秦巴山區(qū)“土質地硬+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)的坡耕地已成為當地水土流失的主要策源地。經調查發(fā)現，當地農民在長久的坡耕地治理實踐中探索出一種新模式，即“土質地埂+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)農業(yè)技術集成與示范研究”為依托，分別研究了“土質地埂+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)定方法也能夠為其他治理模式所借鑒。此研究可為秦巴山區(qū)坡耕地整治工作提供有效途徑，對控制當地水土流失，促進經濟發(fā)展具有重要意義。其主要研究內容及結論如下:
　　 (1)對于“土質地埂+石坎”模式中的地埂部分，采用“地埂+經濟植物籬”

3、模式，以經濟植物籬固埂不僅可以提高地埂的穩(wěn)定性，還可以產生一定的經濟效益，增加當地農民收入。本文首先對不同恢復條件下的地埂土壤抗沖、抗蝕性進行研究以驗證在當地采用植物固埂的可行性，結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的地埂土壤與裸露的地埂土壤。在此基礎之上對秦巴山區(qū)植物進行全面系統(tǒng)的調查研究，篩選出一批可作為秦巴山區(qū)地埂植物籬的經濟物種，并從中選取六種代表性植物以研究地埂經濟植物籬的固埂機理，包括植物籬根系生物量、植物

4、單根抗拉力、根土復合體抗剪強度三個方面，并對經濟植物籬的經濟產出做出估算。研究結果表明: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正相關，而草本的單根抗拉力與直徑呈線性正相關，草本與木本植物與直徑的相關系數均達到0.9以上。3）在根土復合體含水量與正壓力（σ=100kpa）一定時，根土復合體強度與所選植物含根量呈線性正相關關系，且相關系數

5、均高于0.9。4）從根系生物量、力學特性初步分析結果來看，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，但還需要現場實體模型進一步驗證。
　　 (2)針對“土質地埂+石坎”的石坎部分，為保證石坎梯田斷面尺寸設計的規(guī)范性與安全性，開發(fā)了石坎梯田斷面尺寸優(yōu)化設計軟件，其計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函數，建立石坎梯田斷面尺

6、寸計算數學模型。在此基礎上采用遺傳算法來實現整個計算過程，并對遺傳算法進行改進以保證計算結果最優(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)化計算軟件，軟件易操作，實用性強，可用于各種不同情況下的石坎梯田斷面尺寸設計。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行設計。設計結果表明:在同一坡度下，石坎高度的增加后石坎側坡率也隨之增大;“土質地埂+石坎”梯田模式修筑高度不宜過高，要低