自然因素是水土流失发生、发展的潜在条件,人类活动是水土流失发生、发展和保持水土的主导因素。水土保持工程是应用工程的方式,防治山区、丘陵区水土流失,保护、改良与合理利用水土资源,发挥经济效益、社会效益、生态效益,建立良好的生态环境的措施。其治理对象是坡面与沟道中的水流失,即在水力、重力、风力、冰川等多种外营力和各种侵蚀形式的作用下,应用的工程防治措施。
1 土壤侵蚀的因素
可分为自然因素和人为因素。自然因素是水土流失发生、发展的潜在条件,人类活动是水土流失发生、发展和保持水土的主导因素。
1.1 自然因素
影响水土流失的自然因素主要有气候、地形、地质、土壤和植被等,各种自然因素间是相互制约、相互影响的。
1.1.1 气候条件 气候因子对水土流失的影响,一种是直接的影响,如降雨或融雪形成地表径流,造成水土流失。另一种是间接影响,如温度、湿度、日照等变化,对岩石风化和土壤性质的影响,进而间接影响水土流失的发生和发展。
水土流失与降水有密切关系,暴雨是造成严重水土流失的主要气候因子。一般来说,暴雨强度大,水土流失量也大。此外,风、解冻、冻结等,都与土壤侵蚀有密切的关系。
1.1.2 地形条件 地形就是地球表面起伏高低总的形态,也称地貌。水土流失多发生在坡地上。因此说,地形是影响水土流失的重要因素,地面坡度、坡长、坡形、坡向、地面高度等都能产生不同程度的影响。
1.1.3 地质和土壤条件 地面是否出现水土流失、流失的程度与地质条件有密切关系。岩石的坚硬程度、土壤的性质类别,对抗侵蚀能力都有着重要影响。特别是土壤的透水性,直接影响水土流失程度。一般砂性土壤,透水性强,不易产生径流。而粘性土壤透水性差,降雨后易产生地表径流,容易发生水土流失,但砂性土壤易于被雨水带走,也会造成流失。
1.1.4 植被条件 植被是保持土壤免受侵蚀的主要因子。植被覆盖地面、截持雨水、减少雨滴出溅、缓解地表径流,可以固持和改良土壤。因此说,植被条件好坏与水土流失有直接关系。
1.2 人为因素
自从人类出现以来,就不断地以自己的活动,从事生产和生活,对自然界施加影响,其中人类不合理地利用水土资源和植被资源,是产生加速侵蚀的根源。
1.2.1 破坏森林 如乱砍滥伐、毁林开荒、森林火灾等,使森林遭到大面积破坏,失去蓄水保土能力,加速水土流失。
1.2.2 陡坡开荒 陡坡开荒不仅破坏了地面植被,而且翻松了土壤,造成侵蚀条件,遇有暴雨,冲刷严重,危害极大。
1.2.3 不合理的耕作方式 耕地顺坡打垄,人为的形成一些小沟,降雨或雪融后,水流顺沟而下,造成水土流失。
1.2.4 过度放牧 过度放牧使植被遭到破坏,不能得到恢复,一遇风雨作用,就会造成水土流失和风沙危害。
1.2.5 工业、交通、基本建设中的破坏 如开矿、建厂、筑路、挖渠、建库等,使大量弃土和泥砂,随意冲入河道,造成水土流失。
2 水土流失形式有以下几种
2.1 面蚀
面蚀是水土流失中最普遍的一种形式,是指分散的地表径流从地面冲走表层的土粒。多发生在没有植被或没有可靠的水土保持措施的坡耕地或荒坡上。
2.2 沟蚀 集中水流不仅冲刷破坏土壤,逐渐形成切入地面的沟壑,由细流相连汇成股流,冲力随之加大,沟壑也随之加深、加宽,日久形成大的沟壑。
2.3 重力侵蚀 陡坡上土壤稳定是由于土体内的摩擦阻力,以及自然植被的固持作用来维持的。当受到一定外力或植被被破坏,土体摩擦力减少,就会引起土壤崩坍,表现为坠石、山崩、滑坡、泥石流等。因是重力作用形成的,一般通称重力侵蚀。
3 水土保持工程措施
以小流域为单元,因地制宜,因害设防,沟坡兼治。工程建成后,见效快,初期蓄水拦沙效益显著,并与农业耕作技术措施、植物措施同等重要。各项措施分别担负起山、坡、沟、川滩各部位的防治任务,只能互相配合,不能互相代替。
水土保持工程措施是在有水土流失的山坡、沟壑、河道修建水土保持工程,滞洪拦沙,达到防治水土流失的目的,同时改变小地形的自然生态环境,为新的生态提供水、肥、热、气的优良条件。
水土保持工程措施根据防治任务的不同,可以分为以下4种类型:坡面治理工程;沟道治理工程;山洪排导工程;小型蓄水用水工程。
3.1 坡面治理工程
控制水土流失的先行工程,采取人为局部改变小地形,将雨水及融雪就地拦蓄入渗,减少或防止形成地面径流,防治坡地的水土流失。属于山坡防护工程的措施有:梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、水簸箕、鱼鳞坑、山坡截留沟、水窑(旱井)、蓄水池以及稳定斜坡下部的挡土墙等。
梯田的作用在于减少径流速度,切断径流流线,防止水土流失。根据梯田的断面形式,可分为水平梯田、坡式梯田、隔坡梯田等,水平梯田效果为最好。
水平沟俗称竹节壕,采用这种措施的目的是,使地表径流较均匀地拦蓄在坡面上。
山坡截流沟(环山沟、截水壕)的作用是把坡面径流引导到蓄水工程或引下山坡,排入沟谷,以保持水土。
鱼鳞坑既是一项水土保持工程措施,又是造林整地的一种好方法。其上部为直线形,下部培成水土土埂,形如半月形或椭圆形,呈“品”字形状布置在坡面上,还可以与水平沟结合布置。
蓄水池又叫涝池,和水窖一样是干旱地区群众创造的蓄水措施。主要作用是蓄存山涧雨水渗流,截留山洪,缓和水势,防止水土流失。此种措施较为少用。需要用在较厚土层的地区,用土较多。
3.2 沟道治理工程
治理水土流失区的最后一道防线。作用在于防止沟头前进、沟床下切、沟岸扩张,减缓沟床纵坡、调节山洪洪峰流量,减少山洪或泥石流的固体物质含量,使山洪安全地排泄,对沟口冲积圆锥不造成灾害。属于山沟治理工程的措施有:沟头防护工程、谷坊工程,以拦蓄调节泥沙为主要目的的各种拦沙坝,以拦泥淤地、建设基本农田为目的淤地坝及沟道护岸工程等。
沟头防护工程就是在沟壑周围修起截水沟拦住雨水对沟壑的冲刷。沟头防护工程布置,一般有连续式和断续式两种。连续式适宜于沟壑区的平缓地面上,通常在沟头上设埝两道,方向大致与沟沿平行;断续式适用丘陵区较陡的坡度上,埂沟深各1米,将沟分为基干段,段与段间距一般为1~2米。
谷坊工程是防止沟床侵蚀的有效措施之一。它能减缓水流、降低水流速度、防止沟床冲刷,还可拦蓄泥砂,淤积成台地。谷坊种类很多,根据建筑材料,可分为土谷坊、石谷坊、将砌石谷坊、柳桩谷坊等。按其性质又分透水性谷坊和不透水性谷坊两大类。
3.3 小型蓄水用水工程
小型蓄水用水工程的作用在于将坡地径流及地下潜流拦蓄起来,是发展灌溉,保证农业增产、稳产和全面开发综合利用水力资源的一项重要措施,它对促进山区的经济发展有巨大作用。小型蓄水工程对小流域上、下游的水土保持效益也是很显著的。小型蓄水用水工程包括小水库、蓄水塘坝、淤滩造田、引洪漫地、引水上山等。
小型蓄水工程主要以蓄水为主,也有灌溉养鱼等综合效益。
在规划布设小流域综合治理措施时,本着“防治并重,治管结合,因地制宜,全面规划,综合治理,除害兴利”的方针,合理利用土地,因地制宜,量力而行,使规划切合实际。在做法上,要实行“集中治理,连续治理,沟坡兼治,治坡为主”的原则。水土操持工程措施的洪水设计标准根据工程的种类、防护对象的重要性来确定。坡面工程均按5~10a一遇24h最大暴雨标准设计。治沟工程及小型蓄水工程防洪标准根据工程种类、工程规模确定。淤地坝、小型水库一般按10~20a一遇的洪水设计,50~100a一遇的洪水校核。引洪漫地工程一般按5~10a一遇的洪水设计。
小流域综合治理是一项系统工程,包括多种措施。随着系统工程的发展,在水土保持工程规划设计中,将会更广泛地应用系统工程理论。另外,为了使水土保持工程的设计与施工现代化,将逐步推广应用计算机辅助设计方法与先进的施工机械设备。
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