海城市坡耕地水土流失綜合治理中梯田設計分析

金福嬌

（海城市水利事務服務中心,遼寧 海城 114200）

長期以來，坡耕地水土流失問題得到黨中央、國務院的高度重視，也引起了社會各界的廣泛關注。國家發改委聯合水利部從2010年開始在全國部分省市（縣）開展坡耕地水土流失綜合治理試點建設，通過試點項目的實施均取得了良好的效果，達到治理坡耕地水土流失、改善項目區群眾生產生活條件和試點、示范的目標，同時證明了坡耕地綜合治理確實是我國新形勢下水土流失治理行之有效的途徑之一。海城市隸屬于遼寧省鞍山市，地形地貌復雜，海城市分布有山地、丘陵、平原、洼地4種地形地貌形式，東部為山區及丘陵地帶，山地水土流失嚴重，農作物產量低，因此水土流失地區進行坡耕地水土流失綜合治理不僅可以改善農業生產條件和生態環境[1]，可持續利用水土資源，而且可以從根本上解決群眾長遠生存與發展，是一項實現全面建設小康社會宏偉目標的基礎工程。

1 項目區現狀

海城市馬風鎮因李世民東征將此地贈與馬夫而得名，歷史悠久，也被入選2019 年全國農業產業強鎮建設，馬風鎮距市區近18 km，吉高線、湯析線交叉貫穿全境，海岫鐵路穿越鎮西部，交通便利。全鎮總面積165.4 km2，其中耕地面積2548 hm2，山地面積11333 hm2，山高地陡，耕地面積少，地貌特征呈“七山一水二分田”狀分布。項目區內耕地均為坡耕地，水土流失類型以水力侵蝕為主，流失強度以中度為主[2]，中度流失程度以上坡耕地占耕地面積的50%以上，水土流失嚴重，致使大多數耕地廣種薄收，農作物產量低下，制約著當地經濟的發展。

2 坡耕地梯田布置

2.1 梯田布置方式

坡耕地治理措施按照“點、面、線”相結合方式進行布置。面上措施主要以坡改梯為主，對地面坡度6°～24°、土層厚度大于50 cm、土壤質地及有機質含量滿足耕作要求的地塊，按照實際地形坡度，田面宜寬則寬、宜窄則窄、盡量保證一梯到頭，田間按照坡改梯的地形變化，為保證輻射到地塊，便于農業耕作運輸，結合農戶意愿，新修機耕道路，路面寬度滿足小農機械通行；坡面水系做到灌渠連通、能蓄能排，詳細做好截排水措施、與路與渠交匯處的涵管、蓋板溝及背水橋等配套工程設計，做到水不亂流，排水通暢，合理排泄。項目區坡耕地布置示意圖見圖1。

圖1 項目區坡耕地布置示意圖

2.2 梯田設計

坡耕地建設中最重要的是梯田設計，梯田合理布局以后，在梯田設計的基礎上按照“點、面、線”相結合方式進行蓄水池、灌溉主管道及配套設施、機耕路及排水溝渠等田間布置。本次布置以地貌單元作為梯田布置的獨立單元，每個單元內田塊順山坡地形，大彎就勢，小彎取直，同一個田面高程田面宜寬則寬，宜窄則窄，力求一梯到頭，大部分田塊長度保證在100 m以上。田塊的布置同時考慮和機耕道路、灌溉、排水設施的結合。梯田設計的原則和標準如下[3]：

1）設計原則

①與農業規劃相一致，因地制宜，統一規劃，在5°～25°的坡耕地上修建；②投資省、工程(量)少、便于施工；③埂坎材料就地取材，設計合理、穩定、占地損失少；④灌排結合、水系、道路與田塊綜合配套布設；⑤先確定田坎高度，由田坎高度控制田面寬度；⑥選取具有代表性的圖斑進行梯田工程設計，同一地形坡度按同一坎高設計。

2）設計標準

①防御暴雨標準采用10 年一遇6 h最大降雨量，減少徑流90%以上，減少泥沙95%以上；②保留活土層在70%以上。因為活土層是經過多年耕作熟化的土壤，結構好、肥力高，適宜作物生長。坡面平整時，表土復原是改造成功與否的關鍵；③土層厚度60 cm～80 cm，熟土層在30 cm～50 cm，進行適當深翻，是改善土壤理化性狀，增加土壤團粒結構，促進土壤熟化的最佳層位；④田坎牢固，田面平整，講究施工操作程序和技術質量要求；⑤各種配套設施到位。

2.3 田面設計

2.3.1 斷面設計

根據流域內土壤、地質、水文、坡度等因素，流域內梯田設計為土坎梯田[4]，田邊設蓄水埂，梯田內側設排水溝，斷面形式見圖2。

圖2 水平梯田坡改梯斷面圖

圖中，θ為原地面坡度，°；α為梯田田坎坡度，°；H為梯田田坎高度，m；Bx為原坡面長度，m；Bm為梯田田面毛寬，m；B為梯田田面凈寬，m；b為梯田田坎占地寬，m；各要素間關系如下：

田坎高度：H=Bxsinθ；原坡面斜寬：Bx=H/sinθ；田坎占地寬：b=Hcotα；田面毛寬：Bm=Hcotθ；田面凈寬：B=Bmb=H(cotθ-cotα)。

（1）田坎高度

根據項目區的實際情況，綜合考慮降雨、土質、地面坡度、地坎穩定性、田面寬度、工程量、方便施工等因素，將流域內梯田的地坎設計為四種高度：當坡度在5°～9°時，田坎高度設計為1 m；當坡度在10°～14°時，田坎高度設計為1.2 m；當坡度在15°～19°時，田坎高度設計為1.3 m；當坡度在20°～24°時，田坎高度設計為1.5 m，具體見表1。

表1 坡改梯地塊設計情況表

（2）田面寬度

根據確定的田坎高度，計算出不同坡度的田面設計寬度，本流域內設計的田面寬度在3.37 m～9.51 m范圍內，具體見表1。

（3）田坎及蓄水埂設計

田坎設計為土質田坎，坡比設計為1∶0.5，采用生土分層夯實修筑；蓄水埂頂寬取30 cm，高30 cm，內側坡比1∶1，外坡1∶0.5。

（4）梯田內側排水溝設計

梯田內側排水溝采用土質排水溝，梯形斷面，底寬10 cm，高10 cm，外側坡比1∶0.5，內側就田坎坡度。為不影響耕作，該排水溝設計為臨時排水溝，由農戶在每次耕作時自行清理。

2.3.2 工程量計算

（1）計算方法

1）修平田面

式中：V修為每hm2梯田修平田面土方量，m3；H為田坎高度，m。

2）筑埂

式中：L為每hm2筑埂長度，m；Bm為梯田田面毛寬，m。

3）保留表土

式中：S保為保留表土面積，m2；Hb為原坡面長度，m；L為每hm2地塊數量m。

4）覆表土

式中：V覆為每hm2覆表土方量，m3。覆土厚度按平均30 cm計算。

根據式（1）～式（4），對項目區內坡改梯圖斑進行不同坡度田坎清基、筑埂、保留表土、修平田面和覆表土的單位面積（1 hm2）工程量，見表2。

表2 單位面積（1hm2）不同坡度坡改梯工程量統計表

（2）分圖斑工程量分析計算

通過對流域內具有代表性的坡改梯地塊分地面坡度進行設計，將統計出梯田工程逐圖斑分坡度分別工程量，將得到的部分結果見表3。

3 典型圖斑選取

（1）選取原則

依據據外業調查情況，選取流域內坡度、坡向、土層、地貌、配套措施類型等都具有代表性等原則[5]。

（2）典型圖斑選取

①坡度代表性

根據內業分析統計，本次設計坡坡改梯面積238.57 hm2，坡耕地坡度涉及到 6°～9°、10°～14°、15°～19°和 20°～24°，典型地塊選取了6°、7°坡度所占比例較大的020、078號圖斑代表6°～9°坡度帶；13°、14°坡度所占比例較大的033、089號圖斑代表10°～14°坡度帶；17°、18°坡度所占比例較大的036、043號圖斑代表15°～19°坡度帶；22°、24°坡度所占比例較大的088、073號圖斑代表20°～24°坡度帶。

②配套措施代表性

流域內配套措施主要為灌溉措施以及田間道路等措施，其中灌溉措施主要分為渠道和管道結合蓄水池供水兩種方式，選取019號、059號和077號圖斑代表流域內管道結合蓄水池供水地塊；145號、160號圖斑代表從已建渦輪泵抽水至已有溝渠通過新建清取水池取水進行灌溉的地塊，020號圖斑代表周邊沒有水源點，進行坡改梯，田間道路對已有鄉村道路進行修繕；128號圖斑代表周邊沒有水源點，進行坡改梯，田間道路主要為新建機耕道路和排水；田間道路、排水等措施，流域內各圖斑配套措施基本一致，選取的八個圖斑可代表流域內大部分坡耕地圖斑。

由于典型圖斑在所處的位置、當地群眾生活習慣、耕作方式等諸多方面或多或少存在一定的差異，使得任何一個選作典型設計的圖斑都有其特殊性，因此典型圖斑的措施配置方案只作為代表區域措施配置的一個代表，代表該類型區的共性，不代表該區的特殊性，在進行措施方案設計時保留了共性，剔除其特殊性。工程區典型設計情況見表4。

表3 流域內梯田工程逐圖斑分坡度工程量統計表

4 結語

項目的建設，可有效遏止項目區的水土流失、改善農民的生產條件、保障土地產出的穩定，提高土地的產出率，緩解項目區水土資源不匹配的矛盾、提高農民群眾的收入、促進當地產業結構調整、鞏固坡耕地水土流失綜合治理工程成果，按照“以人為本、服務民生、把坡耕地水土流失治理與促進群眾脫貧致富相結合，與農村產業結構調整、當地特色產業綜合生產能力相結合，促進項目區農民增收和農村經濟社會發展”的指導思想，工程建設以治理水土流失和改善農業生產條件為主要任務，堅持以梯田建設為重點，以田間道路為骨架，坡面水系相配套、做到灌溉自如，建成高標準、高質量、高效益的坡耕地治理示范區，并為下一步大規模開展坡耕地水土流失綜合治理做好先導、奠定基礎。