方 堃

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持科學(xué)研究所,山西 太原 030013）

1 引言

永和縣位于臨汾市西北部呂梁山南側(cè),全縣耕地土壤類型為黃土,地貌特征為丘陵溝壑。地表起伏變化較大,在丘陵地帶,山坡坡度大,多處溝壑較深,降雨后水土流失十分嚴(yán)重,在一些地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū),季節(jié)性洪水、滑坡等自然災(zāi)害十分嚴(yán)重。由于土壤瘠薄,降水集中,當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)基礎(chǔ)十分脆弱,并且有限的耕地資源分布不均,肥沃農(nóng)田數(shù)量較少。在適宜耕作的土壤中,土壤類型為灰褐土,耕性較好,適宜栽培的作物較多。在不適宜耕作的地區(qū),分布著沙棘、黃刺玫、虎榛子、荊條等自然植被；在適宜耕作的地區(qū),主要栽培農(nóng)作物為玉米、谷子、馬鈴薯、花生等農(nóng)作物。近些年,由于水土保護(hù)力度不夠,水土流失十分嚴(yán)重,耕地肥力下降較快,導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境條件急劇惡化,原有的耕地資源生產(chǎn)能力也在降低,農(nóng)作物產(chǎn)量在下降,原始植被逐年減少,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入和生存條件,需要盡快進(jìn)行水土保持治理工作。

2 項(xiàng)目區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件

項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域?yàn)橛篮涂h南莊鄉(xiāng)和坡頭鄉(xiāng)的三個(gè)行政村,目前該區(qū)域居住人口數(shù)量為11653 人,其中專門從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的人數(shù)為10300 人,所在區(qū)域農(nóng)村勞動(dòng)力人數(shù)達(dá)到了3215 人,平均人口密度為38 人/km2,2019 年平均每人土地面積為2.63 hm2,但是人均耕地面積僅0.61 hm2,加上水土流失導(dǎo)致的土壤肥力降低,使得人均收入已經(jīng)降低至2704 元/a,人均糧食產(chǎn)量僅僅309.9 kg,嚴(yán)重影響了農(nóng)民生活水平的提高。從調(diào)研結(jié)果來看,這3 個(gè)行政村所有產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為819.72 萬元,其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占50.61%,達(dá)到了414.86 萬元。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中,糧食產(chǎn)值為265.20 萬元,占全部農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的63.93%,說明糧食生產(chǎn)仍然是該地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。除糧食作物外,該地區(qū)經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)值達(dá)到了149.66 萬元,占農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)比例為36.07%。從調(diào)研結(jié)果來看,這三個(gè)行政村擁有土地面積達(dá)到8261.00 hm2,但是耕地面積僅為1393.42 hm2,所占比例僅為16.87%,而所有耕地中,中坡地耕地面積占所有耕地面積的83.95%,達(dá)到了1169.71 hm2,這也是該地區(qū)水土流失導(dǎo)致耕地肥力顯著降低的根本原因。

3 水土流失現(xiàn)狀

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn),在南莊鄉(xiāng),水土流失面積達(dá)到了90.92 km2,占本鄉(xiāng)總土地面積102.71 km2的87.64%。在所有存在水土流失的土壤中,中度水土流失面積占總面積3.49%,為3.14 km2,而強(qiáng)度及以上水土流失面積占該鄉(xiāng)總面積的90.10%,2019 年達(dá)到了81.92 km2。在坡頭鄉(xiāng),存在水土流失的土地面積占總土地面積203.5 km2的87.85%,達(dá)到了178.77 km2,說明其水土流失問題十分嚴(yán)重。在存在水土流失的所有土壤中,中度水土流失土壤所占比例為3.30%,總面積為5.90 km2,但是高強(qiáng)度水土流失面積占總面積的比例為91.30%,達(dá)到了163.22 km2。從現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果來看,該區(qū)域水土流失十分嚴(yán)重,并且流失面積相對較大,土壤受到自然環(huán)境的侵蝕也比較嚴(yán)重。由于連年的水土流失缺乏治理措施,近些年土壤質(zhì)量顯著降低,土壤生產(chǎn)力受到了顯著影響,糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)作物栽培均受到了較大影響,嚴(yán)重限制了人民生活水平的提高。連年的水土流失也加劇了當(dāng)?shù)刈匀粸?zāi)害的發(fā)生頻率,當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞十分嚴(yán)重。結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果,盡快加強(qiáng)該地區(qū)耕地的水土保持工作十分必要,也是提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入,改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境條件的有效途徑。

4 水土保持工程總體布置

為解決當(dāng)?shù)厮亮魇?dǎo)致肥力降低和耕地生產(chǎn)力降低的問題,永和縣制定并實(shí)施了水土保持綜合工程,已徹底改善該地區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到破壞的問題。本水土方案在質(zhì)地之初,充分征求了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾的意見和建議,結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)民意愿和村屯分布、耕地分布情況,水土保持工程實(shí)施地區(qū)主要選擇在25°以下的中坡地耕地范圍內(nèi),對于一些退耕還林地區(qū),經(jīng)濟(jì)林、疏林地、草原、梯田和大于25°的耕地目前不做治理,以防止由于人工擾動(dòng)加重水土流失。在水土保持工程建設(shè)上,根據(jù)不同地塊的分布,立地條件,沿著等高線布置排水渠、道路、保護(hù)設(shè)施等；在道路設(shè)計(jì)上,主要利用原有的梯田道路,能取直區(qū)域盡可能取直,主要交通道路從山腳至山頂修成“S”型曲線狀。在水土保持工程措施選擇上,主要采取修建水平梯田,生產(chǎn)道路的方式。

根據(jù)本區(qū)域內(nèi)耕地分布以行政邊界為小斑單元的特點(diǎn),在新梯田建設(shè)上仍然延續(xù)這種做法。在坡度計(jì)算上,采取等高距和坡長的關(guān)系測算。根據(jù)小斑形狀的特點(diǎn),將3～5 個(gè)現(xiàn)有梯田斷面的坡度平均值作為該區(qū)域的地面坡度。在與當(dāng)?shù)卣浞謪f(xié)商基礎(chǔ)上,在1169.71 hm2中坡度耕地中,共需要新建水平梯田186 處,共計(jì)555.56 hm2。從不同地塊坡度上,建設(shè)了48 處5°～10°坡耕地,總面積為110.97 hm2；新建38 處10°～15°坡耕地,面積為154.66 hm2；而5°～20°坡耕地?cái)?shù)量最多,達(dá)到了58 處,面積為189.14 hm2；20°～25°坡耕地?cái)?shù)量最少,僅為42 處100.79 hm2。

5 水土保持工程措施

5.1 水平梯田

根據(jù)水土保持工程總體設(shè)計(jì)方案,結(jié)合當(dāng)?shù)卣{(diào)研實(shí)際情況,設(shè)計(jì)并實(shí)施的水平梯田工程。從施工后梯田現(xiàn)狀來看,總體各類梯田的寬度為5 m～14 m,依據(jù)梯田的坡度,建設(shè)了適應(yīng)坡度力學(xué)要求的田坎,保證新建梯田的穩(wěn)定性和持續(xù)利用性。在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)選擇上,結(jié)合山西省降雨的歷史極端記錄值,新建梯田可以抵御10 年一遇的特大暴雨襲擊,在遇到暴雨時(shí),水土保持工程可以攔蓄徑流80%以上,攔沙90%以上,有效降低水土流失量。

表1 水平梯田斷面尺寸表

圖1 水平梯田斷面要素圖

表2 水平梯田斷面設(shè)計(jì)表

工程建設(shè)完成后,實(shí)際建設(shè)梯田情況如下：原地面坡度在5°～10°的地塊,梯田凈寬可以達(dá)到14 m,田坎坡度和高度分別為75°和1.91 m；原地面坡度10°～15°地塊梯田凈寬可以達(dá)到11 m,田坎坡度和高度分別為70°和2.65 m；原地面坡度為15°～20°的地塊,新建梯田田面凈寬度為6 m,田坎坡度和高度分別為70°和2.14 m；對于原地塊坡度值達(dá)到20°～25°的地塊,田面寬度僅僅可以建設(shè)到5 m,田坎坡度和高度分別為70°和2.44 m。新建梯田外緣全部建設(shè)為倒坡狀,最外坡均高出田面20 cm。梯田所修田埂高度為30 cm,頂寬30 cm,田埂外側(cè)坡與田坎坡度一致。

（2）降雨防御標(biāo)準(zhǔn)：從山西省歷史降雨記錄來看,10 年一遇的最大暴雨為6 小時(shí)降雨量達(dá)到73.25 mm。鑒于此,在梯田建設(shè)時(shí),田面允許最大徑流深度為74 mm,水平梯田邊埂修建高度為30 cm,按照每小時(shí)最大降雨量計(jì)算,該設(shè)計(jì)完全可以攔蓄十年一遇的最大降水量,在遇到極端暴雨時(shí)不會(huì)出現(xiàn)垮塌的危險(xiǎn)。

（3）修筑水平梯田的實(shí)際工程量。

梯田建設(shè)完成后,該工程實(shí)際工程量見表3。從工程量上來看,15°～20°坡地建設(shè)田坎工程量最大,這可能與該坡度耕地治理面積較大有關(guān)；而5°～10°坡地田坎占地最低,但是耕地治理面積和梯田凈面積均超過20°～25°坡地,說明坡度較小地塊修筑單位面積的梯田所耗費(fèi)的工程量明顯小于坡度較大地塊。從單位面積土方量上來看,隨著坡度的增加,土方量表現(xiàn)出增加的變化,這說明在坡度較大地區(qū)修建梯田工程量明顯大于緩坡地地區(qū)。從土壤運(yùn)移量上來看,較大的坡地需要運(yùn)移土方量也較大,這會(huì)大大提高建設(shè)成本。

表3 水平梯田工程量表

5.2 生產(chǎn)道路

在梯田建設(shè)過程中,為了方便運(yùn)輸以及未來生產(chǎn)的需要,項(xiàng)目區(qū)新建主干道路16.57 km,新修建的支路主要分布在梯田中間,方便生產(chǎn)需要。

（1）主干道路建設(shè)

主干道路主要是起到交通功能,可以同行汽車和拖拉機(jī),在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于農(nóng)資和農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸。實(shí)際建設(shè)主干道路寬度為3 m,路面橫向坡比值為1%～2%,縱向坡度為5°～11°,長坡距離一般為20 m,坡度較大地塊將主干道路修建為“之”字型道路,道路最大縱坡度為15°；道路轉(zhuǎn)彎處用圓曲線連接,并且在圓曲線處設(shè)置加寬通道,方便車輛同行和錯(cuò)車需要；另外,為方便車輛轉(zhuǎn)彎需要,圓曲線半徑一般控制在10 m～15 m。在道路施工中,為了防止降雨導(dǎo)致的水流沖刷路基,主干道路全部修建成為了外高里低的路面,每隔10 m 左右建設(shè)一個(gè)攔蓄路面流水裝置,將路面積水全部引入梯田內(nèi)。主干道路設(shè)計(jì)圖見圖2。

圖2 干路布設(shè)立體示意圖

（2）支路建設(shè)

在新建梯田上修建的支路主要為了同行需要,便于農(nóng)民在不同的梯田田塊之間同行,方便農(nóng)作物種植作業(yè)。在坡度較小的地塊,支路修建成為斜線型,陡坡地段修建為“S”型,對于用地比較緊張的地段,直接將支路和田埂相結(jié)合修建,以最大限度提高梯田面積。本次水土保持工程所有支路寬度均為2 m,詳細(xì)布設(shè)圖見圖3。

圖3 支路布設(shè)立體示意圖

6 水土保持工程實(shí)際投資

該水土保持工程完工后,經(jīng)過實(shí)地核查,最終修筑梯田面積達(dá)到了555.56 hm2,主干道路16.57 km,實(shí)際土方工程量為159.07 m3。施工過程中,共計(jì)消耗柴油數(shù)量為119.84 t,現(xiàn)場實(shí)際用工量為48.43 萬工日,動(dòng)用施工機(jī)械1413 臺(tái)班。工程建設(shè)實(shí)際投資額為1250.00 萬元,其中道路工程、梯田修筑費(fèi)用共計(jì)1153.04 萬元,獨(dú)立費(fèi)用96.96 萬元。在資金構(gòu)成上,中央投資總額度為1000 萬元,地方配套資金額250 萬元。

7 水土保持工程效益分析

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

本水土保持工程建設(shè)除了降低水土流失功能之外,新修建的梯田還可以作為糧食生產(chǎn)和栽種經(jīng)濟(jì)作物的耕地,對于緩坡地梯田,有條件地區(qū)可以發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè),提高單位面積耕地的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合山西省的作物種類,發(fā)展具有當(dāng)?shù)靥厣霓r(nóng)業(yè)栽培模式,多渠道增加農(nóng)民收入。從農(nóng)民收入變化上來看,本工程使當(dāng)?shù)剞r(nóng)民人均收入提高了1025 元。該工程預(yù)期發(fā)揮效益年限為20 年,預(yù)期各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益累計(jì)增加值為27658.52 萬元,內(nèi)部收益率為19.59%,預(yù)計(jì)靜態(tài)投資回收期為6.0 年,動(dòng)態(tài)回收期為9.0 年,實(shí)際效益費(fèi)用比為1.77。

7.2 生態(tài)效益

本項(xiàng)目的實(shí)施有效遏制了當(dāng)?shù)厮亮魇栴},每年雨季可以攔蓄泥沙量達(dá)到3.06 萬t,減少雨水流失量7.45 萬m3,降低了暴雨過后導(dǎo)致滑坡塌方的概率,有效提高了當(dāng)?shù)氐钟匀粸?zāi)害的能力,對于降低水土流失導(dǎo)致的下游河道污染具有顯著作用。由于部分地塊的退耕還草和退耕還林,使生態(tài)環(huán)境得到了較好改善,有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)環(huán)境的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。

7.3 社會(huì)效益

該水土保持工程建設(shè)過程中,共計(jì)投入48.43 萬工日勞動(dòng)力參與工程施工,實(shí)際吸收農(nóng)村剩余勞動(dòng)力2010 個(gè),有效解決了當(dāng)?shù)厥Ｓ鄤趧?dòng)力問題。在新建設(shè)的502.39 hm2梯田內(nèi),按照每公頃糧食增產(chǎn)2109.00 kg 測算,該工程每年可以增產(chǎn)糧食0.11 萬t,有效提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入,并且也為國家糧食安全做出了貢獻(xiàn)。工程施工中新建設(shè)的16.57 km 道路可以較好的改善當(dāng)?shù)亟煌l件,有利于新農(nóng)村建設(shè)的進(jìn)行,改善了農(nóng)村的生產(chǎn)生活環(huán)境條件。