宋 晨

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

1 概 述

黑土是地球上珍貴的土壤資源，按照習(xí)近平總書記關(guān)于把黑土地保護(hù)好、利用好和采取有效措施保護(hù)好黑土地這一“耕地中的大熊貓”的重要指示精神，黑土地保護(hù)制度逐步完善，2017年，經(jīng)國務(wù)院同意，原農(nóng)業(yè)部、發(fā)展改革委等6部門印發(fā)了《東北黑土地保護(hù)規(guī)劃綱要(2017—2030年)，明確到2030年在東北典型黑土區(qū)實施166.67萬hm2黑土耕地保護(hù)任務(wù)。國家黑土地保護(hù)工程實施方案(2021—2025年)明確實施方向，針對黑土耕地出現(xiàn)的“薄、瘦、硬”問題，著重實施土壤侵蝕治理，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，肥沃耕作層培育等措施。黑龍江省各地認(rèn)真貫徹落實，積極推進(jìn)東北黑土地保護(hù)建設(shè)項目[1]。

近幾年實施的項目中，侵蝕溝治理逐年加大投入力度，其中工程措施多為常規(guī)典型設(shè)計結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)與實際適應(yīng)性有些偏差，建成不久就出現(xiàn)了沖刷破壞的現(xiàn)象；現(xiàn)選取典型實例進(jìn)行分析，提出一些改進(jìn)措施，希望建設(shè)的工程更加有效運(yùn)行，發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2 侵蝕溝治理常規(guī)工程結(jié)構(gòu)破壞情況

2.1 工程措施運(yùn)行中暴露出的問題

溝頭防護(hù)工程與地形契合度不好，溝頭繼續(xù)向上游發(fā)展；谷坊布設(shè)未達(dá)到理論的首尾高程銜接，谷坊結(jié)構(gòu)與溝道斷面不匹配，造成次生破壞；侵蝕溝沿岸防護(hù)差，側(cè)向侵蝕坍塌未得到控制；臨近侵蝕溝設(shè)生產(chǎn)路，路基失穩(wěn)路面損毀坍塌。

2.2 溝頭結(jié)構(gòu)破壞

一種是只在沖刷溝溝頭附近設(shè)置谷坊，沒采取溝頭防護(hù)措施，溝道繼續(xù)向上溯源侵蝕；一種是設(shè)計溝頭防護(hù)結(jié)構(gòu)沒完全符合實際地形，施工時是按地形去適應(yīng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)，造成大開挖多回填，達(dá)不到有效防護(hù)溝頭的作用，形成新的沖溝向上游繼續(xù)發(fā)展，逐步侵蝕耕地。

2.3 石籠谷坊結(jié)構(gòu)

沖刷溝所建谷坊結(jié)構(gòu)與溝道上下游及左右岸地形適應(yīng)性差，上下游溝底及岸坡，出現(xiàn)沖刷破壞。

2.4 漿砌石谷坊結(jié)構(gòu)

兩側(cè)棄土高于溝岸地面，阻擋坡水平順進(jìn)入溝道，兩側(cè)坡水繞過谷坊形成新的沖溝，沖刷溝治理不理想。有的谷坊堰頂高程過高，堰體排水效果不好，谷坊變成擋水壩，漿砌石墻后回填土不實出現(xiàn)了墻體變位、斷裂或傾斜現(xiàn)象，護(hù)砌側(cè)邊形成沖溝，護(hù)砌變形。

2.5 土柳谷坊結(jié)構(gòu)

土柳谷坊一般注重溝底中間布設(shè)，兩側(cè)邊的土體較軟弱，水流改道從側(cè)邊形成新的沖溝。

圖1 岸坡沖刷破壞

圖2 溝頭結(jié)構(gòu)不符合地形或防護(hù)不到位

圖3 谷坊上、下游銜接不順沖刷破壞

圖4 谷坊周邊棄土過高、堰體排水不暢

圖5 土柳谷坊側(cè)向沖刷破壞

3 侵蝕溝治理工程結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議

侵蝕溝比較發(fā)育，有繼續(xù)發(fā)展危害加重趨勢的，造成水土流失，耕地減少，不能只是簡單的設(shè)置邊坡防護(hù)及谷坊工程，應(yīng)結(jié)合侵蝕溝實際形狀采取全面系統(tǒng)的綜合治理，溝頭防護(hù)是重點，侵蝕溝沿線有支叉小的水流匯入口的地方就要采取工程措施進(jìn)行防護(hù)；調(diào)整溝道比降是主線，規(guī)范理論上要求是上下級谷坊首尾高程相接，實際工程由于造價等原因很難設(shè)置過多數(shù)量的谷坊，運(yùn)行時就會產(chǎn)生分段比降，即谷坊上游附近平緩，再向上游仍然是自然沖刷較陡，致使上一級谷坊末端形成跌落式破壞；所以溝道比降不單純是設(shè)置谷坊向上調(diào)整，還要谷坊結(jié)合下游側(cè)消能及溝底防護(hù)結(jié)構(gòu)做成臺階式或斜坡式向下游多調(diào)整30cm以上的高差，使一座谷坊發(fā)揮更大的作用，谷坊之間的溝道再輔助小型土柳谷坊加陡坡及其它植物措施，發(fā)揮工程措施與生物措施的聯(lián)合防護(hù)，使溝道達(dá)到整體治理的效果。

侵蝕溝內(nèi)設(shè)置溝頭防護(hù)、谷坊、邊坡防護(hù)工程時，工程結(jié)構(gòu)周邊高程應(yīng)低于溝道原地面高程，溝岸頂部修成弧形將溝岸及向外側(cè)2m左右用土工格式輔助植物措施固岸，便于周邊坡水平順入溝；工程施工開挖的棄土回填到谷坊堰體上游側(cè)。

3.1 溝頭防護(hù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)溝頭地形特點，不做大的開挖，按照實際坡度分別采取坡式、斜坡或垂直臺階式，選用透水性好的結(jié)構(gòu)護(hù)砌，不宜用漿砌石；溝底設(shè)消能防沖結(jié)構(gòu)，出口做適當(dāng)長度的柔性工程防護(hù)和植物措施。

1)在前緣上游一定范圍做土工格室(格室內(nèi)種植樹木，表面填筑砂礫等抗沖材料)過渡區(qū)，過渡區(qū)頂面隨現(xiàn)狀地形起伏不要高出地面，特別窄小的溝道尖端可回填一部分做為過渡區(qū)，減少再向上游的占地；前緣頂面高程，對應(yīng)上游來水溝道位置設(shè)置成稍低，保證水流通過防護(hù)結(jié)構(gòu)平順進(jìn)入溝道，避免從側(cè)邊侵入造成新的沖刷；前緣石籠再灌注混凝土，上表面抹平，避免局部形成水土流失通道。

2)整個工程段建基面的無紡布要連續(xù)鋪設(shè)。

3)出口設(shè)石籠護(hù)砌再加一段土工格室輔助生物措施，消力池出口坡面做適當(dāng)?shù)墓こ谭雷o(hù)或生物措施防護(hù)平順過渡到原溝道，避免沖刷破壞；

圖6 溝頭防護(hù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.2 谷坊結(jié)構(gòu)改進(jìn)

常用的有漿砌石谷坊，石籠谷坊，谷坊高度考慮溝道比降調(diào)整及深度等因素設(shè)計，谷坊控制段的堰頂盡量寬，不宜留小缺口，堰頂直接放寬至兩側(cè)邊坡，控制段兩側(cè)防護(hù)至設(shè)計水位之上或至坡頂，最大限度調(diào)整比降和滿足全斷面泄流，不從兩側(cè)造成沖刷破壞；消力池出口做適當(dāng)?shù)墓こ谭雷o(hù)及生物措施防護(hù)，避免沖刷破壞；控制段設(shè)置有效排水系統(tǒng)，并做好反濾；進(jìn)出口底高程應(yīng)考慮溝道比降，消力池后半部分降低，設(shè)置適當(dāng)?shù)牡?，下游溝底出口設(shè)置盡可能加長些的陡坡護(hù)砌，以適應(yīng)下游溝道斷面；岸坡上部可用土工格式結(jié)合植物措施防護(hù)；利用谷坊結(jié)合陡坡盡量調(diào)整放緩溝道比降。

3.2.1 漿砌石谷坊

1)堰頂以上及上游護(hù)坡要護(hù)砌到坡頂或設(shè)計水位以上，堰體上游護(hù)底的作用不大。

2)堰體內(nèi)盡量多設(shè)石籠，有利于排水，上游面垂直并用無紡布分層包裹，下游面為臺階式疊放。

3.2.2 石籠谷坊

1)兩側(cè)邊坡設(shè)石籠防護(hù)至坡頂，避免兩側(cè)邊造成沖刷破壞；堰頂石籠及其上兩側(cè)邊坡的石籠灌注混凝土，表面抹平。

2)谷坊堰體部位石籠前半段結(jié)構(gòu)分層包裹無紡布。

3)整個工程段建基面的無紡布要連續(xù)鋪設(shè)，并包裹各段的齒槽下面。

3.2.3 土柳谷坊

土柳谷坊一般用在較小的侵蝕溝，或作為工程谷坊之間的輔助措施，柳編谷坊要保證柳條扎根成活，同時保證土柳谷坊的透水性；重點是側(cè)邊的防護(hù)，為防止從側(cè)邊沖刷，在谷坊兩端向側(cè)邊斜向增加部分柳樁繞籬條，巖體兩側(cè)和下游側(cè)邊可輔助一些石籠工程結(jié)構(gòu)或土工格室護(hù)砌，下游溝底設(shè)置陡坡石籠防沖結(jié)構(gòu)。

3.3 岸坡防護(hù)結(jié)構(gòu)

一般有格賓石籠護(hù)坡、石籠砌筑護(hù)岸擋墻或漿砌石護(hù)岸擋土墻。漿砌石擋土墻一般基礎(chǔ)開挖較大，墻體排水效果不理想，墻體結(jié)構(gòu)及整體穩(wěn)定性不易保證，外觀與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)，不宜大規(guī)模設(shè)置。

3.3.1 較緩岸坡的防護(hù)

侵蝕長度較短，侵蝕寬度大，斷面較淺，現(xiàn)狀位于耕地中間，兩側(cè)耕地逐年縮減，無法進(jìn)行復(fù)墾的侵蝕溝采取植樹護(hù)溝，進(jìn)行原坡面整形后植樹，樹種以灌木柳為主。成活極大程度的降低了水土流失和原坡面的繼續(xù)侵蝕，既固坡又增加林草地面積，改善區(qū)內(nèi)整體生態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖7 溝道防護(hù)林措施效果

溝道削坡一般沿等高線將坡面修成狹窄的階狀臺面或<土體安息角的斜坡，以達(dá)到削坡減載，維持坡面穩(wěn)定的效果，為后期植樹種草創(chuàng)造條件；結(jié)合溝道削坡整形，坡面及岸坡頂部一定范圍設(shè)置土工格室結(jié)合溝坡防蝕林，固定溝坡防止溝壑橫向侵蝕發(fā)展。

溝底防蝕林可攔蓄溝底徑流，制止侵蝕溝的縱向侵蝕，促進(jìn)泥沙淤積，在兩座谷坊間沿水流方向營造溝底防沖林，進(jìn)行柵狀間斷造林，林帶寬度同溝底寬度。

3.3.2 較陡溝岸防護(hù)

1)侵蝕溝局部段近乎垂直的溝坡，不宜做大的削坡開挖，可結(jié)合岸坡形狀，下部做石籠層疊墻式防護(hù)，施工時沿最下層基礎(chǔ)底面及坡面鋪設(shè)無紡布，同時依靠坡面逐層砌筑石籠，坡與石籠間小的空擋填筑碎石或砂礫石即可。

2)底層石籠可寬一些，向上可逐層變窄。

3)上部可用斜坡式石籠防護(hù)，岸頂再做適當(dāng)寬度的土工格室結(jié)合植物措施過渡區(qū)。如果岸頂直接面臨陡坡時，設(shè)置必要的安全警示樁。

圖8 較陡岸坡的防護(hù)

4 其它植物措施簡介

4.1 柳編護(hù)溝

位于耕地中間，河流兩岸的大型侵蝕口，現(xiàn)狀侵蝕長度較短，侵蝕寬度大，斷面較深，兩側(cè)耕地已因現(xiàn)狀侵蝕作用逐年縮減。此類溝道已無法進(jìn)行復(fù)墾處理，如采取工程措施用量較大；柳樁中間用活柳條編籬，起到將柳樁連接成片的作用，且能更好的降低瞬時來水的沖刷，極大程度的降低了水土流失和原坡面的繼續(xù)侵蝕。原坡面插柳后，在柳條成活后既固坡又增加林草地面積，既治理了侵蝕溝又改善整體生態(tài)結(jié)構(gòu)。

樁料選擇：選生長能力強(qiáng)的活立木柳樁，單個平均長1.5m左右，直徑5-7cm。

埋樁：埋深0.5m左右，柳樁間距0.5m×0.5m。

編籬：先橫向鋪一層柳條，再縱向鋪一層柳條，每層約10cm，然后壓實柳條以樹樁為徑縱橫向編籬柳條，用鐵絲把柳條固定在柳樁上，最后在上面及兩邊覆土約20cm，并壓實，柳樁外露約20cm。

圖9 柳編護(hù)溝效果

4.2 秸稈填埋侵蝕溝復(fù)墾

該措施是通過將秸稈打包后填充到溝道內(nèi)，上層覆土，修復(fù)受損耕地；在溝底鋪設(shè)連通的暗管并間隔修筑滲井，復(fù)墾后原溝道位的地表徑流通過覆土層和滲井垂直下滲入秸稈層，再匯入暗管排出，減小或消除地表的沖刷，避免再次成溝。該項措施主要適用于耕地中中小型侵蝕溝修復(fù)，保障大機(jī)械農(nóng)耕的同時，還創(chuàng)建了秸稈還田新模式，保護(hù)環(huán)境，化解用地矛盾；該方法關(guān)鍵是排水出路要暢通。

4.3 侵蝕溝植樁生態(tài)護(hù)坡治理技術(shù)

吉林省推廣的侵蝕溝植樁生態(tài)護(hù)坡治理技術(shù)是利用木樁、農(nóng)作物秸稈等材料，控制土壤侵蝕和固坡的一種比較有效的措施，值得研究應(yīng)用。

5 結(jié) 語

侵蝕溝治理要因地制宜，一溝一策，發(fā)揮工程措施的控制作用及植物措施的輔助作用，有機(jī)結(jié)合，相輔相成，保證工程結(jié)構(gòu)的安全性和有效性，發(fā)揮植物措施的潛力作用，達(dá)到投入有回報，治理有效果，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，逐漸形成侵蝕溝區(qū)域治理模式化。