重慶丘陵區(qū)梯田規(guī)劃與工程設計分析.pdf

1、人多、人均耕地少和耕地后備資源緊缺是我國的基本國情。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)量又有進一步下降的趨勢，已對我國的糧食安全、生活質(zhì)量和社會可持續(xù)發(fā)展構成嚴重的威脅。目前，國內(nèi)外學者主要是從施肥、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間內(nèi)恢復，這些傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理措施也難以在短期內(nèi)達到耕地地力提升的要求。隨著對糧食安全的恐慌、生態(tài)安全意識的增

2、強，如何解決耕地質(zhì)量下降、提升耕地地力，已成為土壤學的研究熱點，現(xiàn)代土壤工程學隨之應用而生。目前，關于現(xiàn)代土壤工程的研究均處于經(jīng)驗階段，因此，有必要加強現(xiàn)代土壤工程設計和實施的量化、程序化和標準化的研究。
　　 作為現(xiàn)代土壤工程組成部分的梯田工程是我國坡耕地治理的一項重要措施。就重慶丘陵區(qū)而言，實施梯田工程有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟，同時也有助于防止農(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，而對梯田工程本身較少進行深入研究探討。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，對研究區(qū)的梯田布局和設計進行了分析，探討了水系、土壤性質(zhì)以及巖層性狀等自然因素對其的影響。獲得的主要研究結果如下：
　　 (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行的。本文依據(jù)臨界坡度和主觀分級坡度方法，確定0°-3°，3°-5°，5°-15°，15°-25°四級坡度分級標準，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，進行矩形或者梯形區(qū)域的劃分。梯田規(guī)劃要正確地設置耕作田塊的長邊方向，從而保障機械化作業(yè)的方向，提高機械的作業(yè)效率，降低土壤侵蝕速度，提高作物產(chǎn)量。同時，針對重慶丘陵區(qū)坡耕地主要存在的排灌問題：骨干渠系垮塌嚴重，其他渠系分布零散，排水能力不足，耕地水土流失嚴重，本文基于數(shù)字高程模型(DEM)生成的水系圖，對現(xiàn)狀水系進行有效整合和優(yōu)化設計。
　　 水田梯田規(guī)劃綜合考慮地形、

5、灌溉、排水、機械化耕作等多個因素的制約作用。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，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，但由于土質(zhì)較輕，現(xiàn)狀排水溝距在150m-300m，排水斷面比較大，因此，排除地表水和控制地下水的排水農(nóng)溝可以結合使用，農(nóng)溝沿著等高線布置，或者與等高線有個較小的夾角，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，田塊長邊大致沿等高線方向，寬度根據(jù)實地調(diào)查結果，進行上下田塊的合并。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)在早地梯田設計中，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系，探討了基于巖層分析的坡改梯設計方案。同時，為了避免實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。結果表明：5°

7、以下的緩坡地，田面寬度一般為20m-38m，既能適應機耕和灌溉，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。
　　 在水田梯田設計中，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，設計排水農(nóng)溝(渠)深度為0.6m-1.5m，間距在100m-200m?；谘芯繀^(qū)數(shù)字高程模型(DE

8、M)生成的坡度圖和現(xiàn)狀機械化水平，以及適應工程實施后畜力耕作和機械作業(yè)的需求，研究區(qū)梯田設計側重于機修梯田的設計標準，平整田塊面積較大。厚壩鎮(zhèn)田塊設計長度為100m-150m，寬度20m-50m，大石鎮(zhèn)田塊長度為50m-100m，寬度10m-30m。土地平整中高程的設計和土方量大小不僅與工程總投資直接相關，而且對梯田工程實施后的耕地質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。因此，針對兩個研究區(qū)各自的特點，本文選取了不同的計算方法。厚壩鎮(zhèn)為現(xiàn)代河流沖積平壩區(qū)，

9、地形變化簡單，先運用數(shù)字高程模型(DEM)模擬整個區(qū)域的地形狀況，分析得出合理的設計高程。然后，結合方格網(wǎng)法，進行土石方量計算，計算原理簡單，操作容易，計算速度快，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，微地形變化復雜，存在一定的高差，因此，土方量的計算采用等高線法，數(shù)據(jù)準確度較高，單位挖填方量為0.27萬m3，但是，該法量算工作會比較繁瑣，工程量大，并且對地形圖的精度要求比較高。因此，為實現(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算需要一種具有廣泛用戶基礎、操作簡單、能充分運用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源且計算結果精度較高的方法。
　　 1.8m高，0.3m寬的旱地石坎需砌筑一輪30×30×100cm的丁字石，才能達到其穩(wěn)定性要求。在水田石坎設計中，為保證其穩(wěn)定性，厚壩鎮(zhèn)在石坎高度為2.25m和2.5m時，要分別設置一輪丁字石，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需分別設計一輪、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計，石坎自身重量增加，增強了自身的穩(wěn)定性，原需要進行換基處理的≥1.5m高石坎理論上不需進行混凝土墊層處理。然而，僅由安全系數(shù)不能完全保證石坎結構的穩(wěn)定性，因此，大石鎮(zhèn)在石坎高度大于1.0m時，均進行混凝土墊層處理，墊層厚度為10cm。同時，通過占地分析發(fā)現(xiàn)，條石坎占地損失

12、遠遠少于塊石坎，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，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，對該區(qū)域梯田的布局和設計進行了分析，其結果可為重慶丘陵區(qū)梯田工程的設計和實施量化、程序化和標準化提供參考。但是由于重慶丘陵區(qū)