水簸箕、截水坑、蓄水池、水窖
(旱井)、水平溝、水平階、魚鱗坑、山邊溝等。其主要作用在于使坡耕地變為梯田,提高作物
產量;改變小地形就地蓄水攔沙,減少坡面徑流,增加坡面生產用地土壤水分;將未能就地攔
蓄的徑流引入小型蓄水工程,充分利用水資源;減少坡面侵蝕泥沙匯入溝道,降低泥沙對下游
的危害。
第一節 坡面治理工程措施的類型及其適用條件
一、梯田
梯田(terrace)是在坡地上沿等高線修筑的水平臺階式或坡式斷面的田地,是山區、丘陵
區常見的一種基本農田,由于地塊順坡按等高線排列呈階梯狀而得名。
梯田的修筑不但歷史悠久,而且數量大,分布廣。我國是世界上最早修筑梯田的國家之
一,距今約有3000多年,目前我國有水平梯田約2670萬hm2。除我國外,世界上其他國家,
如奧地利、澳大利亞、意大利、法國、加拿大、美國、日本等,都有不同類型數量較大的梯
田,以亞洲最多。
(一)梯田的作用
梯田是坡面上基本的水土保持工程措施,對減少坡面徑流和土壤侵蝕、增加田面降水蓄
滲、改良土壤、增加產量、改善農業生產條件和生態環境等都具有很大作用。
根據陜西省水土保持局實測資料,坡地修成水平梯田和水平埝地后,可攔蓄70%~
95%的徑流,90%~100%的侵蝕泥沙。修筑標準高、質量好的梯田可以攔蓄全部流失土
壤,且年年發揮作用,效益非常顯著。坡地改為3°以下的緩坡地或水平梯田,一次可以攔
蓄降雨70~100mm。
內蒙古喀喇泌旗小牛群鄉獅子溝試驗站多年觀測表明,梯田年平均攔截天然降水
3525m3/hm2,比坡地多攔蓄近100mm的降水。
此外,修建梯田對提高土壤肥力也具有明顯的效果。研究表明,在四川盆地中部丘陵區,
土壤有機質含量,坡地僅為0.69%,梯田則為1.70%,比坡地高146.4%;土壤全氮含量,
坡地僅為0.06%,梯田為0.11%,比坡地高83.3%。
梯田的作用可歸納如下:
(1)減緩坡面坡度,縮短坡長,攔截徑流和泥沙。梯田一般可以攔截徑流70%以上,泥
沙90%以上。
(2)增加水分入滲,提高土壤含水量,蓄水保墑,保肥,提高地力,增加糧食產量。據測
定,梯田土壤含水量比坡耕地高1.3%~3.3%,增產30%以上。
(3)有利于實現機械化和水利化。梯田田面平整,隨著山、水、田、林、路綜合規劃的實
施,使機耕和灌溉更為方便。
(二)梯田的分類
梯田的種類較多,可根據斷面形式、建筑材料、土地利用方向、施工方法等進行分類。
1.按斷面形式分類 梯田按修筑的斷面形式,可分為水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、
隔坡梯田和波浪式梯田等類型。
1)水平梯田(benchterrace) 田面呈水平狀,田坎均整,采用半填半挖方式修筑而成
(圖1-1)。由于其耕作方便,蓄水保土能力強,是應用最為廣泛的一種梯田類型,適于種植小
麥、水稻、旱作物和果樹等。
2)坡式梯田(slopingterrace) 坡式梯田是順坡每隔一定間距沿等高線修筑地埂,依
靠逐年耕翻、徑流沖淤并加高地埂,使田面坡度逐年變緩,最終變成水平梯田的一種過渡形式
的梯田(圖1-2)。坡式梯田蓄水保土能力較差,但修筑省工,適宜于坡度較緩、水土流失較
輕、勞力較少的地區。
3)反坡梯田(back-slopeterrace) 斷面與水平梯田相似,但田面微向內側傾斜,傾斜
反坡一般為2°(圖1-3)。反坡梯田能增加田面蓄水量,暴雨時,過多的徑流可由梯田內側安
全排走,不致沖毀田坎。反坡梯田多為窄帶梯田,適宜種植果木及旱作作物。干旱地區造林的
反坡梯田,一般寬1~2m,反坡坡度為10°~15°。
4)隔坡梯田(intervalterrace) 相鄰兩水平階臺之間隔一斜坡段的梯田,從斜坡段流
失的水土可被截留于水平階臺,有利于農作物生長;斜坡段可種草、栽植經濟林或林糧間作
(圖1-4)。隔坡梯田適用于地多人少、坡度較陡、降水較少的地區。隔坡梯田也可作為水平梯
田的過渡形式。
5)波浪式梯田 又名軟埝或寬埂梯田。一般是在小于7°的緩坡地上,每隔一定距離沿
等高線方向修軟埝和截水溝,兩埝之間保持原來坡面(圖1-5)。軟埝有水平和傾斜兩種。水
平軟埝能攔蓄較多徑流,適用于較干旱的地區;傾斜軟埝能將徑流由截水溝安全排走,適用于
較濕潤的地區。軟埝的邊坡平緩,可種植作物。兩埝之間的距離較寬,面積較大,便于農業機
械化耕作。波浪式梯田在美國較多,前蘇聯、澳大利亞等國也有一些。
2.按建筑材料分類 梯田按田坎建筑材料,可分為土坎梯田、石坎梯田、植物坎梯田
等。黃土高原地區,土層深厚,年降水量少,土料取用方便,一般修筑土坎梯田。石質山區或
土石山區,石多土薄,降水量多,修筑石坎梯田堅固耐用。黃土丘陵地區地勢較為低緩的地
帶,可采用灌木、牧草為田坎的植物坎梯田。
3.按土地利用方向分類 梯田按土地利用方向,可分為農用梯田、果園梯田、造林梯
田和牧草梯田等,以農用梯田和果園梯田最為普遍。還可依灌溉與否,分為旱作梯田和灌溉梯
田等,有水源條件之地,盡可能配套建設灌溉梯田。
4.按施工方法分類 梯田按施工方法,可分為人工梯田和機修梯田。對于面積較小、
田面較窄的土坎梯田或石坎梯田,一般采用人工修筑;而在坡度平緩、田面設計較寬、勞力較
少的土質山區,大面積修筑水平梯田,宜采用機修的方法,可節約勞力,提高修筑質量,加快
實現山區梯田化。
二、地埂、截水溝
(一)地埂
為了攔截坡面地表徑流,截短坡長,控制坡面土壤侵蝕,抗旱保墑,在坡面上可修筑連續
式或斷續式地埂,達到蓄水攔沙,提高土地生產力的目的。地埂的蓄水容積較小,工程量也較
小,可結合農事修筑。
(二)截水溝
為將坡耕地、林地、草地及其他非生產用地的地表徑流引入坡面蓄水工程或安全排泄至溝
道中,應在坡面修建山坡截水溝。山坡截水溝在坡面上的布置,應保證兩條截水溝之間的徑流
流速小于土壤臨界沖刷流速。
三、水簸箕、截水坑
(一)水簸箕
水簸箕是建立在農田徑流匯集槽中的一種蓄水保土工程,是橫截集流槽的小土埂,由于土
埂中間高兩邊低,其承納徑流的形狀似簸箕,故稱為水簸箕。水簸箕攔蓄徑流體積小,易淤滿
失效。
(二)截水坑
截水坑是在干旱地區,為有效利用天然降水,在低洼地帶或者坡面下方修筑的微型集水保
水工程。根據地形條件,截水坑可設置成圓形、半圓形、V字形、U字形、E字形等形狀。一
般單個截水坑面積較小,截水坑內可種植農作物、果樹等。截水坑多修建于破碎坡面。
四、蓄水池、水窖
(一)蓄水池
蓄水池(waterstoragepool)又稱為澇池,一般布設于村莊產流集中的地方,如場邊、溝
頭及坡面低洼處。一般采用磚、塊石砌筑或就地挖深修建,多不作防滲處理。澇池的主要作用
是攔蓄徑流,保持水土,制止溝頭前進;同時,蓄水供農業灌溉和牲畜飲用。澇池主要分布于
我國南方山地、黃土高原溝壑區。
(二)水窖
水窖(watercellar)一般是在干旱且地下水缺乏地區,為解決人畜用水及節水灌溉用水而
修筑的儲水建筑物,建在地面之下的水窖,亦稱為旱井。在水土流失嚴重的山區和丘陵區,水
窖也廣泛分布于坡面上,以蓄積坡面徑流,減輕坡面土壤侵蝕,并為坡面農林牧業發展提供灌
溉水源,是坡面蓄水工程及灌溉工程的重要組成部分。
受自然和經濟條件的限制,我國中西部干旱山區很難修建大型骨干水源工程,干旱缺水長
期制約著農業和社會經濟的發展。水窖作為微型蓄水設施,在我國具有悠久的歷史,也積累了
豐富的經驗。水窖施工方便,造價低廉,便于使用,因此目前仍是一種廣泛應用的雨水集蓄利
用工程。
水窖根據其結構不同,可分為井窖和窯窖。根據建筑材料的不同,又可分為粘土水窖、漿
砌石水窖、混凝土水窖等。
混凝土水窖結構一般為井式,形狀有瓶形或球形(圖1-6)。根據施工特點,混凝土水窖
可分為現澆修筑和預制件裝配修筑兩種。目前,混凝土水窖在人畜飲水及灌溉工程中應用
廣泛。
五、水平階、水平溝、魚鱗坑
水平階、水平溝、魚鱗坑等工程措施,既是坡面防護措施,又是造林整地工程,既有攔蓄
坡面徑流、固持土體、防治坡面水土流失的作用,又能改善造林地土壤水分、養分及光照等立
地條件。
(一)水平階
水平階(horizontalstage)是沿等高線將坡面修筑成狹窄的臺階狀臺面。階面水平或稍向
內有3°~5°的反坡,寬度因地形而異,石質山地較窄,一般為0.5~0.6m,土石山地及黃土地
區較寬,可達1.5m,階長視地形而定,階外緣可培修(或不修)20cm高土埂。上下兩階的水
平距離,根據造林行距和水平階間斜坡徑流能全部或大部容納入滲確定。水平階設計規格應因
地制宜。
水平階適用于坡面較為完整、土層較厚的緩坡和中等坡。
(二)水平溝
水平溝(levelditch)是沿等高線布設的一種坡面防護及整地措施,溝的斷面呈梯形,由
半挖半填的方式修筑而成,溝內側挖出的生土用于外側作埂,樹苗栽植于溝埂內側。溝間距和
溝埂的具體尺寸,一般根據坡面暴雨徑流和造林行距確定。通常情況下,水平溝底寬0.5~
0.7m,溝深0.5~0.7m,邊坡1∶1(圖1-7)。
水平溝容積大,能夠攔蓄較多的地表徑流,溝內水分條件較好;水平溝較深,溝壁有一定
的遮陰作用,溝內溫度較低,可減少土壤水分蒸發。因此,水平溝改善立地條件的作用較大。
但水平溝整地動土量較大,較為費工。水平溝適用于水土流失嚴重的黃土地區和較陡的坡面。
(三)魚鱗坑
魚鱗坑(fish-scalepit)為近似于半月形的坑穴,一般長徑l為0.8~1.5m,短徑R為
0.5~0.8m,坑深0.3~0.5m,坑內取土在下沿筑成弧狀土埂(中部較高,兩端較低),埂高
0.2~0.3m。魚鱗坑在坡面沿等高線布置,上下兩行坑口呈“品”字形排列。魚鱗坑的行距n
和穴距m,可根據坡面徑流量和造林設計的株行距確定。苗木栽植于坑內距下沿0.2~0.3m
位置,坑的兩端各開挖寬、深均為0.2~0.3m、倒“八”字形的截水溝(圖1-8)。
六、山邊溝
山邊溝是在坡面上,每隔適當距離,沿等高線方向所構筑的一系列淺三角形溝,用來截短
坡長,分段攔截徑流,控制沖蝕,防止面蝕和小侵蝕溝的形成,從而達到保護土地的目的。山
邊溝斷面寬而淺,故可為坡地機械化提供作業道路,同時還能夠降低田間勞動消耗和工本。山
邊溝配合植物覆蓋,既可增強水土保持效果,提高坡地農業生產效率,又具有綠化、美化環境
等多種功能。
山邊溝效用與寬垅梯田相同,唯斷面有異而已。
山邊溝由歐洲移民帶到美洲,19世紀中葉已盛行于美國南部各州,但由于占地及不便耕
作,后演變成寬垅梯田。一般除果園外,當地面坡度超過8°(14%)左右時即不宜應用,因為
培土筑埂使坡度急劇增大,機械耕作不便。在國外應用山邊溝保持水土者,除歐美一些國家外,
尚有波多黎各、斯里蘭卡等地。目前,我國也廣泛使用,臺灣省1969年就發展到2.4萬hm2,
其數量僅次于水平梯田,而且發展勢頭不減,成為臺灣數量最多的坡面治理工程措施。