秦巴山區(qū)“土質(zhì)地硬+石坎”梯田模式穩(wěn)定方法研究與優(yōu)化.pdf

1、秦巴山區(qū)耕地形式大部分以坡耕地為主，其陡坡耕地比例是我國最高的地區(qū)之一，該地區(qū)的坡耕地已成為當(dāng)?shù)厮亮魇У闹饕咴吹?。?jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在長久的坡耕地治理實(shí)踐中探索出一種新模式，即“土質(zhì)地埂+石坎”模式，以土埂代替石埂，此模式不僅可保持傳統(tǒng)石坎梯田的優(yōu)越性，同時與傳統(tǒng)石坎梯田模式相比可降低工程成本，有一定的實(shí)用價值。但由于這是一種自創(chuàng)模式，穩(wěn)定措施不夠完善，致使暴雨過后地埂與石坎常有水毀情況發(fā)生，造成水土流失。本研究以“十一五”國家科

2、技支撐課題“秦巴山區(qū)坡耕地整治和高效生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)集成與示范研究”為依托，分別研究了“土質(zhì)地埂+石坎”模式中地埂與石坎的穩(wěn)定性，以保證此模式的可行性與可靠性，并且使此模式更具有使用價值與推廣價值，同時其穩(wěn)定方法也能夠?yàn)槠渌卫砟Ｊ剿梃b。此研究可為秦巴山區(qū)坡耕地整治工作提供有效途徑，對控制當(dāng)?shù)厮亮魇В龠M(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。其主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)對于“土質(zhì)地埂+石坎”模式中的地埂部分，采用“地埂+經(jīng)濟(jì)植物籬”

3、模式，以經(jīng)濟(jì)植物籬固埂不僅可以提高地埂的穩(wěn)定性，還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入。本文首先對不同恢復(fù)條件下的地埂土壤抗沖、抗蝕性進(jìn)行研究以驗(yàn)證在當(dāng)?shù)夭捎弥参锕坦〉目尚行?，結(jié)果顯示人工建植地埂土壤的抗沖性與抗蝕性均高于自然恢復(fù)的地埂土壤與裸露的地埂土壤。在此基礎(chǔ)之上對秦巴山區(qū)植物進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查研究，篩選出一批可作為秦巴山區(qū)地埂植物籬的經(jīng)濟(jì)物種，并從中選取六種代表性植物以研究地埂經(jīng)濟(jì)植物籬的固埂機(jī)理，包括植物籬根系生物量、植物

4、單根抗拉力、根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度三個方面，并對經(jīng)濟(jì)植物籬的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出做出估算。研究結(jié)果表明:1）地埂上栽植的草本植物根系總量大于木本植物根系總量，但木本植物根系分布深度大于草本植物根系分布深度。2)喬木和灌木的單根抗拉力與直徑呈冪函數(shù)正相關(guān)，而草本的單根抗拉力與直徑呈線性正相關(guān)，草本與木本植物與直徑的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.9以上。3）在根土復(fù)合體含水量與正壓力（σ=100kpa）一定時，根土復(fù)合體強(qiáng)度與所選植物含根量呈線性正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)

5、均高于0.9。4）從根系生物量、力學(xué)特性初步分析結(jié)果來看，埂上栽植一年生植物籬，可以起到栽植多年生植物籬的效果，但還需要現(xiàn)場實(shí)體模型進(jìn)一步驗(yàn)證。
　　 (2)針對“土質(zhì)地埂+石坎”的石坎部分，為保證石坎梯田斷面尺寸設(shè)計(jì)的規(guī)范性與安全性，開發(fā)了石坎梯田斷面尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，其計(jì)算出的斷面尺寸不僅能滿足穩(wěn)定性要求，同時節(jié)約工程成本。本文系統(tǒng)分析了石坎梯田的田面約束條件及穩(wěn)定性約束條件，以石坎梯田造價最低為目標(biāo)函數(shù)，建立石坎梯田斷面尺

6、寸計(jì)算數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上采用遺傳算法來實(shí)現(xiàn)整個計(jì)算過程，并對遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)以保證計(jì)算結(jié)果最優(yōu)。選擇Ⅵsual Basic2010可視化編程語言開發(fā)出石坎梯田斷面尺寸優(yōu)化計(jì)算軟件，軟件易操作，實(shí)用性強(qiáng)，可用于各種不同情況下的石坎梯田斷面尺寸設(shè)計(jì)。本文以秦巴山區(qū)漢中市略陽縣為例，對該地黃壤土條件下的石坎梯田斷面尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果表明:在同一坡度下，石坎高度的增加后石坎側(cè)坡率也隨之增大;“土質(zhì)地埂+石坎”梯田模式修筑高度不宜過高，要低