秦巴山区造林整地方式的探讨(马永)

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秦巴山区造林整地方式的探讨

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马 永水利论文 x YPBFl3y
(镇巴县水土保持工作站)

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摘要:本文结合汉中市镇巴县降雨及耕地状况对秦巴山区的造林整地方式进行探讨。讨论了鱼鳞坑、水平沟、水平阶的适宜范围及设计方式。提倡进行水平阶整地。

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关键词:造林;整地;秦巴山区;探讨作者简介:马永(1973-),男,镇巴县水保站工程师。水利论文U;y@Wo i)O

收稿日期:2000-12-30

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  镇巴县地处陕南汉中市,在长江流域水土保持分区中属陇南陕南片区。当地石多土薄,降水丰富,全县多年平均降雨量1296.4mm,超过长江流域多年平均降雨量(1100mm)。全县暴雨频繁,1950年~1996年共发生暴雨192次,年均4.2次,其中发生大暴雨26次,特大暴雨7次,最大日降雨量345.6mm。大于25°的陡坡耕地占耕地总数的66.4%,陡坡耕地中有87%属于轮歇地(土层<30cm),人均0.19hm2耕地中宜农耕地仅0.08hm2。陡坡耕地和荒山荒坡是造林的主要对象。

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1 整地现状

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  整地是造林的必要环节,通过整地可以熟化土壤,拦截坡面径流泥沙,提高地力,使苗木能够有较高的成活率并良好生长。镇巴县在“长治工程”中的整地措施主要有三种,即鱼鳞坑、水平沟和水平阶。但这些整地方式的规格大多采用其它地区的经验数据,有的甚至采用黄土高原区的规格尺寸,由于外地条件与该县实际情况的差异,在具体实际中有时竟造成了新的水土流失。如柴家沟综合点是镇巴县1994、1995、1996年连续三年的治理点,如今已显出显著的经济效益。但是沟口的河床却在这三年中连续增高,一遇暴雨,山洪便翻堤侵入农田,造成了新的损失,迫使河堤年年补修增高,其中很大的一个原因就是在大面积造林中不按实际情况进行整地,在开挖水平沟时不筑边埂,修水平阶时随意剥离表土层,造成了一定的水土流失。由上述实例可见,对于秦巴山区类似镇巴县这样的条件,如何科学合理地对坡地进行整治,对保障苗木的成活率乃至水土保持工程的成败都是至关重要的。根据笔者多年的工作经验,并参照有关整地规格设计,做如下讨论。

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2 整地规格设计

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2.1 鱼鳞坑:见图1。

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现建立如图2的坐标系,则有水利论文zT.On:Re[OB/Ie

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ABE挖方体积VABE等于

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BCDE挖方体积VBCDE(设为垂直边壁)同法可求出等于水利论文'{6B R"LoE"F7j

VBCDE=2/3bLh水利论文9v-^ |ole0oH/K~

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图1 鱼鳞坑剖面图水利论文P(I_FP2Mv!}0b-zz
Fig.1 Sectional drawing of fish-scale pits

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图2 挖方部位立视图水利论文@2XWY3r6J"\
Fig.2 Elevation drawing of excavations

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那么总挖方量水利论文;irX#Oo`:h7}r

V=VABE+VBCDE=2/15bL(3btga+5h) (m3)水利论文bth9N2Xb6E

而V=VAEF+VVAEF≈VABE=2/5b2Ltga

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那么V=2/5b2Ltga+2/15bL(3btga+5h)=2/15bL(6btga+5h) V也等于V+V水利论文jh~$XLTH

而V=LqL′=LφhRL′=0.56×3×0.15L=0.252L (m3)水利论文2^N(zwG2{5B*\

V=L′×h×L=3×0.0013×L=0.004L (m3)水利论文3nBR|}3LC

则V=V+V=0.252L+0.004L=0.256L (m3)水利论文1Hf_(S w:W[!s

根据V=2/15bL(6btga+5h)=0.256L可得出 0.256=2/15b(6btga+5h)水利论文/mF9Q"d*I9Au+F2Y

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图3 不同坡度的b-h曲线水利论文VD7gX'?E
Fig.3 b-h curves for different slopes水利论文)ZY{)^{E'D

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图4 水平沟剖面图水利论文-tp2y0p?xb1aZ/~

Fig.4 Sectional drawing of horizontal ditches水利论文B)u-G,\i`H S1V

  在上式中 a为地面原坡度(°),L为坑长(m),h为坑最低挖深(m),b为坑宽(m),q为单位面积来水量(m3/m2),φ为径流系数取0.56(特大暴雨25°坡耕地实测),hR为设计降雨量(按拦蓄特大暴雨设计日降雨150mm),L′为拦蓄径流距离(一般为3m,指水平间距),h为冲刷深(日降雨150mm,25°坡耕地实测平均冲刷深1.3mm),V为鱼鳞坑挖方体积,V为鱼鳞坑蓄水拦泥容积,V为鱼鳞坑蓄水容积,V为鱼鳞坑拦泥体积。

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  图3表示了坡度为25°和15°时b,h的变化曲线。

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在陡坡耕地中几乎所有的土层都小于30cm,根据h′≤T/cosa,(式中T为土层厚度),那么h+btga≤0.3/cosa,而25°的曲线中所有的点都无法满足这个要求,即使是15°,若土层只有30cm,也无法满足这个条件,也就是说,如坡耕地土层厚度为30cm,在坡度15°以上时,是无法用鱼鳞坑来拦蓄径流的,这里面还没有考虑栽树后需回填所占的体积。水利论文KZrQ D7TD

2.2 水平沟水利论文@ ](j \4a U+Y

  水平沟也是一种拦蓄坡面径流泥沙的整地方式,如图4:水平沟单位长度的蓄水容积V等于水利论文6FT6f8N;K_:X:c:w

V=1/2[(b+2mh)+b]h+1/2[(b+2mh)+(b+2mh+mh′+m′h′)]h′
R i:H5~JK0=(b+mh)h+(b+2mh)h′+1/2(m+m′)h′2水利论文N)c:RT5u6A f@

式中 b为沟底宽(m),h为沟深(m),a为地面坡度,h′为开挖部分以上最大蓄水深(m),m为挖方部分边坡系数(取1.5为宜),m′为填方部分边坡系数(取1为宜)。

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  图5为坡面为25°时拦蓄特大暴雨所需底宽与蓄水深的变化曲线。因水平沟不仅用于拦蓄坡面径流泥沙最主要的目的还在于栽树,因此水平沟开挖后,植树时需回填土壤20~30cm,而当土壤厚度只有30cm时,开挖深度在18cm时,沟内壁便已露出基岩了。即使将外壁也挖到基岩,开挖深度也只能供植树所需,而坡面径流泥沙只有靠筑边锅行拦蓄,而实际造林中,往往没有筑边埂,一遇暴雨,疏松的土壤常常被坡面径流携带入沟。因此,在陡坡上使用水平沟造林时,必须筑边埂以拦蓄径流,边埂高不得小于20cm。若辅助爆炸物品进行开挖,那么大量碎裂岩石无处堆放,许多便顺坡弃入沟道,造成大量水土流失,另外,对于石渣土地区(在镇巴县占23.7%)不适宜此种整地方式,因为石渣土土质疏松,粒径大,筑边埂稳定性差。水利论文H4Z;E?'U,i9e

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图5 b-h线
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Fig.5 b-h curves

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2.3 水平阶

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  设计水平阶的主要目的在于充分利用耕地,缓解造林用地与耕地紧张的矛盾。例如在镇巴县宜农耕地人均仅0.08hm2,若将陡坡耕地全部退耕还林,在一段时间内必将影响农民的粮食自足问题。而经济效益好的经果林一般也要在3~5年后才能发挥效益,若将造林地块整理成台阶状,保持一定的阶面宽度,在林木未发挥效益前,种植农作物可缓解粮食紧张的矛盾,又可结合种植农作物给幼苗施肥防虫,使其更好地生长。水平阶设计的规格取决于:(1)造林的密度;(2)种植农作物所需宽度;(3)施肥、采收的便利;(4)拦蓄径流泥沙的需要。在镇巴县的农业区划和经济林建设规划中,经济林树种主要有桑苗、杜仲、银杏、板栗。桑苗、杜仲的造林密度一般用1×4m,板栗、银杏采用2×4m,那么梯坎与梯坎之间的间距可取4m。阶面种植农作物或用架子车运肥、采收需1m宽,幼苗生长占据空间需0.5m宽,则阶面净宽以1.5~2.0m左右为宜。镇巴县降雨量大,阶面蓄水有限,因此阶面稍向内倾,以利排水,阶里挖一排水沟以避免暴雨冲垮阶坎。水平阶因考虑耕作需求,应沿等高线连续布设,不宜用品字型布设,如图6。

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  水平阶整地不受土层深浅和土壤物理性质的限制,在土薄的区域可适当辅以爆炸品开挖基岩,且可弥补砌筑阶坎时片石的不足。在黄褐土分布区修筑阶坎时,因黄褐土具有膨胀性,可适当增加阶坎厚度以提高其稳定性。水平阶石坎的高度随耕地坡度而定,坡度大时石坎高,坡度小时石坎低。例如:(见图6)在地面坡度为25°时,石坎底宽40cm,顶宽30cm,基础深25cm,坎高55cm,削坡系数取1.5便可。

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  水平阶排水沟可开挖成0.2×0.2m,比降设计成1/1000~3/1000以避免冲刷,其流量可达到0.011m3/s以上,主要排去坡面来水,即使水平阶长1 000m,降特大暴雨时也可在8小时内将150mm的降水全部排完,况且阶面本身也具有拦蓄作用。水利论文8nB_GK*i

3 结语

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  秦巴山区的自然地理特点是降雨量大、山高陡坡、石多土薄。在这样自然条件下,科学合理地平整土地是植树造林成败与否的关键。合理地平整土地,不仅可以保障苗木的成活生长,而且可以蓄水保土,改善生态环境,促进当地的农业生产。

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图6 25°坡耕地水平阶整地示意图
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Fig. 6 sketch map of horizontal level clearing of水利论文"m,D3^g!Tc&W)G
arable land with an angle of 25 degrees

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  根据当地的自然条件,本地区的整地方式主要有鱼鳞坑,水平沟和水平阶三种。在这三种方式中,鱼鳞坑的布置方便、施工较易是其优点,但受当地地形坡度和土层厚度影响较大,如果地形坡度大于15°,土层厚度小于30cm时,就不宜采用鱼鳞坑措施。水平沟也是一种比较好的整地方式,但在土层厚度不大的条件下(当地一般只有30cm左右),必然修筑地边埂以拦蓄坡面径流。此外,对于石渣土地区,也不适宜采取水平沟整地。我们认为水平阶整地在这三者中是最好的,它不仅可以充分利用耕地,缓解造林用地与农耕用地的矛盾,而且不受土层深浅和土壤物理性质的限制。总之,在秦巴山区,类似镇巴县这样的地形条件,我们建议以水平阶整地方式为最好。

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