重慶丘陵區(qū)梯田規(guī)劃與工程設(shè)計(jì)分析.pdf

1、人多、人均耕地少和耕地后備資源緊缺是我國(guó)的基本國(guó)情。由于土壤貧瘠化、鹽漬化、酸化、污染等原因，不少地方耕地質(zhì)量又有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)，已對(duì)我國(guó)的糧食安全、生活質(zhì)量和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要是從施肥、耕作、栽培等農(nóng)業(yè)管理措施角度探討對(duì)耕地質(zhì)量的影響及耕地地力的提升，然而，土壤資源一旦遭到污染或破壞自身難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，這些傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理措施也難以在短期內(nèi)達(dá)到耕地地力提升的要求。隨著對(duì)糧食安全的恐慌、生態(tài)安全意識(shí)的增

2、強(qiáng)，如何解決耕地質(zhì)量下降、提升耕地地力，已成為土壤學(xué)的研究熱點(diǎn)，現(xiàn)代土壤工程學(xué)隨之應(yīng)用而生。目前，關(guān)于現(xiàn)代土壤工程的研究均處于經(jīng)驗(yàn)階段，因此，有必要加強(qiáng)現(xiàn)代土壤工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的量化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化的研究。
　　 作為現(xiàn)代土壤工程組成部分的梯田工程是我國(guó)坡耕地治理的一項(xiàng)重要措施。就重慶丘陵區(qū)而言，實(shí)施梯田工程有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也有助于防止農(nóng)田水土流失、改善生態(tài)環(huán)境。但目前關(guān)于重慶丘陵區(qū)梯田工程的研究，主要集中于

3、成效以及后期培肥的研究，而對(duì)梯田工程本身較少進(jìn)行深入研究探討。因此，本文以重慶市合川區(qū)大石鎮(zhèn)和開縣厚壩鎮(zhèn)的梯田工程為例，對(duì)研究區(qū)的梯田布局和設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，探討了水系、土壤性質(zhì)以及巖層性狀等自然因素對(duì)其的影響。獲得的主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)早地梯田規(guī)劃的制定主要依據(jù)研究區(qū)的地形條件及坡面水系情況進(jìn)行的。本文依據(jù)臨界坡度和主觀分級(jí)坡度方法，確定0°-3°，3°-5°，5°-15°，15°-25°四級(jí)坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提取研究區(qū)

4、的坡度分區(qū)圖，選定能代表坡耕地平均坡度的縱向基線和橫向基線，進(jìn)行矩形或者梯形區(qū)域的劃分。梯田規(guī)劃要正確地設(shè)置耕作田塊的長(zhǎng)邊方向，從而保障機(jī)械化作業(yè)的方向，提高機(jī)械的作業(yè)效率，降低土壤侵蝕速度，提高作物產(chǎn)量。同時(shí)，針對(duì)重慶丘陵區(qū)坡耕地主要存在的排灌問題：骨干渠系垮塌嚴(yán)重，其他渠系分布零散，排水能力不足，耕地水土流失嚴(yán)重，本文基于數(shù)字高程模型(DEM)生成的水系圖，對(duì)現(xiàn)狀水系進(jìn)行有效整合和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 水田梯田規(guī)劃綜合考慮地形、

5、灌溉、排水、機(jī)械化耕作等多個(gè)因素的制約作用。開縣厚壩鎮(zhèn)耕作田塊的布置是以現(xiàn)狀道路和溝渠分割的格田為基礎(chǔ)，規(guī)劃一定數(shù)量的田間道路和排灌溝渠，修筑成一定規(guī)模的耕作田塊。研究區(qū)雖有控制地下水的任務(wù)，但由于土質(zhì)較輕，現(xiàn)狀排水溝距在150m-300m，排水?dāng)嗝姹容^大，因此，排除地表水和控制地下水的排水農(nóng)溝可以結(jié)合使用，農(nóng)溝沿著等高線布置，或者與等高線有個(gè)較小的夾角，直接承受或排泄農(nóng)田積水。斗溝垂直于等高線布置，直接承接農(nóng)溝的排水。合川區(qū)大石鎮(zhèn)以現(xiàn)

6、有田塊為基礎(chǔ)，田塊長(zhǎng)邊大致沿等高線方向，寬度根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行上下田塊的合并。排灌系統(tǒng)則是以天然河溝作為骨干排水溝道，承接農(nóng)溝(渠)的積水，農(nóng)溝(渠)垂直于等高線布置，保證排水通暢。
　　 (2)在早地梯田設(shè)計(jì)中，本文分析了研究區(qū)巖層傾角、厚度和巖性與坡耕地形成和利用的關(guān)系，探討了基于巖層分析的坡改梯設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，為了避免實(shí)踐中典型田塊選取的主觀性，采用數(shù)字高程模型(DEM)的坡度分析作為研究區(qū)坡度分析方法。結(jié)果表明：5°

7、以下的緩坡地，田面寬度一般為20m-38m，既能適應(yīng)機(jī)耕和灌溉，又能最大限度地節(jié)省土方量和需功量。15°-25°的丘陵陡坡地區(qū)，田面寬度最好在10m左右，或者先修筑成4m-7m小塊地，作為過渡。介于5°-15°之間的中坡地，田面一般采取9m-14m的寬度。
　　 在水田梯田設(shè)計(jì)中，本文調(diào)查分析了研究區(qū)土壤狀況、地形和現(xiàn)狀排水情況等，設(shè)計(jì)排水農(nóng)溝(渠)深度為0.6m-1.5m，間距在100m-200m。基于研究區(qū)數(shù)字高程模型(DE

8、M)生成的坡度圖和現(xiàn)狀機(jī)械化水平，以及適應(yīng)工程實(shí)施后畜力耕作和機(jī)械作業(yè)的需求，研究區(qū)梯田設(shè)計(jì)側(cè)重于機(jī)修梯田的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，平整田塊面積較大。厚壩鎮(zhèn)田塊設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為100m-150m，寬度20m-50m，大石鎮(zhèn)田塊長(zhǎng)度為50m-100m，寬度10m-30m。土地平整中高程的設(shè)計(jì)和土方量大小不僅與工程總投資直接相關(guān)，而且對(duì)梯田工程實(shí)施后的耕地質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。因此，針對(duì)兩個(gè)研究區(qū)各自的特點(diǎn)，本文選取了不同的計(jì)算方法。厚壩鎮(zhèn)為現(xiàn)代河流沖積平壩區(qū)，

9、地形變化簡(jiǎn)單，先運(yùn)用數(shù)字高程模型(DEM)模擬整個(gè)區(qū)域的地形狀況，分析得出合理的設(shè)計(jì)高程。然后，結(jié)合方格網(wǎng)法，進(jìn)行土石方量計(jì)算，計(jì)算原理簡(jiǎn)單，操作容易，計(jì)算速度快，但是工程量偏大，單位挖填方量為0.44萬m3。大石鎮(zhèn)為中丘地貌類型，微地形變化復(fù)雜，存在一定的高差，因此，土方量的計(jì)算采用等高線法，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，單位挖填方量為0.27萬m3，但是，該法量算工作會(huì)比較繁瑣，工程量大，并且對(duì)地形圖的精度要求比較高。因此，為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)梯田工程的

10、最大綜合效益，土地平整土石方的計(jì)算需要一種具有廣泛用戶基礎(chǔ)、操作簡(jiǎn)單、能充分運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源且計(jì)算結(jié)果精度較高的方法。
　　 1.8m高，0.3m寬的旱地石坎需砌筑一輪30×30×100cm的丁字石，才能達(dá)到其穩(wěn)定性要求。在水田石坎設(shè)計(jì)中，為保證其穩(wěn)定性，厚壩鎮(zhèn)在石坎高度為2.25m和2.5m時(shí)，要分別設(shè)置一輪丁字石，其工程量占石坎總量的5.26％、4.76％。否則，石坎會(huì)發(fā)生傾覆失穩(wěn)現(xiàn)象。大石鎮(zhèn)石坎高度1.75m、2.0m、2

11、.25m和2.5m需分別設(shè)計(jì)一輪、一輪、二輪、三輪丁字石來提高石坎穩(wěn)定性，其工程量分別占石坎總量的6.67％、5.88％、10.0％、13.04％。由于丁字石的附加設(shè)計(jì)，石坎自身重量增加，增強(qiáng)了自身的穩(wěn)定性，原需要進(jìn)行換基處理的≥1.5m高石坎理論上不需進(jìn)行混凝土墊層處理。然而，僅由安全系數(shù)不能完全保證石坎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，大石鎮(zhèn)在石坎高度大于1.0m時(shí)，均進(jìn)行混凝土墊層處理，墊層厚度為10cm。同時(shí)，通過占地分析發(fā)現(xiàn)，條石坎占地?fù)p失

12、遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于塊石坎，田坎外坡越緩，安全穩(wěn)定性越好，但占地增大速率也越快。不同地區(qū)不同石坎高度具有其不同的臨界值，比如，在采用2m田面高差的情況下，大石鎮(zhèn)1.8m高塊石坎的臨界坡度為64°。確定了臨界坡度角，在保證了田坎穩(wěn)定的同時(shí)，還能盡量減少田坎占地。
　　 本文以重慶市合川區(qū)大石鎮(zhèn)以及開縣厚壩鎮(zhèn)梯田工程為例，對(duì)該區(qū)域梯田的布局和設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，其結(jié)果可為重慶丘陵區(qū)梯田工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施量化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化提供參考。但是由于重慶丘陵區(qū)