专利名称：三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法
技术领域：
本发明涉及坡耕地水土流失防治方法，具体是涉及一种利用细沟侵蚀临界值、耕作侵蚀、坡面土壤侵蚀-搬运-沉积过程等原理构建的坡耕地水土流失治理方法。
背景技术：
三峡库区在我国，特别是长江流域的社会经济、水资源安全和生态屏障方面具有重要的战略地位。三峡库区面积5. 93万平方公里，人口 2100多万，耕地面积达3. 1万平方公里，多为坡耕地，其中大于25度坡耕地面积占总耕地面积的22%。三峡库区广泛分布的紫色土为基岩风化型土壤，土层薄，水土流失强烈。坡耕地产生的大量泥沙和污染物直接进入库区水体，是三峡库区农业可持续发展和三峡工程安全运行亟待解决的问题。因此，加快坡耕地治理步伐是促进流域经济社会与生态建设和谐发展的根本举措。水平梯田是防治水土流失的有效措施，是防治坡耕地水土流失的得力措施，具有重要的蓄水保土效益，同时也是改善坡耕地农业生产条件、增强农业后劲的重要手段，在流域治理中的地位举足轻重。但水平梯田一次修成的造价高，土石方工程量大，需要高强度的人力物力投入，而三峡库区大部分坡耕地地块零碎、坡度大、机械化程度低，在大量劳动力外出和“两工”取消的情况下，一刀切式地将大部分坡耕地改造为水平梯田不切合实际。因此，研究其它可供选用的梯化技术，已是山区农业发展的必需，农业和水土保持等业务部门也正努力寻求新的坡耕地整治模式和技术，迫切需要投资小、见效快，易于推广的坡耕地梯化治理技术体系。本发明基于坡面细沟侵蚀临界值理论和耕作侵蚀过程机理，精准设计坡式梯地，采取人工促进自然演替的方法，利用简易土木工程拦沙措施和植物根系固结技术新修或改造自然形成的现有梯坎，构建坡式梯地，减缓地块的田面坡度和坡长；增加土层厚度，加速岩土熟化过程，提高坡地土地质量和利用率。为库区大面积低产坡地改造提供低成本、高效益的生态农业实体模式。
发明内容
针对现有坡耕地整治技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种低成本、易推广、高效益的三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法。本发明的目的是这样实现的一种三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，方法如下
a)、利用细沟侵蚀发生临界值和耕作侵蚀理论，计算出缓坡面细沟侵蚀临界坡长；
b)、按照大于细沟侵蚀临界坡长的间隔位置沿坡面顺次构筑拦沙梯坎，所有栏沙梯坎的底面均伸入原坡面线以下的土壤中，所有栏沙梯坎的顶面均高出原坡面线，且相邻两拦沙梯坎中，下一级拦沙梯坎的顶面与上一级拦沙梯坎的底面位于同一等高线上；上述拦沙梯坎为地埂式拦沙梯坎或简易土木工程式拦沙梯坎或植物篱式拦沙梯坎。上述地埂式拦沙梯坎构筑方法如下利用农事活动清好埂基，逐层上土加夯，每层上土之前对夯实面要挖毛增强结合，埂坎同底土一并夯实；埂坎外侧坡、底土以上内侧坡及埂顶“三面”拍紧打光；埂坎边坡1:0. 6，在地埂上点播经济价值较大的多年生植物或豆类一年生经济作物，解决地埂占地问题。上述简易土木工程式拦沙梯坎的构筑方法如下首先在坡面等高放线，进行田坎清基，开挖形成基槽，沿基槽采用原木木篱、竹排、生物框、粉煤灰条形柱、混凝土空心格槽或块石构筑梯坎，梯坎高出上部坡面20cm ；在逐年耕作过程中，当坡面下部临近梯坎的土体高度逐渐淤埋至梯坎顶部时，在梯坎顶部作一条比地面高20 30cm的土埂，人工夯实拍紧，并在土埂上种植经济植物篱，加强埂坎的整体性。上述植物篱式栏沙梯坎的构筑方法如下在坡面上沿等高线按大于细沟侵蚀临界坡长的间隔或者在坡耕地现已自然形成的初形土坎上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物，形成能挡水、挡土的篱笆墙以达到其上坡位置的侵蚀泥沙产生淤积。上述植物篱式拦沙梯坎的构筑方法中，在20° 25°的高坡度耕地，植物篱品种为苎麻，植物篱带宽0.3m，株距10 cm，植物篱带间距为:3m，横坡种植；在15° 20°之间的中等坡度耕地，植物篱品种为紫花苜蓿，植物篱带宽0. 3m，株距10 cm，植物篱带间距为6m，横坡种植；在小于15°的低坡度耕地，植物篱品种为甜高粱，植物篱带宽0. 3m，株距 10cm，植物篱带间距为7m，横坡种植。本发明按照细沟侵蚀临界坡长在坡耕地上修筑地埂、简易土木工程和植物篱等拦沙措施，通过坡耕地在多次农事活动中定向深翻，使坡面土壤向下坡传输、堆积，同时坡面土壤颗粒在降雨溅蚀和坡面径流冲刷作用下往下坡向输移，经由植物篱和坎埂对径流流速的降低和径流泥沙的拦蓄，使径流中携带的泥沙沉积，随着坡面下部逐年加高，逐渐由坡式梯地变为水平梯田。本发明根据库区坡耕地细沟侵蚀临界坡长，在坡面稍大于临界坡长的位置修筑简易土木工程拦沙形成梯坎，或在坡面稍大于细沟侵蚀临界坡长的位置利用农事活动修筑地埂；或在坡面上沿等高线按一定的间隔(大于细沟侵蚀临界坡长)或者在坡耕地自然形成的现有土坎上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物。本方法为库区大面积陡坡耕地水土流失的防治提供一种低成本、易推广、高效益的技术。与现有技术相比，本发明的有益效果是
1、基于坡面细沟侵蚀临界值理论和耕作侵蚀过程机理，可以更加精准地设计坡式梯地田面宽度，利用坡面细沟侵蚀与顺坡耕作侵蚀等措施减缓坡度，构建坡式梯地。2、该技术不仅方法简单、造价低廉，而且相较于一次性修成的水平梯田，可以增加实际耕作面积，通过后期在坎埂上设置经济植物篱，解决了坡耕地改造中梯田田坎占地的问题，还可增加农民经济收入，农民乐于接受。3、本方法主要采用工程和植物根系固结技术修建梯坎，减少了田面土石方开挖回填工程，可解决三峡库区土层薄的坡地无法一次性修建水平梯田或水平梯田成本高的问题。4、本发明保留原坡面，不用平整田面土地，经过逐年耕翻，减缓坡度，紧密结合农民的农事活动，在耕作过程中即可形成，除地埂的加高维护外，不必另行施工，方法简单、造价低廉，农民乐于接受。5、加速了岩土熟化过程，增加了土层厚度，提高坡地土地质量和利用率。
图1是本发明的纵剖面示意图。图2是本发明布置在实际坡地上的剖面示意图。
具体实施例方式图1、图2中，1、坡面侵蚀部位；2、坡面淤积部位；3、原坡面线；4、多年后修平坡面线；5、上一级拦沙梯坎；5a、下一级栏沙梯坎；6-田面；L-设计坡长；LK、细沟侵蚀临界坡长。下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的设计原理是利用坡耕地细沟侵蚀临界值和耕作侵蚀过程，人工修筑地埂、植物篱笆或拦沙梯坎，经自然侵蚀过程使坡面逐步梯化，构建坡耕地“坡式梯地+地埂+ 经济植物篱”的水土流失防控模式。本发明内容具体实现方法如下
1、利用细沟侵蚀发生临界值和耕作侵蚀理论，精准计算缓坡面细沟侵蚀发生的临界坡
长；
2、采用简易工程措施在大于细沟侵蚀临界坡长位(即设计坡长)修建拦沙带或地埂，截短原有自然陡坡面坡长；
3、在坡面上沿等高线按一定的间隔且该间隔大于细沟侵蚀临界坡长，或者在坡耕地自然形成的现有土坎上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物形成植物篱笆；
4、通过坡耕地在多次农事活动中定向深翻，使坡面土壤向下坡传输、堆积，同时坡面土壤颗粒在降雨溅蚀和坡面径流冲刷作用下往下坡向输移，经由植物篱笆、地埂或简易土木工程拦沙带对径流流速的降低，使径流中携带的泥沙淤积，随着下部土体的逐年增多，坡面逐渐变缓，在地埂、简易土木工程拦沙带和植物篱笆处形成具有一定梯坎高度的坡式梯地，
5、随着梯坎的逐年增高，在梯坎种植多年生植物稳固梯坎，并在坎沿堆土形成土埂；
6、在水力侵蚀和耕作侵蚀持续作用下，田面上部土壤逐步向下输移，田面也由坡式梯地逐步向水平梯田演变。参见图1、图2，从图上可以看出，本方法的技术要点主要由三部分组成(1)根据库区坡耕地细沟侵蚀临界坡长LK，在坡面稍大于临界坡长Lk的位置L处修筑简易土木工程拦沙带形成梯坎，或(2)在坡面稍大于细沟侵蚀临界坡长Lk的位置L处利用农事活动修筑地埂；或(3)在坡面上沿等高线按一定的间隔L (大于细沟侵蚀临界坡长Lk)或者在坡耕地现已自然形成的土坎(埂)上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物，从而形成三种人工自然型梯田构建技术的实施模式，以下给出实施例具体说明。实施例1 地埂筑坎
地埂的主要功能是拦截坡面降水产生的径流和径流携带的泥沙。一般都比较低矮，多为人工夯实和拍打而成。具体施工方法根据细沟侵蚀临界坡长拟定地埂间距L，地埂间距 L 一般大于细沟侵蚀临界坡长LK，使地埂间坡面可以发生细沟侵蚀，这样在坡面股流的溯源侵蚀和顺坡冲刷作用下，坡面上部土壤逐渐向下输移，由于地埂对上方坡地产出的径流和泥沙的拦蓄，泥沙淤积于地埂上方的部位，逐渐抬高坡面，从而减缓坡度，农民只需每年或几年一次加高加固地埂。本实施例以紫色土地区15°坡耕地为例，按等高线修建地埂(多为土埂)，地埂间距设置为6m (大于细沟侵蚀临界坡长)，首先利用农事活动清好埂基，逐层上土加夯，每层上土厚度10 20cm，夯实后约为5 13cm，每层上土之前对夯实面要挖毛增强结合，埂坎同底土一并夯实；埂坎外侧坡、底土以上内侧坡及埂顶“三面”拍紧打光；埂坎边坡1:0. 6，埂顶一般高出地面30cm为宜。在地埂上点播经济价值较大的多年生植物或豆类等一年生经济作物，解决地埂占地问题。实施例2 简易土木工程筑坎
沿等高线，按照大弯就势，小弯取直的原则，在坡面间隔一定距离建设简易土木工程， 该距离略大于细沟侵蚀临界坡长，然后采用原木木篱、竹排、生物框、粉煤灰条形柱、混凝土空心格槽、块石等土木材料筑坎。本实施例以紫色土地区15°坡耕地为例，间隔距离设置为6m，土木材料为块石。首先在坡面等高放线，进行田坎清基，开挖形成高度为35cm，宽度 25cm左右的基槽，沿基槽干垒或错缝浆砌块石，石坎高出上部坡面20cm。经逐年向下方翻土耕作或坡面水力侵蚀产沙淤积，田面坡度逐步减缓，当坡面下部临近石坎的土体高度逐渐淤埋至石坎顶部时，可在石坎顶部作一条比地面高20 30cm的土埂，人工夯实拍紧，并在土埂上种植黄豆等经济植物篱，加强埂坎的整体性，也可作为增加农民经济收益的一条途径。实施例3 植物篱筑坎
植物篱筑坎即是在坡面上沿等高线按一定的间隔或者在坡耕地现已自然形成的初形土坎上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物，形成能挡水、挡土的篱笆墙以达到其上坡位置的侵蚀泥沙产生淤积。随着植物篱拦沙效益的增强，土壤在植物篱附近不断被阻留，坡面坡度便逐渐减缓，坡度逐渐从陡坡地逐渐向缓坡地发展，坡耕地最终成为缓坡梯田或水平梯田。植物篱品种选择以乡土品种为主，引进为辅，以经济植物品种为主，单纯生态效益品种为辅。本实施例依据坡耕地坡度和坡长配置不同的植物篱品种。在20° 25°的高坡度耕地，以保持水土为目标，优先考虑植物篱的生态效益，植物篱品种为苎麻，植物篱带宽0.3m，株距10 cm，植物篱带间距为: (大于细沟侵蚀临界坡长)，横坡种植；在15° 20°之间的中等坡度耕地，以实现生态效益和经济效益并重为目标，植物篱品种为紫花苜蓿，植物篱带宽0. 3m，株距10 cm，植物篱带间距为6m(大于细沟侵蚀临界坡长)，横坡种植。 在小于15°的低坡度耕地，适宜多种经济植物的种植，植物篱品种为甜高粱，植物篱带宽 0. 3m，株距10cm，植物篱带间距为7m (大于细沟侵蚀临界坡长)，横坡种植。需要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限定，简易土木工程类型除了上述砌筑石坎外，还可以根据当地材料来源及地形特点设计成原木木篱、竹排、混凝土空心格槽、粉煤灰条形柱、生物筐等类型；植物篱除了上述甜高粱、紫花苜蓿和苎麻外， 还可以设计成黄豆、韭菜、哈哈草、桂牧一号、蓑草、黄花等，植物篱在坡耕地上的布局总体与农作物相间呈窄带状分布，但不同的植物种类带宽、株行距等有所不同；经土埂或植物篱多年拦沙作用后，坡面坡度趋于平缓，在土埂或植物篱位置将会形成土质梯坎，此时可在坎面种植多年生植物护坎或者采用原木木篱、竹排、混凝土空心格槽、粉煤灰条形柱、生物框等进行护坎。
权利要求
1.一种三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，其特征是方法如下a)、利用细沟侵蚀发生临界值和耕作侵蚀理论，计算出缓坡面细沟侵蚀临界坡长；b)、按照大于细沟侵蚀临界坡长的间隔位置沿坡面顺次构筑拦沙梯坎，所有拦沙梯坎的底面均伸入原坡面线以下的土壤中，所有拦沙梯坎的顶面均高出原坡面线(3)，且相邻两拦沙梯坎中，下一级拦沙梯坎的顶面与上一级拦沙梯坎的底面位于同一等高线上；上述拦沙梯坎为地埂式拦沙梯坎或简易土木工程式拦沙梯坎或植物篱式拦沙梯坎。
2.根据权利要求1所述的三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，其特征是所述地埂式拦沙梯坎构筑方法如下利用农事活动清好埂基，逐层上土加夯，每层上土之前对夯实面要挖毛增强结合，埂坎同底土一并夯实；埂坎外侧坡、底土以上内侧坡及埂顶“三面”拍紧打光；埂坎边坡1:0. 6， 在地埂上点播经济价值较大的多年生植物或豆类一年生经济作物，解决地埂占地问题。
3.根据权利要求1所述的三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，其特征是所述简易土木工程式拦沙梯坎的构筑方法如下首先在坡面等高放线，进行田坎清基，开挖形成基槽，沿基槽采用原木木篱、竹排、生物框、粉煤灰条形柱、混凝土空心格槽或块石构筑梯坎，梯坎高出上部坡面20cm ；在逐年耕作过程中，当坡面下部临近梯坎的土体高度逐渐淤埋至梯坎顶部时，在梯坎顶部作一条比地面高20 30cm的土埂，人工夯实拍紧，并在土埂上种植经济植物篱，加强埂坎的整体性。
4.根据权利要求1所述的三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，其特征是所述植物篱式栏沙梯坎的构筑方法如下在坡面上沿等高线按大于细沟侵蚀临界坡长的间隔或者在坡耕地现已自然形成的初形土坎上，以线状或条带状密植多年生灌木或草本植物，形成能挡水、挡土的篱笆墙以达到其上坡位置的侵蚀泥沙产生淤积。
5.根据权利要求4所述的三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，其特征是所述植物篱式拦沙梯坎的构筑方法中，在20° 25°的高坡度耕地，植物篱品种为苎麻，植物篱带宽0.3m，株距10 cm，植物篱带间距为:3m，横坡种植；在15° 20°之间的中等坡度耕地，植物篱品种为紫花苜蓿，植物篱带宽0. 3m，株距10 cm，植物篱带间距为6m，横坡种植； 在小于15°的低坡度耕地，植物篱品种为甜高粱，植物篱带宽0. 3m，株距10cm，植物篱带间距为7m，横坡种植。
全文摘要
一种三峡库区人工自然型坡式梯地构建方法，方法如下a)、利用细沟侵蚀发生临界值和耕作侵蚀理论，计算出缓坡面细沟侵蚀临界坡长；b)、按照大于细沟侵蚀临界坡长的间隔位置沿坡面顺次构筑拦沙梯坎，所有拦沙梯坎的底面均伸入原坡面线以下的土壤中，所有挡沙梯坎的顶面均高出原坡面线，且相邻两拦沙梯坎中，下一级拦沙梯坎的顶面与上一级拦沙梯坎的底面位于同一等高线上；上述拦沙梯坎为地埂式拦沙梯坎或简易土木工程式拦沙梯坎或植物篱式拦沙梯坎。它具有低成本、易推广、高效益等特点。
文档编号E02D17/20GK102174817SQ201110054040
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者唐强, 朱宏伟, 贺秀斌, 郭丰, 鲍玉海 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所