土石山區(qū)機(jī)械化水平槽整地技術(shù)研究

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摘要:近年來，隨著國家對水土流失治理的重視和加大投入，水土流失治理逐漸轉(zhuǎn)入攻堅階段。在遼寧省西部的低山丘陵區(qū)存在大面積的風(fēng)化及半風(fēng)化土石質(zhì)山區(qū)，水土流失嚴(yán)重，傳統(tǒng)的魚鱗坑等微地形措施保存率差，發(fā)揮年限短，很難實現(xiàn)預(yù)期的治理效果。根據(jù)近兩年的跟蹤觀察，機(jī)修水平槽治理模式適宜遼西低山丘陵區(qū)風(fēng)化半風(fēng)化土石質(zhì)山區(qū)治理，具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和景觀效益，可作為一項新的治理模式進(jìn)行推廣，提高小流域水土流失綜合治理的全面性和系統(tǒng)性。

關(guān)鍵詞:新型治理模式、水保工程措施、施工工藝

以半風(fēng)化和風(fēng)化巖石為基底的荒山，傳統(tǒng)的治理模式主要是人工水平槽及魚鱗坑工程。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力素質(zhì)逐年下降，優(yōu)質(zhì)的青壯年勞動力大量外流，且勞動力成本的逐年提升。人工水平槽及魚鱗坑工程措施施工不僅面臨投入高、施工難度大、勞動力組織困難等問題。根據(jù)近年來針對此類工程的調(diào)查，人工水平槽、魚鱗坑在15°以上坡度的3～5a保存率僅為50%～70%，難以起到全面聯(lián)網(wǎng)的治理效果，水土流失未能得到根本治理，甚至由于施工對草皮的過度破壞，在一定程度上造成新增水土流失。為此，針對遼西低山丘陵半土石質(zhì)地貌，以遼寧省北票市為試點，進(jìn)行了對新型治理模式的試驗和探索。

1項目區(qū)概況

北票市屬遼寧省西部低山丘陵區(qū)，屬半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量為474mm，年平均徑流深為110mm，降水量年季間變化大，年內(nèi)分配不均勻，多集中在7～9月。多年平均蒸發(fā)量為1823mm，相對濕度53%。春季干旱，雨熱同期，日照充足，溫差較大。年極端最低氣溫－28．8℃，年極端最高氣溫+40．5℃，年平均氣溫8．8℃，≥10℃積溫3540℃，年均日照時數(shù)2846．7h，無霜期150d，大風(fēng)日數(shù)22d，平均風(fēng)速2．5m/s，最大凍土深1．2m。由于氣候干旱加上歷史時期的人為破壞形成了大面積的土石質(zhì)荒山，地表植物以荊條為主，植被蓋度15%～30%，平均土壤厚度為10～20cm，20cm以下多為風(fēng)化及半風(fēng)化石質(zhì)結(jié)構(gòu)。在未采取有效防治措施的情況下，如遇侵蝕性降雨，單次降雨沖刷表土厚度可達(dá)3cm以上，由于降水保持能力差，極易產(chǎn)生溝蝕以及山洪，所過之處基巖裸露、寸草不生，更加劇了水土流失，形成惡性循環(huán)。

2機(jī)修水平槽治理模式介紹

2015—2016年北票市小流域綜合治理工程施工過程中，經(jīng)過現(xiàn)場全面調(diào)查和布局，探索實施機(jī)械化水平槽施工方法，即采用小型單斗反鏟挖掘機(jī)開挖水平槽。以下府坤頭龍溝小流域、三寶薛臺子小流域、長皋麻子溝小流域、蒙古營大巴溝小流域和大三家興隆溝小流域為試驗點，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗和研究，結(jié)合挖掘機(jī)本身的機(jī)械特點，最終確定水平槽行間距為4～6m，主槽長2．6m，寬0．6m，副槽寬0．6m，埂寬0．4m，該尺寸在具備更高施工可行性的同時具有更好的水土保持效益。機(jī)修水平槽單坑最大蓄水量可達(dá)0．9m3，可實現(xiàn)對短歷時強(qiáng)降雨的全部截留。對于遼西地區(qū)雨季降雨量集中的特點，可保證暴雨無洪水，雨季清水長流的治理效果。2016年7～8月，朝陽地區(qū)降水量集中，雨強(qiáng)大，項目區(qū)內(nèi)的已治理地塊雨水全部得到截留，溝道內(nèi)溪流不斷一直持續(xù)到雨季末，與往年的“大雨有洪水，晴天干河套”的現(xiàn)象形成強(qiáng)烈的對比，直觀地展示了機(jī)械水平槽工程的治理效果。水平槽整地結(jié)束后，由于坑中會逐漸淤積營養(yǎng)豐富的優(yōu)質(zhì)表土，且可保持較好的墑情，槽中可迅速發(fā)展為生態(tài)優(yōu)勢帶。根據(jù)測量，水平槽單坑年攔蓄土量可達(dá)0．1m3左右，保土效果明顯。雨季末時，槽中的1a生草本植物可達(dá)30株/m2，局部超過100株/m2，顯示出槽中優(yōu)良的生長基質(zhì)。實施水平槽工程的地塊，對比未實施地塊，林草蓋度可提升20%～40%，同時1a生草本如狗尾草等生長效果良好，山杏等落葉喬木成活率可達(dá)90%以上，為經(jīng)濟(jì)林果的發(fā)展提供基本條件。

3機(jī)修水平槽工程與傳統(tǒng)整地工程對比分析

3．1適地性分析

從適地性上來說，傳統(tǒng)人工施工方式對地形的坡度要求不大，但由于是人工施工，對地表的土質(zhì)要求比較高，土質(zhì)含巖量過高或者土質(zhì)過硬都將無法施工，若地表的荊條等矮灌木分部較多同樣會加大施工難度;相比之下，機(jī)修水平槽幾乎可適用于各種土類，甚至半風(fēng)化巖石等，僅在坡度要求方面，略高于人工整地工程，而根據(jù)實際施工經(jīng)驗，高于30°以上的陡坡人工整地工程施工難度同樣較大，且保存率非常低。

3．2工程投資對比分析

從工程投資來說，由于近年來，人工工資的逐年上升，農(nóng)村勞動力的老齡化趨勢加劇，人工整地工程實際成本可達(dá)15000～22500元/hm2，而同質(zhì)量規(guī)格的機(jī)械水平槽工程實際成本僅為11250～15000元/hm2，成本相差巨大。

3．3施工組織分析

人工整地工程需要大量的普通勞動力，工程勞動力組織規(guī)?？蛇_(dá)200人左右，且工程施工地塊主要為山地。目前，水土保持工程施工勞動力主要來自于農(nóng)村留守老人及婦女，勞動力素質(zhì)低下，由此帶來的安全風(fēng)險，組織風(fēng)險巨大，部分地方常出現(xiàn)即使工資開的很高，仍然招不到工的現(xiàn)象。工程設(shè)計施工過程中，建設(shè)單位、基層政府面對的社會組織壓力巨大，因此，人工整地工程目前僅小規(guī)模的布設(shè)，完全拋棄了過去大規(guī)模組織人力進(jìn)行治理的情況。相對的，機(jī)械水平槽僅需7～11臺小型挖掘機(jī)就可在1～2個月內(nèi)完成133hm2左右的水平槽工程施工，施工組織難度大大簡化。

3．4工程質(zhì)量控制

人工整地工程的埂坎主要為人工拍實或壓實，密實度較低，而且工程質(zhì)量受勞動力個人素質(zhì)影響較大，工程質(zhì)量控制難度大。機(jī)械水平槽工程采用挖掘機(jī)斗進(jìn)行拍實操作，操作簡單，密實度高，可一次性達(dá)到設(shè)計密實度要求，由于施工人員較少，工程質(zhì)量控制較為容易。

3．5程蓄水保土能力

人工整地工程受勞動力限制，坑槽的深度較淺，一般蓄水深度為10～20cm，而機(jī)械水平槽蓄水深度可達(dá)40cm，完全可滿足5a一遇6h最大降雨，同時由于機(jī)械水平槽埂坎密實度高，遇到局部強(qiáng)降水時，抗風(fēng)險能力更高，蓄水達(dá)到超高線以后，仍然可以保證埂坎不坍塌，繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)良的蓄水性能。

3．6工程發(fā)揮效益時間

根據(jù)近年來的調(diào)查，人工整地工程的保存時間約為1～3a，若遇到強(qiáng)降水，往往出現(xiàn)大面積損毀，而機(jī)械水平槽工程已實施多年，截止目前，已經(jīng)歷多場超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)降雨，但未出現(xiàn)大面積自然損毀現(xiàn)象。詳見表1.綜上所述，經(jīng)過北票市多年的試驗和探索，機(jī)修水平槽工程已經(jīng)在試驗區(qū)獲得了較大的治理成效，作為一種成熟的治理模式，不但存在立竿見影的短期水土流失防治效果，更能從根本上改變山地微生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)植物群落良性發(fā)展，具備較高的生態(tài)效益和社會效益，以及潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

作者：付彥鵬 單位：北票市水土保持局