李云霞　鄔　龍　俞云飛　翟中文

針對(duì)紫色土特性的水土保持措施設(shè)計(jì)探討

李云霞鄔龍俞云飛翟中文

紫色土很肥沃、土層淺薄、結(jié)構(gòu)松散、水土保持效益差，通過對(duì)紫色土特性的分析，針對(duì)紫色土的特點(diǎn)，對(duì)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目觀景口水利樞紐工程的水土保持措施設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

紫色土觀景口水土保持措施

1　項(xiàng)目背景

重慶市觀景口水利樞紐工程位于重慶市巴南區(qū)五布河干流上，工程的主要任務(wù)是以城市供水為主，同時(shí)兼顧小城鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉的綜合利用。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，最大壩高63.9 m，壩頂長(zhǎng)度312.3 m，主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和泄洪防空洞等。輸水線路長(zhǎng)24.969 m，包括隧洞、泵站、交叉建筑物及控制建筑物。項(xiàng)目所在區(qū)域地勢(shì)起伏多變，是典型的山地丘陵地帶，區(qū)內(nèi)以紫色土為主，根據(jù)流域內(nèi)白鶴水文站與石龍雨量站1959—2009年降水量資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量1 104 mm，但年內(nèi)分配不均，汛期5～9月占全年的67.0%，根據(jù)巴南氣象站統(tǒng)計(jì)，1971—2010年多年平均氣溫 18.3℃，極端最高氣溫42.3℃，極端最低氣溫-1.8℃，多年平均日照數(shù)1 134 h，是生態(tài)脆弱區(qū)，工程施工擾動(dòng)地面228.51 hm2，擾動(dòng)面積大，勢(shì)必造成礦質(zhì)養(yǎng)分含量豐富的紫色土大量流失，造成下游河道淤積等問題。面臨著巨大的水土流失防治任務(wù)。

2　紫色土的特性

紫色土是由侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)紫色砂巖、泥巖時(shí)代形成的紫色或紫紅色砂巖、頁(yè)巖變來的，是在頻繁的風(fēng)化作用和侵蝕作用下形成的，礦質(zhì)含量豐富，土壤中的紫色大都富含鈣質(zhì)和磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，很肥沃。紫色土其過程特點(diǎn)是：物理風(fēng)化強(qiáng)烈、化學(xué)風(fēng)化微弱，石灰開始淋融。土層淺薄，通常不到50 cm，超過1 m區(qū)域很少，集中分布于四川盆地，其農(nóng)業(yè)利用價(jià)值很高。

紫色土分為酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土3個(gè)亞類。酸性紫色土分布在長(zhǎng)江以南和四川盆地廣大低山丘陵。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量相對(duì)較高，磷、鉀稍低，土壤呈酸性，pH值小于5.5，鹽基飽和度較低；中性紫色土主要分布在四川、云南，土層較酸性紫色土薄，30～60 cm，碳酸鈣含量小于30 g/kg，pH值約為7.5，肥力水平較高，但有機(jī)質(zhì)、氮、磷稍顯不足；石灰性紫色土主要分布在四川盆地及滇中，土質(zhì)疏松，碳酸鈣含量大于6%，土壤有機(jī)質(zhì)在10 g/kg左右，氮、磷低，鋅、硼嚴(yán)重缺乏，土體淺薄，保水抗旱能力差。

3　紫色土的水土保持缺陷分析

紫色土尤其是侵蝕酸性紫色土土層淺薄，土層松散，結(jié)構(gòu)性差，保水保肥能力差，由于人為活動(dòng)植被受到嚴(yán)重破壞，疏松腐殖質(zhì)層多被侵蝕，母質(zhì)層裸露，有機(jī)質(zhì)降低，土壤侵蝕嚴(yán)重，易造成水土流失；紫色土風(fēng)化也快，是一種具有強(qiáng)烈侵蝕性的土壤，其侵蝕程度僅次于黃土；在強(qiáng)降雨的作用下，極易產(chǎn)生水土流失，降低土地生產(chǎn)力；松散土壤流入下游河道，影響行洪安全?，F(xiàn)階段紫色土區(qū)域的水土流失嚴(yán)重，亟需進(jìn)行有效的水土保持防治。

4　針對(duì)缺陷的有益探索

4.1水土保持林對(duì)紫色土土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是指土壤中大小、形狀不一，具有不同孔隙度和機(jī)械穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)單位，通常將粒徑大于0.25 mm的結(jié)構(gòu)單位稱為大團(tuán)聚體，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性指標(biāo)，是土壤環(huán)境、管理實(shí)踐和土地利用類型相互作用的結(jié)果。

王軼浩等研究三峽庫(kù)區(qū)紫色土植被恢復(fù)過程的土壤團(tuán)粒組成及分形特征認(rèn)為三峽庫(kù)區(qū)紫色土物理性狀為土壤容重為12.4～16.6 kN/m3，土壤pH值為5.12～6.21［2］。紫色土較大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加能提高土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加則會(huì)降低土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［2］。紫色土區(qū)域?qū)嵤┧帘３种参锎胧┖笫馆^大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加。

三峽庫(kù)區(qū)紫色土經(jīng)退耕還林、植被恢復(fù)后，土壤生態(tài)功能得到改善和提高，原因是，植被恢復(fù)后地表枯落物和地下根系增多，增加土壤中天然有機(jī)質(zhì)來源，促使土壤中大團(tuán)聚體含量增加，另一方面其冠層和地表覆蓋物能有效減少降雨和地表徑流對(duì)土壤大團(tuán)聚體的沖刷和破壞，以及人為對(duì)土壤大團(tuán)聚體破壞的減弱；經(jīng)過水土保持植被恢復(fù)后，紫色土土壤結(jié)構(gòu)得到改善，且隨時(shí)間增長(zhǎng)而變得明顯，是由于植被恢復(fù)后土壤大粒徑團(tuán)聚體增加［2］。

4.2水土保持林的林種選擇對(duì)紫色土的影響

有學(xué)者認(rèn)為紫色土區(qū)域不同治理措施下植被恢復(fù)和土壤性質(zhì)改良最明顯的是實(shí)施林草措施和封禁，其豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最大，其次是喬灌草相結(jié)合的恢復(fù)措施。水土保持植物措施喬灌草垂直配置和樹草種選擇多樣性可增加區(qū)域生態(tài)豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，使紫色土區(qū)域土壤性質(zhì)得到改良。

4.3水土保持林對(duì)紫色土水文作用的影響

有學(xué)者認(rèn)為土壤的水源涵養(yǎng)能力與土壤厚度、有機(jī)質(zhì)含量、非毛管孔隙率、最大持水量有關(guān)，研究表明就重慶而言，林區(qū)降水量高于農(nóng)區(qū)；徑流系數(shù)隨森林覆蓋率的增大而增大；區(qū)域徑流泥沙含量隨林草覆蓋率增加而降低。營(yíng)造水土保持林可增加土壤的水源涵養(yǎng)能力，增加區(qū)域徑流系數(shù)，減少?gòu)搅髂嗌澈俊?/p>

水土保持林草措施實(shí)施后，可以改善土壤理化性質(zhì)，保護(hù)和增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)生物多樣性，提高水源涵養(yǎng)能力，減少水土流失量，使區(qū)域生態(tài)良性循環(huán)。

5　觀景口水利樞紐工程水土保持措施設(shè)計(jì)

5.1措施設(shè)計(jì)與水源涵養(yǎng)相結(jié)合

重慶市水利樞紐工程各區(qū)域選擇適生樹草種造林種草，喬灌草在空間上垂直搭配與水源涵養(yǎng)林相結(jié)合。水土保持林草措施實(shí)施后可涵養(yǎng)水源；保留紫色土養(yǎng)分，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土地生產(chǎn)力。

5.2措施設(shè)計(jì)與改良土壤相結(jié)合

結(jié)合紫色土特性及水土保持林草措施對(duì)紫色土的蓄水保土、改良土壤等作用，水土保持措施的配置側(cè)重于 “硬”治理，既要使水土流失治理在短期內(nèi)效果明顯，也要發(fā)揮長(zhǎng)遠(yuǎn)的生態(tài)效益。增加工程措施和臨時(shí)擋護(hù)措施，使改良紫色土土壤在短期內(nèi)起到明顯的作用。

5.3工程措施、植物措施和臨時(shí)措施相結(jié)合

5.3.1工程措施

工程措施中重點(diǎn)是工程開挖前，將表層土進(jìn)行剝離，剝離厚度為30～60 cm，剝離后集中堆放，待工程施工結(jié)束后回填利用，對(duì)紫色腐殖質(zhì)土保護(hù)起到極為重要的作用。

5.3.2植物措施

植物措施重點(diǎn)是針對(duì)紫色土，選擇適合紫色土生長(zhǎng)的樹草種。根據(jù) 《重慶市林業(yè)基本情況調(diào)查報(bào)告》及現(xiàn)場(chǎng)查勘，對(duì)臨時(shí)占地選擇重慶市鄉(xiāng)土樹種馬桑和黃荊進(jìn)行行間混交綠化，株行距為1 m×1 m，穴裝整地，規(guī)格為30 cm×30 cm，以控制水土流失；對(duì)永久征地范圍內(nèi)區(qū)域，選擇撒播三葉草、紫花苜蓿等草籽，點(diǎn)綴栽植雪松、紫葉李、磁竹、欒樹、大葉黃楊等喬灌木樹種進(jìn)行綠化美化。

5.3.3臨時(shí)措施

臨時(shí)措施重點(diǎn)是針對(duì)工程臨時(shí)開挖面及臨時(shí)堆土進(jìn)行擋護(hù)苫蓋，選擇使用防塵網(wǎng)進(jìn)行苫蓋，同時(shí)在堆土周邊使用袋裝土進(jìn)行擋護(hù)，斷面為矩形，尺寸為0.6 m×1 m，防治雨水沖刷松散堆積體及裸露高陡邊坡。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）紫色土在治理中雖然存在水土保持缺陷，但是深入分析其產(chǎn)生原因，有針對(duì)性地采取水土保持措施，有利于水土保持方案設(shè)計(jì)更加合理、適用。

（2）借鑒一些成功的案例，能夠?qū)ξ撮_工的工程有一定的指導(dǎo)意義，更便于指導(dǎo)實(shí)踐。

（3）觀景口水利樞紐工程施工過程中需嚴(yán)格執(zhí)行水土保持方案設(shè)計(jì)中的措施，并在各項(xiàng)措施實(shí)施過程中進(jìn)行水土保持工程監(jiān)測(cè)，以便對(duì)下一步紫色土水土保持效益研究提供基礎(chǔ)資料。

［1］劉剛才，游翔，張建輝.紫色土丘陵區(qū)小流域治理對(duì)水土保持的作用 ［J］.山地學(xué)報(bào)，2008，25（5）：590-595.

［2］王軼浩，耿養(yǎng)會(huì)，黃仲華.三峽庫(kù)區(qū)紫色土植被恢復(fù)過程的土壤團(tuán)粒組成及分形特征 ［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（18）：5493-5499.

［3］熊偉，魏勝龍，陳志彪.紫色土丘陵區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式與土壤性質(zhì)相關(guān)性分析［J］.亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，9（4）：44-50.

［4］馬良清，張毓銳.重慶地區(qū)森林水文作用的初步研究 ［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，20（1）：14-19.

李云霞女工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

鄔龍男工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

俞云飛男工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

翟中文男工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

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