日本的水土保持坡面工程管理與維護(Ⅰ)

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簡介： 過去，防止侵蝕和泥沙沖積作為工程的一部分，是在已砍伐或退化地區(qū)植樹造林。由于溪流工程的效果和穩(wěn)固性較易評價，近年來工程的主體從山坡防護工程轉(zhuǎn)移到溪流工程。然而，隨著人們環(huán)境意識的增強，迫切需要找到合適的方法改善生態(tài)環(huán)境，防止水土流失。暴雨時，針對山坡防護工程的穩(wěn)固性和典型山坡防護工程中天然林根系生長狀況，均按防止坡面侵蝕和沖積的管理標(biāo)準進行調(diào)查。本研究表明，山坡的穩(wěn)固性和天然斜坡的穩(wěn)固性相同。因此將山坡防護工程坡面管理分為 3個時期：(1)山坡防護工程實施和植被生長期。(2)天然林的穩(wěn)定更新和水土流失持續(xù)減少期。(3)森林不斷持續(xù)發(fā)展期。
關(guān)鍵字：山坡防護工程；防止侵蝕和沖積的植被；坡面管理；根系；日本

在日本的水土保持工程中，從很久以前為減輕水土流失，在裸地、崩塌地上引種植被，實施了坡面防護工程，近年來砂防壩、洪水水路防護工程等溪流工程成為主體。但是，針對溪流周圍環(huán)境急劇變化問題的意識增強，選擇對極端環(huán)境負荷小的防災(zāi)對策已成為必然。依據(jù)坡面工程及山坡坡面管理，最大限度控制沙土的產(chǎn)生、流失，積極推行了“山麓綠帶保養(yǎng)事業(yè)”、“綠色砂防區(qū)開發(fā)事業(yè)”的植被引入工程，使山坡及山麓得到合理的管理。作為固沙設(shè)施一部分的植被種植位置不同，防災(zāi)效果也不同，一方面雖然期待山坡綠化本身防止水土流失的效果，但在砂防基本計劃擬定上，處理超計劃產(chǎn)沙量時，存在計算效果大小的方法不明確及坡面工程施工后其穩(wěn)固性不易評價等弊端。因此，效果明了的溪流工程被優(yōu)先采用。另外，現(xiàn)在砂防事業(yè)的實施是以砂防法第13條為基礎(chǔ)，大部分由國家負擔(dān)實施。必須區(qū)分砂防指定地區(qū)內(nèi)所管理的內(nèi)容，實施坡面工程或山坡坡面管理的地區(qū)，植被的選擇很難判斷，并且很難確定工作階段和內(nèi)容。因此本研究對以往水土保持坡面工程施工地進行實地調(diào)查，整理其結(jié)果，把砂防事業(yè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)移到“接近天然植被形成的坡面”觀點上，說明山坡坡面的維護、管理的基本方法。
1、研究方法

　　首先為明確目標(biāo)，以治山、造林各部門以往研究為基礎(chǔ)，整理了山坡坡面維護、管理時期的劃分及管理項目。在砂防事業(yè)上，山坡坡面因暴雨受到侵蝕發(fā)生崩塌，最重要的問題是向下游輸送泥沙造成危害的程度。關(guān)于坡面上植被防止表面侵蝕的功能已有許多報道，坡面工程施工地針對發(fā)生暴雨時穩(wěn)定程度，因當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)及降雨范圍等條件不同絕對地評價也很困難。但與周邊自然坡面崩塌情況及確切的降雨量對比，可以評價其穩(wěn)定程度。抽取全國以往砂防坡面工程遭受災(zāi)害事例，分析降雨數(shù)據(jù)(見本文第4節(jié)，見本刊下期)。整理了施工多年以后坡面工程施工地的植被演變情況(見第5節(jié))。根據(jù)其結(jié)果，探討了砂防事業(yè)的山坡坡面維護、管理目標(biāo)的設(shè)定方法和注意事項(見第6節(jié))。

2、坡面管理期的劃分

　　防止水土流失的坡面維護、管理方法，大致可分為3個階段：

　?、傺杆僖种苹膹U坡面大量的水土流失期，

　?、诒３忠种扑亮魇顩r期，

　?、鄄贿M行人為管理，水土流失區(qū)與天然坡面相同的時期。參考了村中的治山綠化施工地的維護管理觀點，將坡面管理區(qū)劃分如下：第Ⅰ期，土木工程迅速抑制表層土流失期。此期表層土移動有地表徑流侵蝕和崩塌兩種，坡面工程施工地表面侵蝕的抑制效果由鈴木在田上山的觀測表明，施工地本身的功能使水土流失以10-2減少，另外由村中的降雨試驗表明草本植被有迅速防止侵蝕的作用，使表面侵蝕在比較早的階段就被抑制，現(xiàn)在的坡面工程施工地除特殊氣候條件外，初期階段的綠化已大體完成。第Ⅱ期，完成第Ⅰ期后，維持抑制水土流失的效果，對其進行同天然坡面相近的管理，確認坡面的植被群落即使不人為管理也不退化的時期。這個時期之后，針對表面侵蝕，增加植被覆蓋，確認具有控制表層崩塌根系發(fā)達的樹種。第Ⅲ期，第Ⅱ期管理的砂防植被基本不需要人為維護以后，環(huán)境和天然植被同化時期。

3、坡面工程穩(wěn)定性分析

3.1調(diào)查方法

　　收集全國以往坡面工程施工后遭受災(zāi)害的事例。主要調(diào)查項目有：工種(基礎(chǔ)工程、綠化工程)、地質(zhì)、施工后主要受災(zāi)崩塌區(qū)當(dāng)時的降雨量(Ｒ)，該地區(qū)大于1 %頻率的日雨量，受災(zāi)情況等。在收集的事例中降雨數(shù)據(jù)能整理的有27例，依據(jù)這些事例對基礎(chǔ)工程分類，有混凝土擋土墻或砌磚工程、柵欄工程、框格護坡工程、鋪筑石籠工程和其它等5種。研究了在這些受災(zāi)周邊地區(qū)崩塌和Ｒ的關(guān)系。

3.2調(diào)查結(jié)果

　　根據(jù)每小時最大雨量Ｒ′ｍａｘ和日雨量比ηＲ(最大日雨量Ｒ′ｍａｘ與大于1%頻率的日雨量之比)，將受災(zāi)情況分為 4種模型：1)坡面工程和周邊坡面都遭到破壞。2)只有坡面工程遭到破壞。3)坡面工程沒有受到破壞，但周邊坡面發(fā)生崩塌。4)坡面工程和周邊坡面都沒受破壞。調(diào)查結(jié)果如下：

　?、賰煞蕉际艿狡茐臅r，ηＲ為14，Ｒｍａｘ超過300ｍｍ時，在全區(qū)內(nèi)發(fā)生了多處坡面工程崩塌、大規(guī)模泥石流災(zāi)害。

　?、谥挥衅旅婀こ淘馐転?zāi)害時，均因表面排水造成的，如擋土墻工程受災(zāi)，縱排水工程因地表水過多集中溢出，其周圍的筑壩被沖蝕，含有縱向徑流的坡面崩塌。另如，雖然在原本有集水傾向的坡面上實施鐵柵欄工程，但地表水集中在斜面某一處，從小的沖溝發(fā)展到小規(guī)模集合流動的泥石流，使柵欄工程受到破壞。另外，該地區(qū)施工1～3ａ內(nèi)，因植被恢復(fù)困難，不能抑制地表徑流。

　?、壑苓吰旅姘l(fā)生崩塌，多在ηＲ>06，Ｒ′ｍａｘ=60ｍｍ/ｈ時發(fā)生，和一般發(fā)生土砂災(zāi)害始時雨量符合。在砂防事業(yè)上，修建坡面工程的坡面傾角為30°～50°，施工面積大部分在5ｈｍ2以下，能在短時間內(nèi)聚集地表水。因此在確定排水工程規(guī)模時，針對降雨強度增加而庫容仍有富余的斷面，加強在植被郁閉之前排水設(shè)施及其周邊管理等，對保證坡面工程基礎(chǔ)穩(wěn)定十分重要。由此可見，ηＲ=06，或Ｒ′ｍａｘ>60ｍｍ/ｈ時山坡坡面多發(fā)生崩塌。在坡面工程方面，因人為實施工程，使其坡面穩(wěn)定，和周邊環(huán)境相比，只有地表水處理不當(dāng)時，才會對坡面工程施工后坡面的穩(wěn)定性造成不利。另外，當(dāng)ηＲ=18，Ｒ′ｍａｘ=84ｍｍ/ｈ時，坡面工程也有不發(fā)生破壞的實例，但這種工程主要是混凝土或漿砌石體，及其由混凝土或漿砌石砌筑的排水工程。