水利工程論文-黃土半干旱區(qū)集水技術(shù)營造水土保持林摘要：徑流林業(yè)綜合育林技術(shù)是以徑流利用為基礎(chǔ)、以降水的合理時空分配為手段，在干旱的氣候、土壤環(huán)境中為林木的生長創(chuàng)造出相對比較適宜的土壤水環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)林的產(chǎn)量和品質(zhì)。徑流林業(yè)技術(shù)措施的核心技術(shù)是集水整地。關(guān)鍵詞：黃土半干旱區(qū)集水水土保持林徑流林業(yè)綜合育林技術(shù)是以徑流利用為基礎(chǔ)、以降水的合理時空分配為手段，在干旱的氣候、土壤環(huán)境中為林木的生長創(chuàng)造出相對比較適宜的土壤水環(huán)境，使降水較少的干旱、半干旱地區(qū)也能建立起相對穩(wěn)定、生長快速的人工林生態(tài)系統(tǒng)，提高經(jīng)濟(jì)林的產(chǎn)量和品質(zhì)。在這個技術(shù)系統(tǒng)中，對降水的高效利用是其核心，一切技術(shù)措施都是圍繞著提高降水資源的有效利用、降低水分的無效損失而展開的。通過人工措施改變地表性狀使比較小的降雨也能產(chǎn)生地表徑流，從而提高降水的地表產(chǎn)流率，增加林木根系分布區(qū)域的供水量，同時通過一系列的蓄水保墑措施盡可能減少地表的無效蒸發(fā)損失，延長土壤水分的使用時間，使有限的水分主要通過林木根系的吸收參加林木的生理生長活動之后再返回大氣，提高水分的利用效率。通過這種措施的應(yīng)用，基本上要解決這樣兩個問題，一是通過有效的水分調(diào)節(jié)措施在一般年份使土壤水分基本維持在林木生長發(fā)育所需的適宜范圍之內(nèi)，二是在短期天氣干旱的情況下，土壤含水量不低于苗木的凋萎濕度以維持林分的穩(wěn)定性。徑流林業(yè)技術(shù)措施的核心技術(shù)是集水整地。集水整地系統(tǒng)由微集水區(qū)組成，一是產(chǎn)生徑流的集水面，二是滲蓄徑流的植樹穴。根據(jù)地形條件，以林木為對象在全林地形成不同的集水與栽植區(qū)，組成一個完整的集水、蓄水、水分利用系統(tǒng)。在樹木的栽植區(qū)自然降雨不能滿足樹木正常生長發(fā)育的需求，在不同的時間里土壤水分有一定的虧缺量，通過集水面積、徑流系數(shù)來調(diào)節(jié)產(chǎn)流量，彌補(bǔ)土壤水分的不足，保持水分供需的基本平衡。因此集水面積大小、集水面上的產(chǎn)流率直接影響到徑流林業(yè)技術(shù)的綜合效率。在干旱半干旱地區(qū)土壤水分是制約林木生長的關(guān)鍵因子，在確定一系列技術(shù)措施時必須考慮到水分對其它因子的制約作用。首先應(yīng)當(dāng)選擇較耐干旱的樹種，做到適地適樹，其次，要采取一系列的抗旱造林技術(shù)措施，其中造林密度的確定是非常重要的一個環(huán)節(jié)。在該地區(qū)造林密度一定要控制在降水資源環(huán)境容量允許的范圍之內(nèi)，也就是所確定的造林密度，應(yīng)當(dāng)依據(jù)水量平衡的原則，綜合考慮樹木的生長速度、蒸騰耗水需求、降水量及樹木可能的利用水量及土壤的蒸發(fā)、滲漏損失，估算出每一株樹木所需要的水分營養(yǎng)面積，作為確定造林密度的主要依據(jù)。徑流林業(yè)技術(shù)正是以林分與林木個體的水量平衡為基礎(chǔ)確定造林密度，保持造林密度在水資源環(huán)境容量允許的范圍之內(nèi)。1集水整地措施（1）栽植區(qū)面積首先，要確定整地的規(guī)格大小，包括整地的深度、松土區(qū)域的面積，斷面形式。整地的深度主要考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤及產(chǎn)流條件。在干旱半干旱氣候條件下，一般要求深整地，以便降低土壤緊實(shí)度、促進(jìn)土壤熟化、增強(qiáng)土壤蓄水能力，在土層比較深厚的情況下，對于防護(hù)林和用材林一般最好整地深4060厘米，經(jīng)濟(jì)林80100厘米。確定栽植區(qū)面積大小主要考慮三個因素，一是樹木的生物與生態(tài)學(xué)特性，主要考慮水分需求、個體大小、根系分布等，二是匯集徑流的貯存、下滲需求，主要考慮所收集的徑流水能有效的貯存在樹木根系周圍，不產(chǎn)生較大的滲漏損失，三是施工的難易程度與費(fèi)用，主要考慮整地的規(guī)格大小、投入的勞力、費(fèi)用。在干旱半干旱地區(qū)，為了增加土壤有效蓄水量，應(yīng)當(dāng)采取較大規(guī)格的整地，但是整地規(guī)格加大破土面增加地表蒸發(fā)也隨之增加，而且徑流進(jìn)入后滲蓄的深度也相應(yīng)減少，也增加了地表蒸發(fā)量。因此，栽植區(qū)面積的大小，應(yīng)考慮生物經(jīng)濟(jì)兼顧的原則，既考慮到樹木的根系生長發(fā)育及對養(yǎng)分和水分的需求，又要考慮到地形、土壤等自然與經(jīng)濟(jì)條件。經(jīng)濟(jì)林樹種一般對水分養(yǎng)分的需求比較高，根系的水平分布比較寬，栽植區(qū)的面積宜大一些，其寬度一般在1.42.0米，長度主要由造林的株距決定，一般在1.02.0米左右；水土保持用材林的闊葉樹因根冠較大，一般栽植區(qū)寬度在1.01.6米，長度在1.0米，針葉樹的根系相對比較集中，一般栽植區(qū)的寬度在1.01.4米，但若是培育速生用材林，則整地寬度可適當(dāng)加大；薪炭林、護(hù)牧林等以灌木為主的水土保持林，栽植區(qū)面積可適當(dāng)小一些，一般寬為0.60.8米，長度可依據(jù)地形條件而定。林木的栽植一般都是延等高線走，因此栽植區(qū)的寬度受地形、土壤條件的制約，當(dāng)坡度比較大時栽植區(qū)的寬度不宜太寬，否則一方面施工困難，工程量增加，另一方面在幼林期也容易引起水土流失，降低集水效果。當(dāng)土壤較為緊實(shí)時，對林木的根系生長有影響，其寬度可大一些，如果坡面土壤非常疏松時則可以適當(dāng)小一些，以免由整地引起坡面水土流失。（2）集水面積在確定栽植區(qū)面積的大小，即徑流滲蓄與水分消耗區(qū)面積大小之后，即可確定集水面的大小。集水面積的大小主要根據(jù)栽植區(qū)面積大小、降雨量、地表的產(chǎn)流率、栽植區(qū)水分消耗需求、樹木需水量、土壤水分短缺量等因素來確定，其目標(biāo)是所產(chǎn)的徑流水能彌補(bǔ)土壤水分的短缺量。降雨量與降雨性質(zhì)是影響集水面積大小的重要因素，一般降雨量大、降雨強(qiáng)度高則產(chǎn)流率也高，相應(yīng)的集水面應(yīng)小一些，否則應(yīng)大一些；土壤比較干旱，土壤水分虧缺嚴(yán)重時，集水面應(yīng)大一些；地表產(chǎn)流率與地表的性狀有關(guān)系，產(chǎn)流率越高則收集的水量也越多，相應(yīng)的集水面應(yīng)小一些，否則如果地表比較粗糙、或疏松、有裂縫等則產(chǎn)流率比較低，相應(yīng)的集水面應(yīng)大一些；如果所栽植的是需水量較大的經(jīng)濟(jì)林木，則集水面應(yīng)大一些，所栽植的是較耐干旱的樹種則集水面可以小一些；如果在栽植區(qū)采取了蓄水保墑的技術(shù)措施有效地降低了土壤的水分消耗時，則可以適當(dāng)減小集水面積。栽植區(qū)面積大則集水區(qū)面積也應(yīng)大一些，以滿足栽植區(qū)的水分貯蓄與消耗，一般栽植區(qū)與集水區(qū)的面積比例由栽植區(qū)的水分虧缺量與進(jìn)入栽植區(qū)的徑流量來確定，總的原則是所虧缺的水分基本上等于徑流補(bǔ)充的水分。在黃河上中游地區(qū)降水量一般在300600毫米，蒸散需求量一般在7001000毫米，據(jù)此栽植區(qū)與集水區(qū)的面積（或?qū)挾龋┍壤?，對于?jīng)濟(jì)林一般為4:18:1，對于防護(hù)林一般在2:16:1，具體的比例要考慮當(dāng)?shù)氐牧⒌嘏c樹種來確定。當(dāng)然，如果條件許可的話可以通過水量平衡計(jì)算出較準(zhǔn)確的比例。（3）蓄水工程通過集水面所產(chǎn)生的徑流直接流入栽植區(qū)滲入土壤中供林木吸收利用，但是如果有較強(qiáng)的降雨發(fā)生時，如果徑流量太大時徑流來不及滲入土壤中，有可能沖毀坡面整地工程造成水土流失，因此與集水面相配套，在徑流滲蓄區(qū)要修筑比普通整地規(guī)格更高的蓄水工程，保證有有一定的攔蓄暴雨的能力，保證坡面安全。蓄水工程的斷面形式在山坡地一般有反坡梯田、水平溝、魚鱗坑等形式，在平緩地有穴狀、條帶狀等形式。在修筑時要考慮本地區(qū)可能暴雨量、暴雨強(qiáng)度及所產(chǎn)生的最大徑流量，同時還要考慮幼林無覆蓋時地表土壤侵蝕造成每年可能的蓄水容積損失量。例如，如果栽植區(qū)有效蓄水面積為2.0平方米，集水面積為8.0平方米，24小時最大暴雨量為100毫米，最高徑流系數(shù)為0.6，則降雨所產(chǎn)生的總徑流量為0.6立方米，降落在栽植區(qū)的降雨總量為0.2立方米，加上徑流量則在這一次降雨過程中進(jìn)入栽植區(qū)的總水量為0.8立方米，考慮到降雨過程中土壤的入滲，所修筑的蓄水容積應(yīng)在0.40.8立方米，即在寬1.0米、長2.0米的栽植區(qū)，其外埂的高度應(yīng)在0.20.4米。（4）集水整地施工整地。在干旱半干旱、水土流失嚴(yán)重的地區(qū)，由于土壤瘠薄、緊實(shí)度又高，致使造林苗木的根系初期生長不良，不僅影響成活率而且也影響到后期的生長發(fā)育，通過整地措施可以改善林木生長的土壤環(huán)境條件，減少幼樹生長的阻力。在進(jìn)行整地施工時，一定要達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的長、寬、深的標(biāo)準(zhǔn)。開挖時，應(yīng)將表層熟土堆放在坡上方，生土堆放在坡下。當(dāng)開挖到要求深度時，再回填上方的熟土，連同上方坡面的表層土一起回填到坑內(nèi)，直到填平為止。在回填的過程中，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行人工踩實(shí)，以有利于蓄水保墑。如果是經(jīng)濟(jì)林，則結(jié)合整地可以施足底肥。同時在回填的工程中可以在土壤中加一些綠肥、有機(jī)肥、復(fù)合肥、土壤改良劑、蓄水保墑材料等，以增加土壤養(yǎng)分改良土壤結(jié)構(gòu)。當(dāng)然所施肥的數(shù)量與種類主要由所選的造林樹種所確定。為了減少地表蒸發(fā)的損失，栽植區(qū)表面的形式以在陽坡的造林地能造成小陰坡為較理想，可以降低夏半年的土壤蒸發(fā)；在陰坡的造林地修成水平面較為理想，可以改善春季地溫，促進(jìn)林木根系的生長。蓄水工程。蓄水工程是栽植區(qū)的重要組成部分，是徹底攔蓄坡面徑流，保證坡面安全的重要技術(shù)措施。蓄水工程的修筑與栽植區(qū)整地同時進(jìn)行，以防止因長時間土壤蒸發(fā)使?jié)穸冉档陀绊懯┕べ|(zhì)量。按照整地的斷面形式，一定要滿足設(shè)計(jì)蓄水容積所要達(dá)到的外埂的高度，注意外埂一定要修結(jié)實(shí)，不能有虛土，與原地表一定要結(jié)合緊密。特別是反坡梯田時，一定要在外側(cè)修加固埂。外埂的頂寬一般為2030厘米，高度按抗暴雨徑流的要求修筑，高度一般在40厘米左右。整修的方法是利用堆積在坡下方的生土，結(jié)合整地開挖面，形成所需要的斷面形式，注意與埂的高度、寬度要一致通順均勻。用人工的方法踩實(shí)外埂的土壤，當(dāng)外埂的高度達(dá)到要求后即可用鐵鍬壓實(shí)拍光外埂的內(nèi)側(cè)和外側(cè)及頂部，檢查合格后整理好栽植區(qū)表面。為了使徑流能均勻地分配到各個林木，在整修外埂時應(yīng)與等高線垂直每隔一株或幾株樹木修一衡檔，以起到防止因徑流滲蓄區(qū)過長不水平而使徑流水向一側(cè)過分集中沖毀蓄水工程。一般可以每隔3米左右修一個，衡檔的高度與外埂平齊，定寬30厘米。集水面。集水面的主要作用是降雨徑流并把它匯集到樹木根系分布區(qū)。在該地區(qū)由于土層比較深厚、表層土壤比較干燥，其產(chǎn)流形式主要是超滲產(chǎn)流，因此地表性狀與產(chǎn)流率有密切的關(guān)系。為了提高降雨的產(chǎn)流率，需要把集水區(qū)修成一定的形式并盡量減少降雨的地表損失。一般來說，集水區(qū)應(yīng)當(dāng)修成一定的坡度，地表較結(jié)實(shí)、平整、不易產(chǎn)生水土流失。集水面的整修可分為坡面和梯田等平緩地兩種情況。在坡地上整修集水面比較簡單，如果是利用自然坡面直接集水，則對坡面凹凸不平的地方進(jìn)行處理使坡面基本保持平整通直即可，一般不作進(jìn)一步的處理。如果要增加徑流系數(shù)，則對集水區(qū)地表要進(jìn)行修整。整修的方法是清除掉雜草后，把坡面整修平整，然后用機(jī)械或人工的方法把坡面表層土壤壓實(shí)拍光。集水面的整修最好結(jié)合整地同時進(jìn)行，以雨后土壤濕度較高時為宜。當(dāng)集水區(qū)地表比較干燥的表土與雜草被清除并回填到栽植區(qū)后，趁露出的濕土沒有被風(fēng)干之前應(yīng)立即進(jìn)行整修。首先把集水區(qū)的形狀整修好，坡面弄平整，不能有凹凸不平，然后用人工踩實(shí)表土，再用鐵鍬拍光。用鐵鍬拍打集水區(qū)地表時，最好使用平板鍬，要用力均勻，從上到下一行一行地拍?；蛘哂眯∑桨搴唬▔簩?shí)拍光機(jī)）等機(jī)械的方法進(jìn)行壓實(shí)拍光作業(yè)，可以提高功效數(shù)倍到數(shù)十倍。對于壓實(shí)拍光的集水面，雜草的生長蔓延會極大降低集水效果并破壞集水面，所以在進(jìn)行集水面雜草清除時要徹底，結(jié)合植樹帶整修把雜草連同根系、種子等一起回填到植樹帶底部，較徹底的預(yù)防集水面雜草再生。同時，如果集水面拍得較光滑時，草籽也不易落在坡面上，也可以起到防止雜草滋生的作用。原則上集水區(qū)是以每株林木為對象修筑時的，但是在坡面較平整的情況下也可以以兩三株樹木為對象修筑。集水區(qū)邊界由1520厘米高的垂直于等高線的土埂組成，目的是防止因小地形變化引起坡面徑流過分集中，把徑流均勻地分散導(dǎo)入每一株林木。如果是平坦地面上整修集水面，如梁峁頂部或棄耕的水平梯田等，其主要任務(wù)是要把集水面修成一定的坡度，一般要求8以上，根據(jù)地形條件和施工難易程度，可以把集水面修成帶狀或回字形。施工時以集水面長的中點(diǎn)線為分界，靠近植樹帶一側(cè)的為挖方，另一側(cè)為填方。結(jié)合整地將地表熟土回填而底層生土留下。在完成整地任務(wù)后，隨即整修集水面，以便填方土壤能與表層土壤緊密結(jié)合。將挖方一側(cè)的土壤填到填方的一側(cè)，直到所要求的坡度為止，然后平整集水面，再用人工的方法或機(jī)械的方法將集水面壓實(shí)、拍平即可。在整修過程中應(yīng)當(dāng)注意不要破壞植樹帶，集水面坡度不要過小，整地回填時就要注意回填土的高度，預(yù)留要挖去的高度，保證集水面能形成的坡度、植樹帶有足夠的蓄水容積。圖1坡地集水整地示意圖圖2平緩地集水整地示意圖2集水面防滲措施在干旱半干旱地區(qū)，提高小雨強(qiáng)降雨的產(chǎn)流率是增加旱季林木水分供應(yīng)量的重要手段之一，也是提高降水利用率的重要措施。在黃土地區(qū)年降雨中小雨強(qiáng)降雨分別占總降雨次數(shù)和降雨量的80和70以上，一般很難引起地表徑流，強(qiáng)烈的水土流失主要是由出現(xiàn)頻率極低的大暴雨徑流所引起的。在該地區(qū)最嚴(yán)重的水分虧缺主要是在春季，而此時不僅降雨量小而且雨強(qiáng)也低，再加上地表層土壤極為干燥，經(jīng)過冬季的凍融脹縮的影響之后，表層土壤疏松結(jié)構(gòu)，在迅速回升的氣溫和強(qiáng)西北風(fēng)的影響下土壤失水極為強(qiáng)烈，小雨量降雨只能濕潤地表層后很快被蒸發(fā)回大氣，很難形成徑流。因此，通過一系列的地表防滲技術(shù)對集水區(qū)進(jìn)行處理，不僅可以增加降水的利用率，減小土壤的無效蒸發(fā)，而且可以提高土地的生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。到底選用什么樣的地表防滲技術(shù)對集水區(qū)進(jìn)行處理，要根據(jù)降水特性、林木水分需求量和林種而定，依據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件做出合理的選擇。（1）壓實(shí)拍光處理壓實(shí)拍光是一種以緊實(shí)地表土壤，減小孔隙度，增加土壤粘結(jié)力，形成一層高密度入滲阻力層為特點(diǎn)的地表防滲措施。表土層壓實(shí)拍光的程度與土壤機(jī)械組成、有機(jī)質(zhì)含量、施工時的土壤含水量、壓實(shí)力大小與均勻程度等因素有關(guān)。表層土壤密度越高，水分的入滲阻力大，降雨產(chǎn)流率也越高，在條件允許的情況下應(yīng)盡量增強(qiáng)壓實(shí)力，提高表層密度。在整修時，先把地表的雜草連同干燥土層一起鏟除回填到栽植區(qū)，裸露出濕土，按預(yù)定的形狀整修好集水面后，根據(jù)需求即可進(jìn)行壓實(shí)拍光處理。采用人工方法時先用雙腳在集水面上