一种砒砂岩覆土区水土流失综合防治及径流有效利用方法

技术领域

本发明属于水土流失防治技术领域，具体涉及一种砒砂岩覆土区水土流失综合防治及径流有效利用方法。

背景技术

位于黄河流域鄂尔多斯高原的砒砂岩区是我国北方生态屏障的关键带和重要的能源经济带。然而砒砂岩质地土壤颗粒粗，结构松散，加之植被稀疏，暴雨期汇流过程水土流失极为严重，大量粗泥沙进入黄河，成为构筑黄河流域生态安全屏障和保障区域经济社会高质量发展面临的重大问题。

根据土壤特征分为覆土区，是指在砒砂岩表面覆盖有一层黄土，就是说砒砂岩掩埋于各种黄土地貌之下；覆沙区，是指在砒砂岩表面覆盖有一层风沙，就是说砒砂岩掩埋于风沙覆盖之下；裸露区，是指砒砂岩地表基本上没有黄土、风沙土覆盖或覆盖极薄的区域。该地区降雨和暴雨比较集中且强烈，水流流失比较严重。

覆土区坡顶侵蚀剧烈，沟壑纵横，沟壑密度大，达到3～6km/km

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种砒砂岩覆土区水土流失防治方法，不仅可以有效提高植被覆盖度，而且综合拦蓄利用沟内沟间截流的水资源，同时大大减轻了坡顶土壤侵蚀和径流损失，同时套种经济林果，间种甘草等中草药植物，可以有效提高当地农民的收入。

本发明采用的技术方案为：

一种砒砂岩覆土区水土流失综合防治及径流有效利用方法，包括以下步骤：

(1)上坡面治理

采用截流横沟与纵向沟向结合的拦蓄方式：沿等高线开挖截流横沟，在截流横沟的两端开挖纵向沟，并沿着截流横沟左右方向每隔5m从坡顶最高处沿坡向下开挖纵向沟，将每条截流横沟串联，形成梯形沟网；

截流横沟与纵向沟规格：沟距5m，沟口宽100cm，沟深30cm，沟间种植柠条、沙棘等灌木行，沟网内播撒草籽，播种时间为每年4月中下旬，每年10月底次之；同时于降雨前后在混交的灌木行之间撒播紫花苜蓿、草木樨、沙打旺、冰草；

(2)立体培植

在每条截流横沟内开挖鱼鳞坑，相邻两条截流横沟内的鱼鳞坑呈品字结构，坡顶的截流横沟内的鱼鳞坑内种植山桃、山杏、酸枣和甘草，沿着等高线向下依次种植柠条、沙棘，在沟间通过封禁方式，实现草被恢复；

(3)每年4月中下旬，每年10月底次之在截流横沟、纵向沟和鱼鳞坑内播撒草籽：同时于降雨前后在混交的灌木行之间撒播紫花苜蓿、草木樨、沙打旺、冰草；

(4)在坡顶汇流路径出口处配置集水装置，并利用出水管通过三通接头连接滴灌带，通过滴灌方式为下坡面植生的植物补水。

优选的，在上坡面治理过程中，每间隔5～10个鱼鳞坑并联向截流横沟一侧开挖分流沟，相邻三个截流横沟之间形成菱形分流结构，并在分流沟内种植乔灌植物。

优选的，所述集水装置设置于分流沟沟头处，所述集水装置包括集流桶体，所述集流桶体上端设置有集流口，所述集流口与集流桶体内部的集流腔连通，所述集流桶体的外侧沿其圆周方向还设置有外筒，所述外筒底部为斜面，所述斜面上沿其圆周方向设置有多层阻泥板，所述集流桶体外壁上沿其圆周方向还设置有流入孔，所述流入孔位于外筒底部上方，且流入孔内设置有第一过滤网，所述集流桶体内部设置有第二过滤网，所述集流桶体底部外壁上设置有出水口，所述出水口与出水管连接。

优选的，所述第二过滤网底部设置有中心柱，所述中心柱底部与底盖连接，所述底盖与集流桶体底部螺纹连接。

优选的，所述阻泥板上端向外筒的方向倾斜。

优选的，所述集流桶体内还设置有内筒，所述内筒上端位于集流口处，且内筒外壁与集流口内壁贴合，所述内筒上端设置有遮挡膜，所述遮挡膜中心处向集流腔凹陷，所述内筒外壁上沿其圆周方向设置有多个过滤孔，所述内筒底部外壁沿其圆周方向设置有外沿，所述外沿上设置有导槽，所述集流腔内壁上设置有与导槽相配合的导向凸条，所述导向凸条的下端设置有挡圈。

优选的，所述挡圈中心处设置有第二圆盘，所述挡圈内壁通过第二连接杆与第二圆盘外壁连接，所述遮挡膜底部设置有水平板，所述水平板与第二圆盘之间通过顶柱连接。

优选的，所述内筒内部中心处设置有第一圆盘，所述第一圆盘通过第一连接杆与内筒内壁连接，所述第一圆盘位于过滤网上端，所述第一圆盘和第二圆盘之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在顶柱外侧，且其一端与第一圆盘底部连接，另一端与第二圆盘上端连接。

优选的，所述集流腔内壁上沿其圆周方向还设置有多个等间距的溢流孔，所述集流腔通过溢流孔与外筒相连通，所述溢流孔位于集流口底部与挡圈之间。

优选的，所述遮挡膜采用弹性钢片，所述弹性钢片的圈边沿着内筒上端外壁向下弯折包裹内筒上端，在弹性钢片的弯折段内侧壁上沿其圆周方向设置有多个弹性钢钩，所述内筒外壁上设置有与弹性钢钩相配合的钩槽。

本发明的有益效果：

1、本发明采用截流横沟+纵向沟+分流沟的纵横沟网径流拦蓄利用技术，防止单沟截流能力有限，发挥多条沟的协同截流作用，同时为利用沟网防洪能力高的特点，并利用纵向沟将每一条横沟串联，同时沿每一条横沟两端挖纵向沟，进而形成了梯形沟网，大大提高了径流的拦蓄量，同时对于截流沟的防洪安全也得到了保障。而且菱形分流结构可以增长径流入渗路径、增加径流入渗量。

2、本发明采用立体培植方式，在截流横沟内开挖鱼鳞坑，并采用山桃+山杏 +酸枣间作甘草的林果套种生态经济模式技术，以提高当地农民的收入。并从坡顶到下依次采用林、草、灌木的立体培植方式，可以减缓雨滴对表层土壤的滴溅侵蚀。

3、本发明在在坡顶汇流路径出口处建设集水装置，当有径流进入时，先依次经过多层阻泥板，过滤掉泥土，然后再经过第一过滤网进入集流桶体内部，继续经过第二过滤网实现二次过滤，过滤后的径流水保存在集流桶体内，并通过出水管输送至滴灌带，对下坡面进行滴灌；当遇到暴雨天气，雨水集中在遮挡膜上，由于雨水重量挤压内筒整体下移，在内筒下移过程中，遮挡膜外侧随着内筒下移，其中心处在顶柱的作用下，保持不变，内筒继续下移后，遮挡膜成向外弯折形成伞状结构，雨水向遮挡膜四周移动，流入由内筒外壁与集流桶体内壁形成的集水区，当集水区内的水高到达过滤孔时，会顺着过滤孔流入集流腔内，同时水位升高较快达到溢流孔时，会由内向外溢流到外筒内，经过第一过滤网再流入集流腔内。

4、本发明中遮挡膜采用弹性钢片，弹性钢片的圈边沿着内筒上端外壁向下弯折包裹内筒上端，在弹性钢片的弯折段内侧壁上沿其圆周方向设置有多个弹性钢钩，内筒外壁上设置有与弹性钢钩相配合的钩槽，通过弹性钢钩与钩槽向配合的方式实现弹性钢片与内筒外壁的连接，方便固定和拆卸，便于对集流桶桶体内部进行清理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种砒砂岩覆土区水土流失综合防治及径流有效利用方法的示意图；

图2为图1中上坡面的俯视图；

图3到图7为本发明立体培植的效果图；

图8为本发明中集流桶体的剖视图；

图9为本发明中集流桶体处于集雨水的状态图；

图10为图8中A处的放大图。

附图标记如下：

1、上坡面；101、截流横沟；102、纵向沟；103、分流沟；104、鱼鳞坑；2、下坡面；3、集流装置；4、集流桶体；401、集流腔；402、集流口；403、溢流孔；404、流入孔；405、第一过滤网；5、外筒；501、阻泥板；6、内筒；601、外沿；602、过滤孔；603、第一连接杆；604、第一圆盘；605、钩槽；7、底盖； 701、中心柱；8、第二过滤网；9、遮挡膜；901、弹性钢钩；10、水平板；11、顶柱；12、第二圆盘；13、第二连接杆；14、挡圈；15、导向凸条；16、压缩弹簧；17、出水管；18、滴灌带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例具体提供了一种砒砂岩覆土区水土流失综合防治及径流有效利用方法，如图1-2所示，包括以下步骤：

(1)上坡面1治理

采用截流横沟101与纵向沟102向结合的拦蓄方式：沿等高线开挖截流横沟 101，在截流横沟101的两端开挖纵向沟102，并沿着截流横沟101左右方向每隔 5m从坡顶最高处沿坡向下开挖纵向沟102，将每条截流横沟101串联，形成梯形沟网；依据砒砂岩覆土区坡面土层厚度、土质和设计雨量确定截流横沟与纵向沟的设计和修筑规格，具体开挖方案为沟距5m，沟口宽100cm，沟深30cm；沟间种植柠条、沙棘等灌木行，沟网内播撒草籽；具体播种时间为每年4月中下旬，每年10月底次之；同时于降雨前后在混交的灌木行之间撒播紫花苜蓿、草木樨、沙打旺、冰草等生命力较强且适应当地气候土壤条件的草被，可起到滞流泥沙，增加降雨入渗，降低径流剪切力，抑制水土流失等作用。

(2)立体培植

如图3-7所示，在每条截流横沟101内开挖鱼鳞坑104，相邻两条截流横沟 101内的鱼鳞坑104呈品字结构，坡顶的截流横沟101内的鱼鳞坑104内种植山桃、山杏、酸枣和甘草，沿着等高线向下依次种植柠条、沙棘，在沟间通过封禁方式，实现草被恢复(纵向上林、灌、草三级立体种植，横向是从坡顶到峁边线的经济林果-传统水土保持生物措施的变化)。

在综合考虑苗木栽植，当地降雨产流产沙规律特征以及土壤渗透强度等多因素制约条件下，鱼鳞坑修建具体参数如下：鱼鳞坑需呈现“品”字开挖，充分发挥鱼鳞坑拦蓄径流，增加入渗，沉淀泥沙的作用；由于砒砂岩覆土区水土流失的产生以短历时高强度降水为主，所以鱼鳞坑开挖面呈半圆形，长径120cm，短径 90cm，深60cm，土埂高15cm，梗顶宽12cm；对山桃、山杏等大苗，栽入时以坑中距下沿30cm处；对于酸枣和甘草等小苗，栽入时以坑中距下沿15cm处。

(3)在坡顶汇流路径出口处配置集流装置3，并利用出水管17通过三通接头连接滴灌带18，通过滴灌方式为下坡面2植生的植物补水。

本实施例采用采用截流横沟101+纵向沟102+分流沟103的纵横沟网径流拦蓄利用技术，防止单沟截流能力有限，发挥多条沟的协同截流作用，同时为利用沟网防洪能力高的特点，并利用纵向沟102将每一条横沟串联，同时沿每一条横沟两端挖纵向沟102，进而形成了梯形沟网，大大提高了径流的拦蓄量，同时对于截流沟的防洪安全也得到了保障。

并采用立体培植方式，在每条截流横沟101内开挖鱼鳞坑104，相邻两条截流横沟101内的鱼鳞坑104成品字结构，由坡顶至下采用林、草、灌木的立体培植方式，可以减缓雨滴对表层土壤的滴溅侵蚀。

在上坡面1治理过程中，每间隔5～10个鱼鳞坑104并联向截流横沟101一侧开挖分流沟103，相邻三个截流横沟101之间形成菱形分流结构，并在分流沟 103内种植乔灌植物。该技术既有分流作用，又有防治沟底下切作用。

在坡顶覆土较厚的区域，种植经济果园，并间种甘草等中草药植物，形成山桃+山杏+酸枣间作甘草的林果套种生态经济模式，可以提高当地农民的收入。

在本实施例中，如图8所示，所述集流装置3设置于分流沟103沟头处，所述集流装置3包括集流桶体4，所述集流桶体4上端设置有集流口402，所述集流口402与集流桶体4内部的集流腔401连通，所述集流桶体4的外侧沿其圆周方向还设置有外筒5，所述外筒5底部为斜面，所述斜面上沿其圆周方向设置有多层阻泥板501，所述集流桶体4外壁上沿其圆周方向还设置有流入孔404，所述流入孔404位于外筒5底部上方，且流入孔404内设置有第一过滤网405，所述集流桶体4内部设置有第二过滤网8，所述第二过滤网8底部设置有中心柱701，所述中心柱701底部与底盖7连接，所述底盖7与集流桶体4底部螺纹连接；所述集流桶体4底部外壁上设置有出水口，所述出水口与出水管17连接。

在本实施例中，所述阻泥板501上端向外筒5的方向倾斜，可以将径流内的泥沙阻挡在阻泥板501的外侧。

在本实施例中，所述集流桶体4内还设置有内筒6，所述内筒6上端位于集流口402处，且内筒6外壁与集流口402内壁贴合，所述内筒6上端设置有遮挡膜9，所述遮挡膜9中心处向集流腔401凹陷，所述内筒6外壁上沿其圆周方向设置有多个过滤孔602，所述内筒6底部外壁沿其圆周方向设置有外沿601，所述外沿601上设置有导槽，所述集流腔401内壁上设置有与导槽相配合的导向凸条15，所述导向凸条15的下端设置有挡圈14，所述挡圈14中心处设置有第二圆盘12，所述挡圈14内壁通过第二连接杆13与第二圆盘12外壁连接，所述遮挡膜9底部设置有水平板10，所述水平板10与第二圆盘12之间通过顶柱11连接；所述内筒6内部中心处设置有第一圆604盘，所述第一圆604盘通过第一连接杆603与内筒6内壁连接，所述第一圆604盘位于过滤网上端，所述第一圆604 盘和第二圆盘12之间设置有压缩弹簧16，所述压缩弹簧16套设在顶柱11外侧，且其一端与第一圆604盘底部连接，另一端与第二圆盘12上端连接。

如图9所示，当有径流进入时，先依次经过多层阻泥板501，过滤掉泥土，然后再经过第一过滤网405进入集流桶体4内部，继续经过第二过滤网8实现二次过滤，过滤后的径流水保存在集流桶体4内，并通过出水管17输送至滴灌带 18，对下坡面2进行滴灌；当遇到暴雨天气，雨水集中在遮挡膜9上，由于雨水重量挤压内筒6整体下移，在内筒6下移过程中，遮挡膜9外侧随着内筒6下移，其中心处在顶柱11的作用下，保持不变，内筒6继续下移后，遮挡膜9成向外弯折形成伞状结构，雨水向遮挡膜9四周移动，流入由内筒6外壁与集流桶体4 内壁形成的集水区，当集水区内的水高到达过滤孔602时，会顺着过滤孔602流入集流腔401内。

在本实施例中，在集流腔401内壁上沿其圆周方向还设置有多个等间距的溢流孔403，所述集流腔401通过溢流孔403与外筒5相连通，所述溢流孔403位于集流口402底部与挡圈14之间。当水位升高较快达到溢流孔403时，会由内向外溢流到外筒5内，经过第一过滤网405再流入集流腔401内。或者长期使用，导致内筒6外壁与集流桶体4内壁之间形成集流区内的泥沙、杂质过多堵塞过滤孔602，导致雨水无法正常通过过滤孔602进入集流腔401内后，可以从溢流孔 403流至外筒5内，继续通过流入孔404进入集流腔401内。为了避免外筒5内部泥沙及杂物积累过多，每隔一段时间对外筒5内进行清理。

其中，如图10所示，所述遮挡膜9采用弹性钢片，所述弹性钢片的圈边沿着内筒6上端外壁向下弯折包裹内筒6上端，在弹性钢片的弯折段内侧壁上沿其圆周方向设置有多个弹性钢钩901，所述内筒6外壁上设置有与弹性钢钩901相配合的钩槽605。

安装时，弹性钢片覆盖在内筒6上端，其多出内筒6外侧的部分向下弯折，弹性钢钩901则做圆弧运动卡入钩槽605内，实现弹性钢片与内筒6的连接，内筒6下移，顶柱11将弹性钢片网上顶的过程中，由于弹性钢钩901顶部卡在钩槽605内顶壁，使得弹性钢片与内筒6外壁连接牢固，不会因顶柱11上顶而脱离内筒6。同时需要对集流桶体4内部进行清理时，则将弯折部向上翻，即弹性钢钩901脱离钩槽605，弹性钢片与内筒6分离，操作简单方便。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。