劉 一

(內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市水利事業(yè)發(fā)展中心，內蒙古 呼倫貝爾 021000)

將水土保持對位配置技術應用到小流域溝道的保護和開發(fā)中，能夠遏制小流域溝道本身存在的生態(tài)破壞、水土流失等問題，有利于恢復原有的生態(tài)環(huán)境，構建更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)；還能提高小流域溝道各種資源的利用率，挖掘各種資源的利用價值，從而創(chuàng)造一定的經濟效益。水土保持對位配置技術的應用將生態(tài)效益、經濟效益和社會效益有機統(tǒng)一起來，成為現階段保護和開發(fā)小流域溝道的一種有效措施。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)在內蒙古高原的西北方，位于E107°22′，N44°37′，面積為3713.5km2，地形以溝壑和塬地為主，海拔在600～1200m，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫4.6℃，年日照時長2800～3200h，多年平均降水量307mm，其中6—8月降水量占全年降水量的70%左右。由于地表植被稀疏，降雨集中在夏季，雨水沖刷使得塬面被不斷蠶食，帶來嚴重的水土流失問題，成為造成生態(tài)平衡失調和制約地方經濟發(fā)展的主要原因。為保護生態(tài)環(huán)境，遏制水土流失，本文提出了適用于小流域溝道的水土保持對位配置措施，通過預防與治理相結合，生物措施與工程措施相結合的原則，切實提高了研究區(qū)溝道治理成效，為修復受損生態(tài)，實現生態(tài)與經濟的同步發(fā)展提供了有益幫助。

2 小流域溝道水土保持措施對位配置技術

2.1 植物措施對位配置

掌握小流域溝道所在地區(qū)的海拔、降雨、積溫、全年日照、土壤水分等數值，根據土壤類別、坡度坡向、降雨情況等劃分出立地類型。在此基礎上分別對喬木、灌木、草本植物的生態(tài)適宜度展開分析，并計算各類植物對當前立地環(huán)境的生態(tài)適宜度。生態(tài)適宜度的區(qū)間為[0，1]，當生態(tài)適宜度為1時，認為區(qū)域現狀資源完全滿足發(fā)展要求，即植物對立地環(huán)境的適應性最好；當生態(tài)適宜度為0時，認為區(qū)域現狀資源完全不能滿足發(fā)展要求，即植物對立地環(huán)境的適應性最差[1]。根據水土保持措施對資源環(huán)境要求的不同，可以將其分成3種類型。

2.1.1 類型一

假設水土保持對資源現狀的適應性存在一個適宜區(qū)間[Pimin，Pimax]，在該區(qū)間范圍內，資源現狀的實際測度P越大越好，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(1)

式中，Si表示i資源現狀的測度；Ri表示i資源的風險性測定結果。

2.1.2 類型二

假設在資源能夠充分供給的情況下，存在一個適宜區(qū)間[Pimin，Pimax]，并且該區(qū)間內有一個最適宜的點Pi，當該區(qū)間內資源現狀的測度大于或小于Pi時都會成為限制因素，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(2)

2.1.3 類型三

水土保持措施對資源現狀的適宜性，既不存在最低閾值(Pimin)，也不存在最高閾值(Pimax)，但是有一個最適宜的值Pi，只要資源現狀不等于Pi都會成為限制因素，此時可以構建資源適宜度指數(Xi)的數學模型：

(3)

考慮到區(qū)域發(fā)展的資源需求生態(tài)位是一個由若干種資源共同構成的多維度空間，在該空間中只要有任意一種資源無法滿足需求的最低要求(即任意一種資源的生態(tài)適宜度為0)，則整個生態(tài)的適宜度為0，生態(tài)適宜度指數公式：

(4)

式中，Xj表示j發(fā)展措施的生態(tài)適宜性指數；Xij表示ij發(fā)展措施的生態(tài)適宜性指數；n表示發(fā)展措施的數量[2]。

2.2 工程措施對位配置

工程措施對位配置技術主要包含2方面內容：分析不同類型治溝工程及其自然地質狀況，具體來說就是，參考國家有關部門出臺的標準、規(guī)范，對于常見工程(如淤地壩、沉沙池、蓄水池等)的規(guī)格、地質條件、壩址選擇條件等進行總結，為下一步開展工程措施生態(tài)位的研究提供依據；根據治溝工程的具體類別，尋找與之適配的對位配置模式，為下一步開展水土保持和生態(tài)修復提供幫助[3]。

3 小流域溝道水土保持措施對位配置技術的應用

3.1 植物措施對位配置技術的應用

3.1.1 溝道立地條件類型的劃分

研究表明，即便是在同一個小流域內，由于溝壑的走向、深度、坡度以及坡面長度等因素存在明顯差異，導致不同位置的水、光、熱分配情況也會存在較為明顯的差異，進而在1個小流域內形成若干個小氣候，這是造成小流域內生物生長存在差異的原因之一；除此之外，采取的栽培方式，土壤的滲透能力，地表蓄水工程等因素，也會對水土保持能力產生直接影響，這是造成小流域內生物生長存在差異的原因之二[4]。為此，本文在研究小流域溝道水土保持植物措施對位配置技術時，充分考慮了小流域的坡向、坡度、土壤類型、日照時數、>10℃有效積溫等6個影響植物生長發(fā)育的因子，以高原溝壑區(qū)氣候觀測數據為基礎，計算6個因子并根據計算結果劃分立地條件，如表1所示。

3.1.2 植物生態(tài)學特性分析

本研究中分別探究了喬木、灌木、多年生草本植物生長發(fā)育所學的生態(tài)條件，為了找出適合各種植物的最佳生態(tài)環(huán)境，共挑選了6項評價指標，分別是海拔、年均降雨量、>10℃有效積溫、全年日照時數、土壤含水量和年均氣溫。喬木植物有刺槐、山杏、側柏、毛白楊、粗枝云杉等；灌木植物有白刺、葡萄、沙棘、紫穗槐等；多年生草本植物有沙打旺、紅豆草、披堿草、紫花苜蓿等。這里以灌木植物為例，其生長發(fā)育所需生態(tài)條件見表2。

表2 灌木樹種最適宜的生長發(fā)育條件

3.1.3 植物種生態(tài)適宜度計算

根據式(1)～(4)對10種立地條件下的樹種進行生態(tài)適宜度計算。結合內蒙古的植被分布情況來看，每種立地類型下適宜種植的植物有若干種，如立地類型A常見的樹種有側柏、刺槐、山杏、葡萄、文冠果等；立地類型B常見的樹種有山桃、紅柳、檸條、臭椿等；立地類型D常見的樹種有山楊、毛白楊、華山松等；立地類型G常見的樹種有三葉草、紫花苜蓿等。本文在計算不同立地類型下樹種生態(tài)適宜度時，在每種立地類型下選擇了1種具有代表性的樹種，分別選擇了海拔、年降雨量和全年日照實數3項指標計算了生態(tài)適宜度，統(tǒng)計結果見表3。

表3 樹種生態(tài)適宜度指數計算表

生態(tài)適宜度的取值范圍為[0，1]，計算結果越接近于1，說明該樹種越適宜在當前立地條件生長。當生態(tài)適宜度為1時，說明該樹種處于最佳生長環(huán)境；反之，當生態(tài)適宜度為0時，說明該樹種不適宜在當前環(huán)境下種植。由表3可知，除了立地類型A的紫穗槐生態(tài)適宜度指數較低外，其余7種立地類型下的樹種生態(tài)適宜度指數較高。

3.1.4 不同立地類型植物措施的對位配置模式

在植物措施對位配置模式下，除了考慮樹種對立地條件的生態(tài)適宜度外，整地方式也會對植物的生長情況產生直接影響，進而決定了小流域溝道的生態(tài)治理效果[5]。通過計算得出，研究區(qū)是以種植的喬木樹種有19種，灌木樹種有8種，多年生草本植物有5種。在整地方式方面，從調查情況來看，研究區(qū)常用的整地方式有魚鱗坑、水平階、反坡臺、穴狀整地4種類型。除了立地類型A、B不需要整理外，立地類型C、D、G需要實施水平階、反坡臺整地工程；立地類型C適宜種植的樹種有油松、側柏、刺槐、臭椿、山杏、葡萄、沙棘等；立地類型D適宜種植的樹種有檸條、紅柳；立地類型G適宜種植的樹種有山桃、旱柳、文冠果。立地類型E和H需要實施魚鱗坑、穴狀整地工程；立地類型E適宜種植的樹種有紫穗槐、紅豆草、沙打旺等；立地類型H適宜種植的樹種有側柏、三葉草等。

3.2 工程措施對位配置技術的應用

3.2.1 不同類型治溝工程的自然地質狀況分析

根據降水情況、土壤類型、坡向坡度、地質條件等情況，適合的治溝工程措施也不盡相同。因此，在應用工程措施對位配置技術時，要堅持因地制宜的原則，保證工程措施的針對性。結合前期調查情況，研究區(qū)的治溝工程主要有3類，所需條件如下。

3.2.1.1 淤地壩

對于壩高在15m以下、庫容不足10萬m3、淤地面積在2hm2以下的小型淤地壩，可以直接修建在巖基上，或者是河床覆蓋層這類透水性較差，承載力較強的地質條件上，壩址盡量選擇在小支溝或者大支溝的上游。對于壩高在15m以上、庫容超過10m3、淤地面積在2hm2以上的中大型淤地壩，要選擇巖基或者堅實的土基上，要求土質堅硬，無滑坡塌方，壩址盡量選擇在主溝的中下游或者支溝的下游。

3.2.1.2 蓄水池

通常布置在坡腳處或者是坡面的低洼處，蓄水池與截(排)水溝的末端連接，方便排水和蓄水。根據研究區(qū)的氣候條件，一個坡面可以集中修建一個或分散修建多個蓄水池，要求蓄水池的總容量在5000～8000m3。蓄水池需要布置在巖性良好、施工較為便利的區(qū)域，最好是無裂縫、暗穴的砂礫層。

3.2.1.3 沉沙池

通常將沉沙池布置在蓄水池進水口的上游，保證截(排)水溝排出的水能夠進入到沉沙池完成沉淀，留下底層的泥沙，將上層的清水排入到蓄水池中。

3.2.2 不同類型治溝工程對位配置模式

根據溝道的深度、型式等方面的不同，將溝道分成不同的級別和類型，同時制定相應的工程措施，為治溝工程對位配置提供依據。本文研究區(qū)的溝道分為3級，具體配置：將輕度割裂、半主溝型的溝道，劃分為I級溝，可以建設小型淤地壩，其中個別面積在1km2以上、長度在50m以上的I級溝，選擇溝口建設中型淤地壩；將中度割裂、半主溝或主溝型的溝道，劃分為II級溝，可以選擇在II級溝的下游修建中型壩；將重度割裂、主溝型的溝道，考慮到溝道回流面積可以達到10km2以上，可修建2座甚至更多的中型壩。

4 結語

對于植被較為稀疏，水土流失較為嚴重的小流域構造，根據因地制宜原則采取水土保持措施。在植物措施對位配置方面，要根據立地條件選擇適宜的樹種以及科學的整地方式，從而提高了植物的成活率和生長質量，更好地發(fā)揮水土保持作用；在工程措施對位配置方面，要根據溝道級別、類型以及地質條件，選擇相應的布設方式，以提高溝道治理工程的實用性。研究區(qū)綜合采取了植物措施和工程措施切實提高了水土保持效果，對減少夏季集中降雨時的地表徑流，改善區(qū)域生態(tài)條件起到了積極幫助。