该门课程属于必修专业课，请同学们认真学习，努力掌握！ 水土流失（soil erosion and water loss）是指“在水力、风力、重力等外营力作用下，山丘区及风 沙区水土资源和土地生产力的破坏和损失。水土流失包括土壤侵蚀及水的损失，也称水土损失” （见 《中国大百科全书?水利卷》第 400 页） 。土壤侵蚀的形式除雨滴油蚀、片蚀、细沟侵蚀以及滑坡等形 式侵蚀。水的损失一般是指植物截留损失、地面及水面蒸发损失、植物蒸腾损失、深层渗漏损失、坡 地径流损失。在中国水土流失概念中水的损失主要指坡地径流损失。 水的损失过程与土壤侵蚀过程之间，既有紧密的联系，又有一定的区别。水的损失形式中如坡地 径流损失，是引起土壤水蚀的主导因素，水冲土跑，水土损失是同时发生的。但是，并非所有的坡面 径流以及其他水的损失形式都会引起土壤侵蚀。因此，有些增加土壤水分贮存量，抗旱保墒的水分控 制措施不一定是为了控制土壤侵蚀。中国不少水土流失严重的地区如黄土高原，位于干旱、半干旱的 气候条件下， 大气干旱、 土壤干埋与土壤侵蚀作用同样地对生态环境与农业生产造成严重危害。 因此， 水的保持与土壤保持具有同等重要的意义。

第一节 水土保持的历史与现状

在古代，人类主要是结合农业生产采取水土保持工程措施。 公元前 956 年中国古代《吕刑》:“平水土” “平治水土”的记载，相当于现代的水土保持工程。 涉及水土保持理论的文献最早见于《国语》 （公元前 550 年） 。书中指出： “古之长民者，不堕山， 不崇薮，不防川，不窦泽” 。古代先王有不毁坏山陵，不垫高薮泽，不在河流修堤防，不宣泄沼泽的 说法。这样的认识对当时保护森林和保持水土，都起了一定的作用。 中国历代劳动人民还创造了许多行之有效的工程措施。战国末期（公元前 221 年） ，劳动人民就 已采用“高低洼整地”的方法蓄水保墒，商代已创造了防止坡地水土流失的“区田”法，此法颇似今 天山区群众采用的“掏种”和“坑田”法。 中国早在西汉已经出现了梯田。 水平梯田是我国年代久远的水土保持方法， 且驰名于世。 事实上， 水平梯田几乎与农业一样古老，广泛地分布于世界许多地区。如北非、地中海沿岸、法国、中美洲及 亚洲、日本、印度、菲律宾、韩国及东南亚等地。日本占领时代，则曾在蔗园、茶园和桑园推广，现 今仍是台湾省的主要水土保持措施，占全省水土保持工作量的 50%以上。 筑淤地坝是黄河流域群众具有独创性的水土保持工程措施。 黄土高原山西汾西县修筑淤地坝约有 400 余年的历史。洪洞、赵城等县的坝地，不仅有 100 多年的历史，且比较集中连片，已形成沟地川 台化，充分发挥了增产、减沙作用。 引洪漫地，充分利用水沙资源，在我国黄土高原也有悠久的历史，陕西省富平县赵老峪的引洪漫 地，起源于战国时的秦国，距今已有 2000 多年，它使“地土干燥的穷乡僻壤”变为“土润而腴”的

肥沃良田。赵老峪与定边八里河、礼泉赵镇、泾阳冶峪河合称陕西四大古老引洪渠，发展引洪漫地数 千公顷。 国外水土保持工程的发展特点与各国自然条件及社会经济条件关系密切。欧洲文世复兴以后，围 绕因滥伐山地森林而引起的山地的荒废，阿尔卑斯山区各国采取了以恢复森林为中心的森林复旧工 程，取得一定的成效。奥地利 1884 年制定了世界上第一部“荒溪治理法” ，总结出一定完整的防治荒 溪侵蚀的森林―工程措施体系，把森林与工程结合在一起。1886 年，日本明治维新以后，以日本关 东山洪及泥石流灾害为契机，在原有的“治水在于治山”传统思想的基础上，于 1928 年创立了具有 日本特色的砂防工学（即水土保持工程学） 。欧洲阿尔卑斯山区各国及日本主要针对山洪及泥石流灾 害修筑水土保持工程学。另一方面，随着土壤科学及山地农业开发利用技术的发展，开始形成土壤侵 蚀及其防治学。

我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一，土壤侵蚀遍布全国，而且强度高，成因复杂，危害严 重，以西北的黄土、南方的红壤和东北的黑土水土流失最为强烈。侵蚀主要有水蚀、风蚀、冻融侵蚀 等类型。据水利部遥感中心 1990 年调查统计，全国土壤侵蚀面积达 492 万 km2，占国土面积的 51%， 其中轻度以上水蚀面积 179 万 km2，风蚀面积 188 万 km2，冻融侵蚀 125 万 km2。详见表

表 1-2 全国土壤侵蚀强度面积统计（1999） 全国土壤侵蚀强度面积统计（ ）

1999 年，水利部组织开展了全国第二次 水土流失遥感调查。20 世纪 90 年代末全 国水土流失总面积 356 万平方公里(占国 土面积 37.4%)，其中： 水蚀 165 万平 方公里(17.4%)； 风蚀 191 万平方公里 (20%)； 在水蚀和风蚀面积，水蚀风蚀

动态变化： 动态变化： 水土流失总面积减少： 水土流失总面积减少： 全国水土流失面积由 20 世纪 80 年代末的 367 万平方公里减少到 90 年代末的 356 万平方公里，10 年间减少了 11 万平方公里。 水蚀面积减少， 水蚀面积减少，侵蚀强度降低 ： 全国水蚀面积由 20 世纪 80 年代末的 179 万平方公里送还和到 90 年代末的 165 万平方公里，10 年间减少了 14 万平公里。中度以上的水蚀面积由 88 万平方公里减少 到 82 万平方公里，强度以上的水蚀面积由 38 万平方公里减少到 27 万平方公里。 风蚀面积略有增加，侵蚀强度升高： 风蚀面积略有增加，侵蚀强度升高： 全国风蚀面积由 20 世纪 80 年代末的 188 万平方公里增加到 90 年代末的 191 万平方公里，10 年间增加了 3 万平方公里。中度以上的风蚀面积由 94 万平方公里增 加到 112 万平方公里，强度以上的风蚀面积由 66 万平方公里增加到 87 万平方公里。

（二）我国干旱地区状况

据有关文献资料的综合分析统计，我国干旱半干旱地区的土地面积占全国土地面积 52.5%，即达 1/2 以上。其中干燥指数在 2.0 以上，年平均降水量在 250mm 以下，没有灌溉就没有农业的干旱区， 约占国土总面积的 30.8%，达 1/3 以上；干燥度在 1.5~2.0，年平均降水量多为 250~600mm，降水变 率在 38%以上，在没有灌溉的条件下，尚可种植农作物，但旱灾频率很大，收成很不稳定，且易引起 风沙侵蚀的半干旱区， 约占国土总面积的 21.7%。 据联合国有关机构关于干旱地区的概念和划分办法， 加上半湿润偏旱地区（即干燥的半湿润区）的面积，即在 52.5%的基础上，加上约占国土总面积 7% 的半湿润偏旱区，则全国干旱地区的总面积即占全国土地面积的 59.5%。
水土流失在我国的危害已达到十分严重的程度，它不仅造成土地资源的破坏，导致农业生产环境 恶化，生态平衡失调，水旱灾害频繁，而且影响各业生产的发展。具体危害如下：

1. 坡坏土地资源，蚕食农田 坡坏土地资源，

土壤是人类赖以生存的物质基础，是环境的基本要素，是农业生产的最基本资源。年复一年的水

土流失，使有限的土地资源遭受严重的破坏，地形破碎，土层变薄，地表物质“砂化” “石化” ，特别 是土石山区，由于土层殆尽、基岩裸露，有的群众已无生存之地。据初步估计，由于水土流失，全国 每年损失土地约 13.3 万 hm2，按每公顷造价 1.5 万元统计，每年就损失 20 亿元。更严重的是，水土 流失造成的土地损失，已直接威胁到水土流失区群众的生存，其价值是不能单用货币计算的。

2. 削弱地力，加剧干旱发展 削弱地力，

由于水土流失，使坡耕地成为跑水、跑土、跑肥的“三跑田” ，致使土地日益瘠薄，而且土壤侵 蚀造成的土壤理化性状的恶化，土壤透水性、持水力的下降，加剧了干旱的发展，使农业生产低而不 稳，甚至绝产。据观测，黄土高原多年平均每年流失的 16 亿 t 泥沙中含有氮、磷、钾总量约 4000 万 t，东北地区因水地流失损失的氮、磷、钾总量约 317 万 t。资料表明，全国多年平均受旱面积约 2000 万 hm2，成灾面积约 700 万 hm2，成灾率达 35%，而且大部分在水土流失严重区，这更加剧了粮食和 能源等基本生活资料的紧缺。

3. 淤积河床，加剧洪涝灾害 淤积河床，

水土流失使大量泥沙下泄，淤积下游河道，削弱行洪能力，一旦上游来洪量增大，常引起洪涝灾 害。建国以来，黄河下游河床平均每年抬高 8~10cm，目前已高出两岸地面 4~10m，成为地上“悬河” ， 严重威胁着下游人民生命财产的安全，成为国家的“心腹大患” 。近几十年来，全国各地都有类似黄 河的情况，随着水土流失的日益加剧，各地大、中、小河流的河床淤高和洪涝灾害也日益严重。由于 水土流失造成的洪涝灾害，全国各地几乎每年都不同程度地发生，不胜枚举，所造成的损失，令人触 目惊心。

4. 泥沙淤积水库湖泊，降低其综合利用功能 泥沙淤积水库湖泊，

水土流失不仅使洪涝灾害频繁，而且产生的泥沙大量淤积水库、湖泊，严重威胁到水利设施和效 益的发挥。初步估计，全国各地由于水土流失而损失的水库、山塘库容量累计达 200 亿 m3 以上，相 当于淤废库容 1 亿 m3 的大型水库 200 多座，按每立方米库容 0.5 元计，直接经济损失约 100 亿元， 而由于水量减少造成的灌溉面积、 发电量的损失以及库周生态环境的恶化， 更是难以估计其经济损失。

5. 影响航运，破坏交通安全 影响航运，

由于水土流失造成河道、港口的淤积，致使航运里程和泊船吨位剧降低，而且每年汛期由于水土 流失形成的山体塌方、泥石流等造成的交通中断，在全国各地时有发生，据统计 1949 年全国内河航 运里程为 15.77 万 km，到 1985 年，减少为 10.93 万 km，1990 年，又减少为 7 万 km，已经严重影响 着内河航运事业的发展。

6. 水土流失与贫困恶性循环，同步发展 水土流失与贫困恶性循环，

我国大部分地区的水土流失，是由陡坡开荒，破坏植被造成的，而逐渐形成了“越垦越穷，越穷 越垦”的恶性循环，这种情况是历史上遗留下来的。而建国以后，人口增加更快，情况更严重，水土

流失与贫困同步发展。这种情况如不及时扭转，水土流失面积日益扩大，自然资源日益枯竭，人口日 益增多，群众贫困日益加深，后果不堪设想。 综上所述，我国的水土流失是相当严重的，已经给与群众生产生活相关的生态环境和国民经济发 展带来了巨大危害。

第二节 水土保持的基本原则

为了有效地保护、改良与合理利用水土资源，在开展水土保持综合治理时，要求遵循以下原则。 （一）把防止与调节地表径流放在首位的原则 应设法提高土壤透水性及持水能力；在斜坡上建造拦蓄径流或安全排导径流的小地形；利用植被 调节、吸收或分散径流的侵蚀能力，以预防侵蚀发生为主，使保水与保土相结合。 （二）提高土壤的抗蚀能力 应当采用整地、增施有机肥料、种植根系固土作用强的作物，施用土壤聚合物等。 （三）重视植被的环境保护作用 营造水土保持林，调节径流，防止侵蚀，改善小气候，保护生物多样性。 （四）在已遭受侵蚀的土地上防止水土流失 注意采用改良土壤特性、搞土壤肥力的措施，把保护土地与改良土地结合起来。 （五）采用综合措施防治的原则 综合措施包括水土保持土地规划、 水土保持农技术措施、 水土保持林草措施及水土保持工程措施。 以小流域为单元形成一个各项措施之间互相联系、相辅相成的综合措施体系。 （六）因地制宜 针对不同的水土流失类型区的自然条件制定不同的综合体系，提出保护、改良与合理利用水土资 源的合理方案。 （七）生态-经济效益兼优的原则 生态在设计水土保持综合治理措施体系过程中，应当提出多种方案，选用生态-经济效益兼优的方案。 在确定水土保持综合治理方案中，全面估计方案实施后的生态效益及经济益，预测水土保持措施对保 土作用及环境因素的影响，使发展生产与改善生态环境标准相结合，实现持续发展。 （八）以“可持续发展”的理论指导区域（或流域）的综合整治与经营 可持续发展”的理论指导区域（或流域） 使某一区域（或流域）的经济发展建立在区域生态环境不断得以改善的基础上。采用综合措施综

合经营区域内（流域内）以水、土为主的各种自然资源，建立优化的区域人工生态经济系统。

第三节 水土保持工程学的研究对象和内容

水土保持工程学是应用工程原理，防治山区、丘陵区、风沙区水土流失，保护、改良与合理利用 水土资源，以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的科学。水和土是人 类赖以生存的基本物质，是发展农业生产的基本要素。水土保持对发展山区、丘陵区、风沙区的生产 和建设，整治国土，治理江河，减少水、旱灾害，防止土地退化，维持生态系统平衡，具有重要意义。 水土保持工程学的研究对象是山丘区及风沙区保护、改良与合理利用水土资源，防治水土流失的 工程措施。水土流失的形式包括土壤侵蚀及水的损失。土壤侵蚀除雨滴溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、泥石 流侵蚀以及滑坡侵蚀等形式。 水的损失（water loss）形式按降水（P：包括降雨及降雪）在到达地面之前及到达地面以后，其 损失形式可分为植物体截留损失（I） 、地面蒸发损失（E） 、杂草蒸腾损失（T） 、坡地径流损失（R） 、 深层（根系分布层以下）渗透损失（D）等。 坡地径流损失是水分损失的主要形式，它不仅减小土壤含水量，影响作物产量以及乔灌木、牧草 的生长状况，而且是引起坡地土壤侵蚀的主要营力。控制坡地径流损失是当前我国干旱的水土流失地 区大力提倡的“径流农业” “径流林业”的重要环节，它有利于充分利用天然降水为发展农、林、牧 等生产事业服务。

二、水土保持工程的内容

水土保持工程措施是小流水土保持综合治理措施体系的组成部分， 它与水土保持生物措施同等重 要，不能互相代替。另外，水土保持工程措施与生物措施之间是相辅相成、互相促进的。 围绕山地荒废与册洪及泥石流灾害问题，开展了荒溪治理工作。当地农民修建干砌石谷坊、原木 谷坊、铁线石笼拦沙坝等工程，固定沟床、拦蓄泥沙、调节洪峰流量以减小山洪及泥石流灾害。奥地 利的荒溪治理工程、日本的防沙工程均相当于我国的水土保持工程。美国则在 50 年代出版了《水土 保持工程学》包括 6 项内容：①侵蚀的控制；②排水；③灌溉；④防洪；土壤水分保持；水资源开发。 我国根据兴修目的及其应用条件，水土保持工程可分为以下 4 种类型：①山坡防护工程；②山沟 治理工程；③山洪排导工程；④小型蓄水用水工程。 山坡防护工程的作用在于改变小地形的方法防止坡地水土流失，将雨水及雪水就地拦蓄，使其渗 入农地、草地或林地，减少或防止形成坡面径流，增加农作物、牧草以及林木可利用的土壤水分。同 时，将未能就地拦蓄的坡地径流引入小型蓄水工程。在有发生重力侵蚀危险的坡地上，可以修筑排水 工程或支撑建筑物防止滑坡作用。属于山坡防护工程的措施有：梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、 水簸箕、鱼鳞坑、山坡截留沟、水窑（旱井） 、蓄水池以及稳定斜坡下部的挡土墙等。 山沟治理工程的作用在于防止沟头前进、沟床下切、沟岸扩张，减缓沟床纵坡、调节山洪洪峰流

量，减少山洪或泥石流的固体物质含量，使山洪安全地排泄，对沟口冲积圆锥不造成灾害。属于山沟 治理工程的措施有：沟头防护工程、谷坊工程，以拦蓄调节泥沙为主要目的的各种拦沙坝，以拦泥淤 地、建设基本农田为目的淤地坝及沟道护岸工程等。 小型蓄水用水工程的作用在于将坡地径流及地下潜流拦蓄起来，减少水土流失危害，灌溉农田， 提高作物产量。小型蓄水用水工程包括小水库、蓄水塘坝、淤滩造田、引洪漫地、引水上山等。 在规划布设小流域综合治理措施时，不仅应当考虑水土保持工程措施与生物措施、农业耕作措施 之间的合理配置；而且要求全面分析坡面工程、沟道工程、山洪排导工程及小型蓄水用水工程之间的 相互联系，工程与生物相结合，实行坡沟兼治，上下游治理相配合的原则。水土保持工程措施的洪水 设计标准根据工程的种类、防护对象的重要性来确定。坡面工程均按 5~10a 一遇 24h 最大暴雨标准设 计。治沟工程及小型蓄水工程防洪标准根据工程种类、工程规模确定。淤地坝、拦沙坝、小型水库一 般按 10~20a 一遇的洪水设计， 50~100a 一遇的洪水校核。 引洪漫地工程一般按 5~10a 一遇的洪水设计。 小流域综合治理一项系统工程，包括多种措施。随着系统工程的发展，在水土保持工程规划设计 中，将会更广泛地应用系统工程理论。另外，为了使水土保持工程的设计与施工现代化，将逐步推广 应用计算机辅僵设计方法与先进的施工机械设备。

二、水土保持的成就与作用 （一）水土保持的成就 水土保持（soil and water conservation）是指防治水土流失，对山丘区、风沙区水土资源的保护、改良与合理利用。《中 （ 国大百科全书?水利卷》第 394 页） 。从这个定义中可以看出： （1）水土保持是山丘区和风沙区水及土地两种自然资源的保护、改良与合理利用，而不仅限于土地资源，水土保持不 等同于土壤保持。 （2）保持（conservation） 含义不仅限于保护，而是保护、改良与合理利用（protection,improvement and rational use） 。 水土保持不能单纯地理解为水土保护、土壤保护，更不能等同于土壤侵蚀控制（erosion control） 。 （3）水土保持的目的在于充分发挥山丘区和风沙区水土资源的生态效益、经济效益和社会效益，改善当地农业生态环 境，为发展山丘区、风沙区的生产和建设，整治国土、治理江河，减少水、旱、风、沙灾害等服务。 中国大百科全书中关于水土保持学科的概念与 1991 年颁布的 《中华人民共和国水土保持法》 中所规定的水土保持学工 作的业务范围是一致的。 《水土保持法》第一条规定： “为预防和治理水土流失，保护和合理利用水土资源，减轻水、 旱、风沙灾害，改善生态环境，发展生产，制定本法” 。 50 年代以来，在党中央和国务院的重视和关怀下，我国的水土保持由试验、示范、推广到全面发展，取得了显著的成 绩。据统计，截止 1998 年底，全国累计完成综合治理面积 78 万 km2，其中，修梯田、建坝地等共 11.87 万 km2，栽 植水土保持林和经济林 40 万 km2，种草 4 万 km2，还兴修了上亿处蓄水保土工程。就黄河流域而言，到 1997 年底， 全流域治理了 41.1%的水土流失面积。其中，黄土高原地区共在坡耕地上修建水平梯田 4.32 万 km2，建设其他类型基 本农田 1.33 万 km2，在沟道和田间修建各类小型水利水土保持工程 300 多万处（座） 、淤地坝 10 万座，在多沙、粗沙 区结合小流域综合治理建设治沟骨干工程 984 座。全区治理面积累计达 16.6 万 km2。从长江流域来看，据《长江流域

水利统计年鉴》所示，至 1997 年底，全流域已累计治理水土流失面积 21.04 万 km2，从海河流域来看，据统计年鉴所 示，从 年，全流域累计治理水土流失面积 7.99 万 km2。这些水土保持措施，在改变农业生产条件，促进农 业持续发展和脱贫致富，减少江河湖库泥沙淤积，改善生态环境方面发挥了十分显著的作用。 （1）1980 年“水土保持小流域治理”正式提出以后，使以往的由措施单一的分散治理转向以大流域为骨干，以小流 域为单元，实行全面规划，林草措施、工程措施与保土耕作措施相结合，山、水、田、林、路统筹安排，进行综合治 理的全新阶段。水土流失治理速度由原来每年治理几千平方公里发展到 3 万 km2，1998 年首次突破 5 万 km2。 （2）由多年来单纯抓治理逐步转向以预防为主，加强了监督管理，部分地区初步改变了边治理边破坏、破坏大于治理 的局面。尤其从 1991 年《水土保持法》颁布实施以来，开始进入了依法防治水土流失的新阶段。 （3）1992 年以来，为了顺应社主义市场经济的发展，水土流失治理由单纯的生态防护型合理转向综合开发型治理， 综合经营流域自然资源。治理保护与开发利用相结合，经治理促开发，以开发保治理。通过治理将大量水土流失严重 的低产劣质土地改造成为高产、优质、高效的土地。以市场为导向，发展小流域经济，在保持水土、改善环境的同时， 争取最大的经济效益。生态效益、经济效益与社会效益融为一体，使农民得到实惠，也使水土保持获得了强大的生命 力。 （4）突出重点，集中治理，形成了点面结合的新格局。80 年代以来，国家和地方开始选择一些水土流失严重地区作 为治理重点，实行集中治理、连续治理和规模治理，发挥整体效益，对面上治理起到了示范推动作用，也充分体现了 水土保持在生态环境建设中的主体地位。20 年来，全国列入试点、重点治理的小流域已达 2 万余条，已完成 5000 多 条。 （5）水土保持改革日渐深入，全社会办水土保持的新机制逐步形成。治理的组织形式由集体统一治理发展为承包、租 赁、股份合作等多种形式。在建立多元化、多渠道、多层次的水土保持投资体系方面取得进展，拓宽了资金渠道。拍 卖“四荒” （荒山、荒沟、荒丘、荒滩）使用权，加快了治理开发步伐。城市水土保持正在成为水土保持工作的新领域。 水土保持部门增强了自身活力，提高了服务功能。 （二）水土保持的作用 江河上游水土保持即从小流域为单元的水土保持综合治理，包括调整土地利用结构、林草措施、工程措施、农业技术 措施以及监督管理措施。山区水土保持小流域综合治理的作用，主要有以下几方面： 1. 增加蓄水能力，提高降水资源的有效利用 水土保持流域综合治理措施可增加拦蓄降水资源的能力，在解决山丘区农村人畜饮水困难的同时，可缓解农业生产缺 水问题，增加抗御旱灾能力。同时，水土保持综合治理增加了植物（含作物）的面积和生物产量，改水分无效蒸发为 有效蒸腾，提高了降水资源的利用率。 黄河流域中上游部分地区经水土流失综合治理后， 年代与 50~60 年代初相比， 90 平均每年多拦蓄降水 3.17 万 m3/km2， 相当于 32mm 的降水量，即综合治理可提高蓄水能力近 32mm。地处半湿润地区海河流域和湿润地区的长江流域，水 土保持增加拦蓄降水的能力比黄河流域还要成倍增加，但目前仅有小流域的观测结果。在海河流域，面积为 21.8km2 的北京市延庆县汉家川小流域，经多年治理后，流域的降水拦蓄能力增加了 11.2 万 m3/（km2?a） ，相当于 112mm；长 江流域的江西省兴国县塘背河小流域，水土流失综合治理年增加降水拦蓄能力达 210mm。 2. 削洪增枯，提高河川水资源的有效利用率

由于水土流失综合治理增加了流域降水的拦蓄能力，改变了地表径流和地下径流的分配格局和时序，从而在一定程度 上改变河川径流的年内分配，削减洪峰流量，增加枯水流量。水土保持的削峰作用大小以决于雨情、地形、土壤、基 岩、流域前期储水状况、水土保持措施实效及流域尺度等许多因素。但总的来看，在小流域尺度上，水土保持对洪水 的消减能力是显著的， 可达 30%%~70%。 在大江大河洪峰流量的形成主要受流域降雨因素的影响， 其中包括雨区范围、 暴雨中心位置、降雨的时空变化、前期降雨（流域土壤湿润）状况等，大流域尺度效应对洪峰流量的影响很大，局部 地区的水土保持削峰效应相当于大流域的洪峰流量难以显示出来，但是，随着大流域内水土流失综合治理面积的扩大 和治理程度的提高，其消减洪峰流量的作用也必将在大流域内显示出来。 由于水土保持改善了流域水文环境，减小了洪流量，促进了降水资源向地下水的转化进而增加枯水期对河川径流的补 给量，黄河流域的大理河（流域面积 3560km2）在每年 7~9 月拦蓄的洪水径流，有 40%在非汛期释放出来，增加了河 川基流。 3. 对河川年总径流量的影响 水土流失综合治理拦蓄了降水用于当地的生产、 生活和改善生态环境， 就必然在一定程度上减少进入河川的总径流量。 水土保持对于湿润地区的河川年径流量影响不大。对于大部分面积处于干旱半干旱地区的黄河流域而言，水土保持减 少黄河年总径流的作用随着治理面积的扩大和治理程度的提高逐渐加强。据统计分析，目前，黄土高原水土流失综合 治理面积约占总流失面积的 1/3，且治理标准不太高的情况下，由于水土保持措施而减少的河川径流总量为 8 亿~10 亿 m3。 长江流域渠江碧溪水文站，流域面积 1970km2，1989 年实施重点治理后，8 年多年均径流量减少了 4.512 亿 m3，占治 理前年径流量的 27.2%。通过水文分析，求得降雨因素的影响使径流量减少了 2.122 亿 m3，水土保持因素使年径流量 减少了 2.390 亿 m3，占治理前多年年均径流量的 14.4%，相当于减少径流约 12.0 万 m3/（km2?a） 。采用此项指标推算， 长江全流域现已治理面积 21.04 万 km2，每年减少河川径流总量约 250 亿 m3。 4. 控制土壤侵蚀，减少河流泥沙 水土流失综合治理对于土壤水蚀采取了层层设防的措施，通过以坡改梯为主体的基本农田建设、林草植被建设、 土壤耕作制度的改进以及沟道以淤地坝为主体的工程建设，可以大大降低土壤侵蚀模数，显著地减少进入河川的泥沙 量。 在土厚易蚀的黄土高原，水土流失综合治理的减蚀减沙效益极为显著。一般小流域经过综合治理，土壤侵蚀模数 可以从每年每平方公里 1 万~2 万减少到 t，如陕西安塞县纸坊沟小流域经过综合治理，土壤侵蚀模数由 14 000t/（km2?a）减少到 3000 t/（km2?a） ，减少了 11000 t/（km2?a） 。如果治理措施得当、治理质量达到规范标准，将 侵蚀模数降低到 1000 t/（km2?a）的允许水平以下是可能的。在治理初期，沟道治理工程对拦沙起决定性作用，随着 时间的推移，基本农田建设工程和植被建设会发挥越来越大的作用。在中尺度流域，水土保持减沙效益很显著，如黄 河中游一级支河无定河，流域面积 30261km2，水土流失治理面积占总流失面积的 56.76%，90 年代水土保持综合治理 减少河流泥沙 59.0%。大量研究结果表明，黄河流域水土保持在大尺度上也可减少河流含沙量和输沙量，减少了水利 工程的淤积。治理黄河以来，水土保持累计保土拦泥 106.55 亿 t，每年平均减少入黄泥沙 3 亿 t，是黄河多年平均输沙 量 16 亿 t 的 18%。 水土保持的减蚀减沙效应在其他流也是明显的。长江流域水土持综合措施可减少土壤侵蚀模数 t/（km2

?a）以上，现有水土流失重点治理面积 5.86 万 km2，减少输沙模数 500 t/（km2?a） ，每年可减少入江泥沙约 3000 万 t， 由于影响长江干流泥沙的因素十分复杂，目前，水土保持对长江干流泥沙的影响还十分明显，但是，随着治理面积的 扩大和治理程度的提高，水土保持减沙作用必将逐渐显示出来。 5. 改善水文环境、保护水质 水土保持综合治理对水资源的影响不仅表现在量的方面，同时还表面在质的方面，综合措施在保水的同时还保土、保 肥，从而减小河川水体的面源污染，发挥水质保护水质作用。水土保持林草措施通过其特有的防护作用，吸收和过滤 水体中的一些有害物质，使水体质量显显改善。 6. 促进区域（流域）社会经济可持续发展 水土保持加快脱贫致富的步伐，促进流域社会经济的可持续发展。流域生态环境的改善和保护，是维护健康的流域水 文环境，实现水资源可持续发展战略的保证。 黄土高原的水土流失综合治理有效地改变了一些地区的农业生产条件，促进了这一地区群众脱贫治富步伐。黄土高原 现有水土保持措施， 每年可增产粮食 40 亿 kg， 生产果品 150 亿 kg， 1000 多万农民解决了温饱和农村生活用水问题， 使 缓解了水土流失地区群众的“三料” （肥料、饲料、燃料）困难。黄土高原列入国家“八七”扶贫攻坚计划的贫困人口 数量已由 2300 万人减少到目前的 1350 万人。 长江流域“长治”工程实施 10 年来，已累计粮食 30 亿 kg，治理区农业人均产粮由治理前的 300kg 提高到 440kg。800 多万人摆脱贫困走上了致富之路，并出现了一批小康户、小康村。 第四节 水土保持工程学与其他学科的关系

水土保持工程学与一些其他基础性自然科学、应用科学和环境科学均有紧密的关系。在基础科学方面：①水土保持学 与气象学、水文学的关系：各种气候因素和不同气候类型对水土流失都有直接或间接的影响，并形成不同的水文特征。 ②水土保持工程学与地貌学的关系：地形条件是影响水土流失的重要因素之一，而水蚀及风蚀等水土流失过程又对塑 造地形起重要作用。③水土保持工程学与地质学的关系：水土流失与地质构造、岩石特性有很大关系。许多水土流失 作用如滑坡、泥石流等均与地质条件有关，水土保持工程的设计与施工涉及地基、地下水等方面的问题，需要运用第 四纪地质学、水文地质学及工程地质学的专业知识。④水土保持工程学与土壤学的关系：土壤是水蚀和风蚀的主要对 象，不同的土壤具有不同的渗水、蓄水和抗蚀能力。改良土壤性状，保持与提高土壤肥力与防止水土流失有很大的关 系。⑤水土保持工程学与应用力学关系密切：为了查明水土流失原因，确定防治对策，还需要土力学、岩石力学等方 面的知识。在应用科学方面，水土保持工程学与农学、林学及农田水利学、水利工程学等均有密切关系。

第二章 坡面集水保水工程

水是农业的命脉，尤其是旱地农业区，由于水资源的匮乏，水资源的状况对其生产更有着持别重 要的意义。 地球上的水资源主要包括三个方面，一是天然降水，二是河川径流，即地表水，三是地下水。在 这三种水资源中，天然降水是最基本的水资源。因为河川径流和地下水都是以天然降水为补给源的。 据有关资料统计，地球上 138.6×108 亿 m3 水体的 97.5%为咸水，汇聚于海洋和成水湖泊。仅有约 2.5%，即 3.5×108 亿 m3 的淡水可为人类生活、生产取用。淡水的 68.7%成为极圈冰盖和高山冰川，加 上 30.8%的深层地下水， 均为难以利用的淡水资源。 河流、 湖泊及浅层地上水， 约占总淡水量的 0.5%。 换言之，地球生命界需用淡水的绝大部分，依赖于地球水文的循环。这种水文循环主要依赖于河湖、 海洋主要水域及水量的土壤水，经太阳热力的作用，直接蒸发和间接蒸腾成为水汽.随气流上升进入 大气循环。 联合国粮农组织 1994 年 2 月公布的 1950～2000 年世界各地区人均占有水资源的情况表明， 水资 源匮乏问题在全球各地的发展趋势都是非常严峻的。 平均每 10 年递减 20%左右， 预计 2OOO 年比 1980 年要减少 34.5%。其中，非洲和拉丁美洲分别减少 45.7%和

1950～2000 年世界各地区人均占有水资源 ～

资科来源：联合国粮农组织 1994 年公布资料。 根据中国水利年鉴 1990 年的统计结果，中国三种水资源的总状况是；①降水。全国多年平均降 水总量为 6l 889 亿 m3，平均年降水深为 648.8mm。既小于全世界陆地平均降水深 800mm。也小于亚 洲平均年降水深 749mm②地表水。全国多年平均年地表水资源量 27 115 亿 m3，平均年径流深为 284mm。 ③地下水。 全国多年平均年地下水资源总量为 8 288 亿 m3， 其中山区 6 726 亿 m3， 平原 1 874 亿 m3。 从水资源的分布地区来看：①多雨丰水带（即南方两广、江浙一带） ，年降水量大于 l 600mm， 年径流深超过 800mm，年径流系数在 0.5 以上。年降水日数为 160d 以上；②湿润多水带（包括秦岭

南、长白山、淮河两岸） ，年降水量 800～1 600mm，年径流深 200～800mm，年径流系数为 0.25～0.5， 年降水日数为 120d 以上；③半湿润过渡带（包括黄淮海、东北、晋、陕、甘、青东南、四川、新疆 部分地区） ，年降水量 400～800mm，年径流深 50～200mm，年径流系数为 0.1～0.23，年降水日数为 80～l00d；④半干旱少水带（包括黄土高原及北方大部分旱农地区） ，年降水量为 200～400mm，年径 流深 10～50mm，年径流系数在 0.1 以上，年降水日数为 60～80d；⑤干旱干涸带（包括西北、内蒙 古等地的荒漠地区） ，年降水量小于 200mm，径流深不足 10mm，降水日数少于 60d。 从中国水资源的主要特征来看： ①水资源的总量不少，但人均， 亩均较少，河川径流量少于巴西、 前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第 6 位。人均水量只有 2 710m3，为世界人均水量的 1 ／4.居世界第 88 位。亩均水量 1 770m3，约为世界亩均水量的 3／4，低于巴西、加拿大、日本和印度 尼西亚。②水资源地区分布不均匀，与人口、耕地分布不适应。南方水多地少，北方地多水少。北方 旱区（不含内陆区）水资源总量只占全国的 14.4%，耕地却占全国 58.3%；人口占全国 49.2%.人均水 量为 938m3／人（南方为 4170m3／人） ，亩均水量为 454m3／亩（南方为 4 134m3／亩） 。南方与北方 相比，南方人均水量为北方的 4.4 倍，亩均水量为北方的 9.1 倍。 以上情况总的说明，从全球全国和我国北方旱区的水资源状况分析，可以看出，水资源的匮乏是 一个严峻的问题，特别是在中国的北方旱区，问题更为严重。

二、集水技术和径流农业

集水技术是在干旱地区充分利用降水资源为农业生产和人畜生活用水服务的―种技术措施。 在降 水是惟一水源或主要水源的旱农业地区，根据水量平衡原理，为了增加土壤的贮水量，只有通过减少 地表径流，抑制土壤无效蒸发，才能达到预期的目的，其中集水技术是一种最有效的方法。这是一种 为了弥补农田水分不足把较大范围上的降水聚集到小面积的农田上使用的一种方法。 也就是将旱地农 业区有限的、季节分布不均的降水量，尽量保留和集中在农田里，供农作物生长发育之需，从而获得 稳产高产的一种技术措施。在旱农地区，降水的主要特点是降水较少且非常不稳定和无法预测。 因此，集水技术对旱地农业的降水起调剂作用，是充分利用降水资源使旱地农业稳产高产的一种 重要的技术措施。 集水技术的另一术语是“雨量增值”或“降雨增效”这一术语指将非耕地里的降雨径流集中到耕地 里使其获得足够的水分以种植作物。这样给耕地里的水要比直接接受的雨水多，因而雨量增值。 据山西省水土保持科学研究所曾伯庆在晋西黄土丘陵沟壑区所作的实测资料表明， 在同样降雨条 件下，不同地类的径流量不同，如一次降雨 60mm，梯田不发生径流，林地、草地、坡耕地和道路分 别可产生径流 2.5、4.6、8.0 和 14.5mm。这些径流如不利用，它就由坡面汇集于沟道，并在流动中冲 蚀土壤。当把它收集贮存起来，就可增加基本农田的降水量，从他们在 9 个不同径流面积组合中所计 算出来的径流水量来看，每亩基本农田可蓄积利用的地面径流量为 11.2～40.3m3。 集水技术是干旱地区发展径流农业（或称聚流农业）的基础。所谓径流农业或聚流农业，就是充 分利用现有的降水资源和径流资源把集水技术与农业生产相结合的农业生产技术的总称。

利用集水技术发展径流农业，在干旱地区的农业生产中是一种古老的农业生产技术，已有 4 000 多年的历史。从青铜器时代开始，大量的调查证明，在古代中东地区，农民利用简单的集水技术，如 清理岗顶上杂物以增加径流，又沿等高线堆置石坝汇集径流，并把水引入较低的农田或蓄水池内，以 利于从事旱农生产或补充灌溉，从而使平均年降水量为 100mm 的荒漠地区的农业得到了发展。 对现代来说，在干旱地区采用集水技术发展径流农业已经证明是可靠的.措施。作为一项工程， 它在以色列的涅杰夫沙漠地区已再新生。现在在干旱地区许多国家，如墨西哥、印度、巴基斯坦、澳 大利亚、叙利亚、也门和非洲的一些国家都有集水农场。在阿富汗的考斯省，使用集水方法来种植小 麦和果树的面积就超过了 70 000hm2。印度西北地区还研究提出了暴雨集水法。 本章主要介绍的集水蓄水工程包括水窖（又名旱井） 、涝池（又名蓄水池） 、山边沟渠工程、鱼鳞 坑和保水抟术等.

一、水窖的定义与功能 水窖的定义与功能

修建于地面以下并具有一定容积的蓄水建筑物叫水窖，水窖由水源、管道、沉沙、过滤、窖体等 部分组成。

（1）拦蓄雨水和地表径流； （2）提供人畜饮水和旱地灌溉的水源； （3）减轻水土流失。
水窖可分为井窖、窑窖、竖井式圆弧形混凝土水窖和遂洞形（或马鞍形）浆砌石水窖等形式。水 窖可根据实际情况采用修建单窖、多窖串联或并联运行使用，以发挥其调节用水的功能。
在黄河中游地区分布较广。主要由窖筒、旱窖、散盘、水窖、窖底等部分组成。见图 2-1。 （1）窖筒 在黏土区，窖筒直径可挖到 0.8～1.0m，在较疏松的黄土上，一般为 0.5～0.7m。 窖筒深度，在坚硬的黏土上 1～2m 即可，在疏松黄土上需 3m 左右。 （2）旱窖 指窖筒下口到散盘这一段，一般不上胶泥，也不能存水，所以叫做旱窖。 （3）散盘 旱窖与水窖连接的地方叫散盘。 （4）水窖 四周窖壁捶有胶泥以防渗漏，主要用来蓄水。 （5）窖底 窖底直径随旱井的形式而定，一般为 1.5～3.0m，最小的 0.7m 左右。

井窖各部分名称示意图 图 2―1 井窖各部分名称示意图 1-窖口； 2-沉沙池；3-进水管；4-散盘；5-旱窖； 6-胶泥层；7-玛眼；8-水窖 窖口； 沉沙池； 进水管； 散盘； 旱窖； 胶泥层； 玛眼； 水 窖口 沉沙池 进水管 散盘 旱窖 胶泥层 玛眼

窑窖与西北地区群众居位的窑洞相似，其特点是容积大，占地少，施工安全，取土方便，省工省 料.窑窖答积一般为 300～500m3。窖高 2m 以上，窖长 6～25mm。上宽 2.0～3.5m，底宽 0.5～2.5m， 根据其修筑方法不同又可分为挖窑式和屋顶式两种。见图 2-2、图 2-3。

（三）竖井式圆弧形混凝土水窖

竖井式圆弧形混凝土水窖（云南省巍山彝族回族自治县）示意图，见图 2-4。
隧洞形浆砌石水（贵州省毕节地区）
修建水窖要根据年降水量、地形、集雨坪（径流场）面积等条件因地制宜进行合理布局。规划要 结合现有水利设施，建设高效能的人畜饮水、旱地灌溉或两者兼顾的综合利用工程。 水源高于供水区的，采取蓄、引工程措施；水源低于供水区的，采取提、蓄工程措施；无水源的 采取建塘库、池窖，分散解决的工程措施。

（一）水窖的规划原则 1. 在有水源保证的地方，修建水窖以分配（或调节）用水量，根据地形及用水地点，修建多个

水窖，用输水管（渠）串联或并联运行供水。

2. 在无水源保证的地方。可修建容积较大的水窖，其蓄水调节能力，一般应满足当地 3～4 个月

（二）水窖的设计 1. 设计原则

（1）因地制宜，就地取材，技术可靠，保证水质、水量，节省投资。 （2）充分开发利用各种水资源（包括现有水利设施） ，使灌溉与人畜饮水结合。 （3）防止冲刷，确保工程安全。 （4）为了调节水源，可将水窖串联联合运行。 供饮水的水窖，一般要求人均 3～5m3，兼有水浇地任务的是人均 5～7m3，以 l 户 1 窖或 3～5 户

2. 设计所需材料 设计所需材料

（1）气象资料，附近雨量站（气象站）的多年降雨量（以月为单位） ，年最大 24h 平均降雨量， 以及年最低、最高气温，日照天数，最大蒸发量等。 （2）水源的水位资料，包括枯流量、基流量、丰水期流量及最大洪水流量，干旱期实测值和水 质化验报告。 （3）水源工程、输水工程及窖体的地质、地形图。 （4）当地建材的分布调查。 （5）当地的社会经济情况调查。 （6）1：10 000 或 1 ：50 000 地形图。 （7）灌溉面积（需水）分布情况及人畜饮用需求调查。 （8）现有水利设施情况。
（1）以饮用水为主的窖池，应远离污染源。 （2）水源地（或调节池）应置于高位点，以便自压供水。 （3）应避开不良地质地段。
水窖的水源有雨水、泉水、裂隙水、山沟水、库水以及提水入窖（池）等。 （1）雨水作为水窖 7K 源在没有地表水源的情况下，直接拦蓄雨水时，需要有集雨坪、汇流沟等 水源配套工程。此项工程可利用现有的房屋、晒坝（坪） 、冲沟、道路等集水，也可修建集雨坪、拦 山沟等工程拦截雨水，汇流入窖。 ①集雨坪位置的选择：根据地形情况，集雨坪的位置应选定在高于水窖进水口 lm 以上。集雨坪 的面积可利用自然的山坡，修建一定长度的拦水沟， 将一定面积内的雨水拦入水窖；也可人工平整 土地，水泥砂浆抹面防渗。 ②集雨坪面积的计算： A. 云南巧家县采用以下公式计算：
V――水窖的有效容积；

B. 贵州省毕节地区采用以下公式计算：

式中：F――集雨坪有效集水面积；

V ′ ――水窖年蓄水量；

W――年均降水量，mm，可查水文手册；

a――降雨（或径流）利用系数，对于透水平坦地面取 0.3，对于天然 0.6，较好屋面及人工集雨坪取 0.8； 0.8――降雨利用系数； 1.5――考虑到干旱年份或特别干旱年份等情况的加大系数。

不透水山坡取 0.5～

③集水池：在集雨坪面积较大、拦截雨水较多的情况下，应在集雨坪下方建一个集水池。 集水容积建议用下式计算：

（2―3） （2―4）

④拦山沟；利用天然山坡作为集雨坪时，在山坡的下方应挖凿拦截雨水的拦山沟。拦山沟要拦截 的集雨面积，应用公式（2-1）（2-2）计算。拦山沟积的增大（或不量的增大）可逐步加大。考虑山 、 坡陡峻或拦截面积上水土流失等对拦山沟的淤塞和冲刷，拦山沟的过水断面应比计算断面大 50％左 右。 （2）库水作为水窖水源水库就是水窖的调节池、沉淀池。水库的水通过链、渠进入水窖， （3）泉水、裂隙水、河水作为水窖水源在水源处修建一集水池或取水口，将水集中起来，通过 输水管或暗（明）渠进入水窖。 ②集水池窖大小的确定，主要根据来水量（水源）和供水量（引用）情况，以满足有一定的沉沙、 调节能力，节省投资为原则。 （4）渠水作为水窖水源一般来说，渠水水源均能满足水窖对水量的要求，作为饮用水，浑浊度 小于 10°的可不考虑过滤设施，这样进水池和沉沙池可合二为一。 （5）输配水工程输配水工程的作用是将水源水输入水窖（池） ，由水窖（池）最后分配到用水点。 该工程一般可位于净化设施之后，也可位于净化设施之前。 （6）净化设施利用自然山坡汇集雨水，必须经沉沙过滤后方能进入水窖。沉沙过滤池的结构视 集雨坪面积的大小而定

（三）水窑总容积的确定

水窖总容积是水窖群容积的总和， 应与其控制面积相适应。 如果来水量不大， 可设 1～2 个水窖； 如果来水量过大，则应修水窖群拦蓄来水，水窖群的布置形式有以下几种：
见图 2-6。将若干水窖按梅花形布置成群，用暗管连通，从中心水窖提水灌溉。

2.排子形水窖群 排子形水窖群

这种水窖群布置在窄长的水平梯田内，顺等高线方向筑成一排水窖群，窖底以暗管连通，在水窖 群的下一的过水断面，应根据过水流量计算确定。始端断面可稍小，随着拦截降雨面台梯田地坎上设 暗管直通窖内，窖水可自然灌溉下方农田。见图 2-7。

为了就地拦蓄坡面径流，减少流水的位能损失，增加自流灌溉的面积，应使窖群均匀地分布在坡 面上，而不是使水窖集中在坡面下部。

（1）有足够的水源。 （2）有深厚而坚硬的土层，水窖一般应设在质地均匀的土层上，以黏性土壤最好，黄土次之。 （3）在石质山区，多利用现有地形条件，在无泥石流危害的沟道两侧的不透水基岩上，加上修 补，做成水窖。 （4）窖址应便于人蓄用水和灌溉农田。

涝池又叫蓄水池或塘堰.可用以拦蓄地表径流，防止水土流失，也是山区抗旱和满足人蓄用水的 一种有效措施。涝池一般为圆形和椭圆形。大的涝池可占几亩地，容积可达几百立方米，甚至几千立 方米。山坡地上的涝池，因受地形条件限制要小一些，蓄水量一般为 10～80m3。 修涝池的技术简单，容易掌握，而且修筑省工，但涝池的蒸发量太，占地也较多，在干旱面蒸发 量太大的地区，不宜修筑涝池。

以拦蓄地表径流为主而修建的。蓄水量在 50～1 000mm3 的蓄水工程，称为涝池。
拦蓄地表径流，充分和合理利用自然降雨或泉水，就近供耕地、经济林果浇灌和人畜饮水需要， 减轻水土流失。

二、涝池的类型 涝池的类型

按材料可分为土池、三合土池、浆砌条石池、浆砌块石池、砖砌池和钢筋混凝土池等按形式可分 为圆形池、矩形池、椭圆形池等几种类型。此外，蓄水池还可分为封闭型和敞开式两大类。 圆形池、矩形池平面布置图分别见图 2―8 和图 2―9。
涝池一般都修在乡村附近、路边、梁峁坡和沟头上部。池址土质应坚实，最好是黏土或黏壤土。 硬性大的土壤容易渗水和造成陷穴，都不宜修涝池。此外，选择涝池的位置还应注意以下几点： （1）有足够的来水量。 （2）涝池池底稍高于被灌溉的农田地面，以便自流灌溉。不能离沟头、沟边太近，以防渗水引
蓄水池一般规划分布设在坡面水汇流的低凹处。并与排水沟、沉沙池形成水系网络.以满足农、 林用水和人畜饮水需要为规划设计原则。规划布设中应尽量考虑少占耕地，来水充足，蓄引方便，造 价低，基础稳固等条件。 蓄水池的配套设施有：引水渠、排水沟、沉沙池、过滤池（有人畜饮水要求的蓄水池） 、进水和 取水设施（放水管或梯步） 。 房屋前后或道路旁的开敞式蓄水池环应加栏杆或围坪，人畜饮水用的蓄水池一般为封闭式，确保 用水清洁卫生和安全。
修在平地的低凹处，一般是把凹处再挖深些，将挖出的土培在周围。
在沟头附近适当距离处挖涝池，拦蓄坡面汇集的地表径流，防止沟头前进，见图 2-l0。

（三）开挖小渠将地下水引入涝池

沟底坡脚常有地下水渗出，给很多地方造成泥流及滑塌。可在附近挖涝池，并开小渠使地下 水引入涝池，用以灌溉或人蓄饮用，也可避免塌岸。

（四）结合山地灌溉，开挖涝池 结合山地灌溉，

其布置形式渠道连结涝池见图 2-11。 在山地渠道上，每隔适当的距离挖一个涝池，涝池与渠道连接处设立闸 门，将多余的水蓄在池 内，以备需水时灌溉。
涝池与涝池之间小水渠连接起来，多修在道路的一侧，以防止道路冲刷，有时也修在坡面上的浅 凹地上，一般为方形或长方形，蓄水量可达 10～15m3。
涝池蓄水量加上超高的容积即为涝池总容量。由总容量及池的形状可以定出池的具体尺寸。池的 形状随地形变化而异，其不同形状的涝池总容量计算方法如下：
式中：V――总容量，m3 h 水――水深，m； h――超高，m； A 池口――池口面积，m2； A 池底――池底面积，m2。

式中：V――总容量，m ；

R 池口――池口半径，m； R 池底――池底半径，m； H 水深――水深，m； h――超高，m；
一、沟渠工程的定义与功能
为防治坡面水土流失而修建的截排水设施，统称坡面沟渠工程.坡面沟渠工程是坡面治理的重要 组成部分。

r 短――短半轴，m；

1.拦截坡面径流，引水灌溉； 2.排除多余来水，防止冲刷； 3.减少泥沙下泻，保护坡脚农田； 4.巩固和保护治坡成果。
（1）截水沟 （2）排水沟 （3）蓄水沟 （4）引水渠 （5）灌溉渠 水平沟、沿山沟、拦山沟、环山沟、山圳以及梯田内的边沟、背沟； 撇水沟、天沟、排洪沟； 水平竹节沟； 堰沟；

三、沟渠工程规划与设计

（一）规划原则 1. 坡面沟渠工程应与梯田、耕作道路、沉沙蓄水工程同时规划，并以沟渠、道路为骨架，合理
布设截水沟、排水沟、蓄水沟、引水渠、灌溉渠、沉沙池、蓄水池等工程，形成完整的防御、利用体 系。

2. 根据不同的防治对象，因地制官确定沟渠工程的类型、数量，并按高水高排或高用、中水中

排或中用、低水低排或低用的原则设计。 以修梯田、保土耕作、经济林果为主的坡面，应根据降雨和汇流面积合理布设截水沟、排水沟， 并结合水源规划引水渠、灌溉渠；以保土耕作为主的坡面还应配合等高种植，规划若干道蓄水沟；以 种植林草为主的坡面，沟渠工程应采用均匀分布的蓄水沟，上方有较大来水面积的应规划截水沟或排 洪沟。

3. 在坡面上一般应综合考虑布设截排、引、灌溉渠工程。截水沟、排水沟司兼做引水渠、灌溉

4. 截水沟一般应与排水沟相接，并在连接处前后作好沉沙、防冲设施。 5. 梯口区域内承接背沟两端的排水沟，一般垂直等高线布设.并与梯田两端的道路同向，呈路边

沟或路代沟（为凹处）状，土质排水沟应分段设置跌水

6. 截水沟和排水沟、引水渠、灌溉渠在坡面上的比降。应视其截、排、用水去处（蓄水池或天

然冲沟及用水地块）的位置而定。当截、排、用水去处的位置在坡面时，截水沟和排水沟可基查沿等 高线布设， 沟底比降应满足不冲不淤流速； 沟底比降过大或与等高线垂直布设时， 必须作好防冲措施。

7. 一个坡面面积较小的沟渠工程系统，可视为一个排、引、灌水块.当坡面面积较大 8. 坡面沟渠工程规划还应尽量擗开滑坡体、危岩等地带，同时注意节约用地，使交叉建筑物（如

涵洞等）最少，投资最省。

（二）设计 1. 暴雨径流的设计

（1）设计标准根据水土保持国家标准 GB／T 16453.1―16453.6《水土保持综合治理技术规范》 1996，小型蓄排水引水工程中规定。防御暴雨标准，按 10 年一遇 24h 最大降雨量设计。 （2）坡面径流量、洪峰流量与土壤侵蚀量的确定 目前，长江流域各地均用了大量中小河流实

测资料的小区径流观察资料，编制有《水文手册》 ，应查阅当地《水文手册》介绍的不同的暴雨径流 量与土壤侵蚀量。以一次暴雨径流模数 Mω（m3／km2） 、设计频率暴雨坡面最大径流量（或设计洪峰 流量）Q（m3／s）和年均土壤侵蚀模数 Ms（t/km2）表示。

2.截水沟的容积尺寸 截

每道截水沟的容量（V）按式（2―9）计算： V＝Vω+Vs 式中：V――截水沟容量，m3； Vω――一次暴雨径流量，m3； Vs――1～3 年土壤侵蚀量，m3； Vs 的计量单位，应根据各地土壤的容重，由吨折算为立方米。 上式中 Vω和 Vs 值按式（2-10）（2-11）计算。 、 Vω= Mω× F

Vs=3M×F， 式中：F――截水沟的集水面积，km3； Mω――一次暴雨径流模数，m3／km2； M――年均土壤侵蚀模数，t／km2；

3、截水沟断面设计 、

（1）截水沟断面设计公式截水沟断面积 A： ，根据设计频率暴雨坡面汇流洪峰流量，按明渠均匀 流公式计算。

式中：A2――截水沟过水断面面积，m2； Q――设计坡面汇流洪峰流量，m3／s； C――谢才系数； R――水力半径，m； i――截水沟沟底比降。 ①Q 值的计算：坡面小汇水面积的设计洪峰流量的计算，常采用区域任经验公式。 QP＝ KI ′′F ′′ KI”P（适用于 F≥10km2 的小流域） QP= CPF （适用于 lkm2<F<10km~的小流域） QP= CPF （适用于

这些区域性经验公式，主要因子是地面坡度和设计暴雨情况下的下垫面一因素，用主要因子建立 查算表，使用十分方便。 将地面平均坡度划分为 5°、10°、15°、20°、25°、30°以上 6 级，使每个级差的设计洪峰 流量均有一定差异。坡以及裸露土石山坡等不同下垫面因素，可用暴雨径流系数表示，暴雨径流系数 可参考下列情况取用：梯田、林草地面积占 70％以上取 0.70；梯田或林草地、坡耕地面积各占 50％ 左右取 0.80；坡耕地、荒坡面积占 70％以上取 0.90；基岩裸露面积占 50％左右的瘠薄坡耕地取 0.95。 确定了地面平均坡度和暴雨径流系数后，可根据排水块汇水面积，查出设计洪峰流量。 ②R 值的计算： R=A2 /x （2-17）

式中：x――截水沟断面湿周，系指过水断面水流与沟槽接触的边界总长度。 矩形断面： 梯形断面： 式中：b――沟槽底宽，m； h――过水深，m； m――沟槽内边坡系数。 X=b+2h X=b+2h 1 + m2 （2-18） （2-19）

③C 值的计算：一般采用满宁公式。

式中：n――沟槽糙率。与土壤、地质条件及施工质量等有关，一般土质截水沟取 0.025 左右。 ④ i 值的选择：截水沟沟底 i 值与断面设计是互为依据、相互联系的，不能把它们截然分开确定， 而应交替进行，反复比较，最后确定合理的方案。 表 2-3 截水沟不淤流速

土壤质地 重黏壤土 中黏壤土 轻黏壤土 粗沙土（d=1～2mm） 中沙土（d=0.5mm） 细沙土（d=0.05～0.1mm） 淤土

V k= ? R 式中：Vk――最小不淤流速，m／s； R――水力半径，m；

? 系数，可在表 2-4 中选用。

泥沙类别 粗 中 沙 沙

⑤m 值的确定；截水沟内边坡系数 m 值的确定，主要取决于沟深和土质。土壤松散、沟槽较深， 应采用较大的优值；反之，土质坚硬，淘槽较栈，m 值可小。由于坡面暴雨径流的冲刷和截水沟洪水 易涨易落及其渗透压等原因，土质截水沟边坡容易坝塌，因此，截水沟的 m 值一般应比灌溉渠的 m 值大。山丘区截水沟内边坡系数可参考表 2-5 确定。 （2）截水沟断面设计步骤 ①过水深 h 计算： A. 一般断面形式设计公式；

式中：h――过水深，m； a――常数，a=0.58～0.94，一般采用 0.76； Q――设计洪峰流量，m3／s。

B.水力最优断面设计公式：

式中：h――过水深，m； n――沟槽糙率； Q――设计洪峰流量，m3／s； m――截水沟沟内边坡系数； i――截水沟沟底比降。 ② 宽深比计算确定底宽 b：

式中： β ――宽深比系数， β =b/h（或 b= β ?h） m――截水沟内边坡系数；

N――常数，N=2.35～3.25，一般采用 2.8；N=1.8～3.4，一般采用 2.6。 ③用求得的 h、b 和已知的 n、m、i 计算以 A2、x、R、C 等水力要素：按明渠均匀流公式计算截 水沟输水能力，并校核流量和流速。截水沟输水能力应等于大于设计频率洪峰流量，流速应满足不冲 不淤流速（即：Q≥Q

≤V≤V 不冲） ，否则应适当调整 h、b 值及其沟底比降 i 值，重新计算再

校核，直到满足输水能力和流速条件为止。

鱼鳞坑、 鱼鳞坑、水平沟和水平阶

鱼鳞坑是陡坡地（45°）植树造林的整地工程，多挖在石山区较陡的梁峁坡面上，或支离破碎的 沟坡上。由于这些地区不便于修筑水平沟，因而采取挖坑的办法分散拦截坡面径流。 鱼鳞坑的布置是从山顶到山脚每隔一定距离成排地挖月牙形坑，每排坑均沿等高线挖，上下两个 坑应交叉丽又互相搭接，成品字型排列（图 2-13 和图 2-14） 。等高线上鱼鳞坑间距（株距）字母 l 为 1.5～3.5m（约坑径的 2 倍） ，上下两排坑距 b 为 1.5m，月牙坑半径 r 为 0.4～0.5m，坑深为 0.3～0.5m 挖坑取出的土，培在外沿筑成半圆埂，以增加蓄水量。埂中间高两边低，使水从两边流入下一个鱼鳞 坑。表土填入挖成的坑内，坑内种树。 坡面修建鱼鳞坑有两种状态：一种是当降雨强度小，历时短时，鱼鳞坑不可能漫溢，因此，鱼鳞 坑起到了完全切断和拦截坡面径流的作用；另一种是当降雨强度大，历时长时，鱼鳞坑要发生漫溢， 因鱼鳞坑的埂中间高两边低这样就保证了径流在坡面上往下运动时不是直线和沿着一个方向运动， 从 而避免了径流集中，坡面径流受到了行行列列鱼鳞坑的节节调节就使径流冲刷能力减弱。

鱼鳞坑虽是用于植树造林，但它是水土保持治坡工程，因而必须按工程设计标准进行设计。鱼鳞 坑设计标准从暴雨频率和造林成活保证率两方面来考虑，选用多大合适，各地应因地、因时、因树种 而定。鱼鳞坑布置形式和多少决定于不同树种对造林密度的要求。 ；不同规格，单坑所榨制面积大小： 不同树种合理的株、行距及土疑抗冲的最大流速。每树一坑，一般每公顷挖 2 250～3 000 个。

在坡面不平、覆盖层较厚、坡度较大的丘陵坡地，采用水平沟，即沿等高线修筑。用来拦截坡地 上游降雨径流，使其变为土壤水（图 2-15） 。水平沟的设计和修筑需依据坡面坡度、土层厚度、土质 和设计雨量而定。其原则是；水平沟的沟距和断面划、 ，应以保证设计频率暴雨径流不致引起坡面水 土流失。陡坡、土层薄、雨量大，沟距应小些；反之可大些。坡陡，沟深而窄；坡缓，沟浅而宽。一 般沟距为 3～5m，沟口宽 0.7～1m，沟深 0.5～1.0m。水平沟容积比鱼鳞坑大，故蓄水量也大。为防 止山洪过大冲坏地埂，每隔 5～10m，设置泻洪口，使超量的径流导入山洪沟中。为使雨水在沟中均 匀，减少流动，每隔 5～10m，留一道土挡，其高度为沟深的 1／2～1／3。

水平阶是沿等高线自上而下里切外垫，修成 台面口台面外高里低，一以尽量蓄水，减少流失， 但其效果不如水平沟（见图 2-16） 。在山石多、坡度大（10°～25°）坡面上采用。水平阶的设计计 算类同梯田，如采用断续水平阶，实际相当于窄式隔坡梯田。阶面面积与坡面面积之比为 l：l～4。 可应用梯田的计算方法。

保水技术同集水技术一样， 也是在干旱地区充分利用降水资源为农业生产和人畜生活用水服务的 一种技术措施。保水技术就是在降雨量较少的地区或干旱季节，采取必要的技术措施，使仅有的天然 降水尽可能地免于或减少蒸发、蒸腾或渗漏而引起的损失。这实际上也是“雨量增值”或“降雨量增 效”的一个重要的内容。保水技术包括抑制水分蒸发。抑制水分蒸腾和减少水分渗漏三个方面。抑制 水分蒸发包括抑制地面（土壤）蒸发和水面蒸发两个内容；抑制水分蒸腾包括农作物叶面蒸腾和杂草 蒸腾两个内容；减少渗漏包括土壤渗漏、水池渗漏和渠道及水库渗漏四个内容。 在最干旱的季节空气湿度低，蒸发是最大的时候，抑制水分的蒸发、蒸腾最为重要，在旱地农业 生产中，它比集水技术更有经济意义。在蓄水保水性能较差的土壤地质条件下，抑制渗漏最为重要。 保水技术对干旱地区的旱地农业和灌溉农业都有重要的意义。特别是在抑制蒸发和渗漏方面，旱地农 业生产更为重要。抑制蒸发就是通过生物的、化学的或工程的手段，尽可能减少土壤表面和水面的水 分蒸发损失。实际上是增加旱地农田供水量，增加土壤和库、池的蓄水保水能力。同时，抑制蒸发还 抑制了因蒸发而引起的盐分浓度的增加，这对防止土壤碱化有一定的作用。与用其他方法收集和储存 水分比较，抑制蒸发在很多情况下，其所花成本较低，因为它不需要增加新的建筑物。据报道，在 1 年蒸发达 200cm 的地带里，用较好的材料进行蒸发控制，所提供的水分成本低于 0.025 美元／m3。 抑制渗漏就是采用使土壤不渗水或少渗水的方法以控制水库和其他集水结构的水分漏失。 在某些 地区抑制渗漏还能带来解决周围土壤滞水渍水和盐碱化等问题。另外，也是使在沙土上生产出更多粮 食的一种方法，即可利用地下挡水层仰制土壤水分渗漏。 抑制蒸腾就是采用一些生物或工程技术措煎尽可能地减少水分通过植物体以水汽状态散失于大 气。 保水技术的应用，有些方面在干旱地区很早就已实行。但是大多数技术，还是处于试验阶段，尚 未广泛检验，广泛采用。如在抑制十面蒸发方面虽然利用岩块，砾石和作物残余作为覆盖层是古老的 保水办法，但直到今天，人们还未能完全领会它的广阔前景。对于那些非多孔质的保水覆盖层，如沥 青、纸制的、石油的、塑料的和乳胶的覆盖层，只是最近二三年内才出现的。利用地下挡水层抑制土 壤水分渗漏也只是在最近才被人们认识到。保水技术在我国北方干旱地区具有很重要的意义。这是由

它的气候和土壤特点所决定的。从气候特点来说，这里降水少而且集中在夏季，时空分布很不平衡， 加强保水可以使少量降水得到充分利用；另外，这里全年晴天日数多，太阳辐射十分充足，因此水分 蒸发量较大。从土土壤特点来说土壤比较疏松，含砂量较大，水分的渗漏现象比较严重。

二、抑制水面蒸发的技术

一般来说，抑制水面蒸发的方法是用一层阻止水分汽化的阻挡层来霜盖水面。对于小水池在水池 上加上池盖或顶棚就行了。但对较大的蓄水结构来说，就需要采取必要的工程技术。现在国内外经过 试验的抑制水面蒸发的工程技术措施主要有以下几种：
脂族醇，例如十六醇，是细长的分子，在水面上能并排的排列，形成一个分子厚的一层盖在水面 上的薄膜 可以阻止水分汽化，抑制水面蒸发。这种液态化学制剂只需极少量的材料，1hm2 水面用

量少于 60g。它不限制氧气传入水中，其组成成分对鱼和人无毒，但易受风浪影响。

漂浮的石蜡板放在水面上，在太阳光下石蜡融化，伸展成一个柔软的谇续薄膜，可以抑制水面蒸 发。在美国亚里桑那州，一个贮水池的石蜡覆盖层用了 4 年，起蒸发抑制效率超过 85%。
用轻质水泥、聚苯乙烯、橡胶和塑料等制成的固态板，覆盖水面可以减少产生蒸发的面积，为 了克服抑制蒸发所引起的水体增温问题，选用绝热，浅色、能避免太阳能进入水体的反射材料来解决 这个问题。
用沙和粗石填充贮水池和水库，把水贮存在沙、石之间的空隙中，水位保持在地表下 30cm 以上， 可以避免水面蒸发。在美国亚里桑那州沙弗得附近建造的贮水池，就是塑料薄膜衬底和池壁，然后用 粗石填满贮水池。这些粗石使小贮水池的体积减少约 55%，但减少蒸发约 90%。 修造填沙坝：也是抑制水面蒸发的一种形式。这种沙坝可长时期的贮存水分，比露天贮水池贮存 的时间长得多。在干旱年份也能提供水分，因为当水位降到沙面以下 1m 时，蒸发实际上就停止了。

三、抑制农用水池和渠道渗漏的技术

农用水池和渠道的防渗技术一般都要首先采取措施压实土壤，以封闭土壤空隙。最简单的办法是 用人工或蓄力压实（如脚踩、打夯、牛羊踏实等） ，大的水池或水库可用轮式拖拉机压宴。必要时还 可用胶泥、黏土或 1：5 的石灰土铺在池底或搪在池壁，以形成防渗层。或在池内放如浅水，反复进 行水耕水耙，把水搅浑，使细泥沉降并填塞于土壤孔隙之中，以减低渗漏。

现代工业技术提供了很多廉价防水材料，可以阻止贮水、输水工程的底、壁透水。 有一种商品胶质黏土。叫做“膨润土”，它的_钠盐起絮凝作用，并且分散细小颗粒起封闭作用。 一种良好的土壤大约需要膨润土 5kg／m2，沙土则需高达 20kg／m2。 还有一些化学制剂，如聚乙烯和聚丙烯塑料薄膜及丁烯橡胶、塑料布、塑料纤维或玻璃纤维，增 强的沥青和水泥等材料，也可用于水池和渠道防渗。 浅的土质和蓄水池、库、渠（深度小于 3m） ，可用成本低的聚乙烯和聚丙烯薄膜作为防渗材料， 也可用水泥制品或敷设沥青防渗层进行防渗。不过在塑料薄膜或沥青防渗层上仍要铺填 30～60cm 的 土层并夯宴，以保护薄膜或沥青防渗层被氧化或冻裂。更要尽量防止蓄水池和库庠渠干涸。以免防渗 层千裂。较深的库、池或建筑在石质土壤上的库、池需要采用较厚的韧性较强的乙烯基或加强的聚丙 烯薄膜 现代的欧美许多国家，异丁橡胶越来越多地被用来铺补水库、沟渠和蓄水池，它坚固、耐久、抗 风化和虫害。但用于防渗成本较高。 据国外报道，在修好的池库内如同时加入土壤分散剂，如碳酸钠等钠盐处理土壤，可使渗漏大大 下降。 美国亚里桑那州的一个 l 000m2 的蓄水池原先每天渗漏 5～12cm 水层， 经过清除石块和杂草后， 用人工铺撒了 lt 的碳酸钠.然后用小拖拉机带圆盘耙将碳酸钠与 8cm 的土层混合。经过处理后，土壤 的 团聚体就被分散为减缓渗漏的细粒，填塞于土壤的孔隙之中，是渗漏量下降到每天只有 O.4cm 水 层，只有原来渗漏量的 3％。在最初处理的 3 个月，又补施一次钠盐（200kg） ，于是这样低的渗漏率 就一直保持了 5 年。 水泥质的材料， 例如掺用水泥加固的土壤， 钢丝网水泥和用水泥填充的纤维制品， 用作防渗材料， 在国内外应用也很普遍。

四、抑制农田水分渗漏的技术

在旱农地区的多种土壤中，中、轻壤土（特别是沙土）的水分渗漏问题是对旱地农业生产的一大 棘手问题。 抑制农田水分渗漏损失的工程技术主要有以下两种：

（一）建造人工地下挡水层

建造人工地下挡水层就是在保留适当土层厚度的条件下，设置不透水层，以抑制水分渗漏，提高 土壤供水的有效性。建造这种挡水层，可保持水分和养分不致渗漏到根层以下。 地下挡水层的建造方法，就是在土壤耕层以上的适当深度处，即土表以下 60～70cm 处用抗水材 料组成的连续薄膜铺置。在有排水需要的地方，隔一定距离（每排 150m 左右）需留间隙，以利排水。 大多数地下挡水层所用的挡水材料基本上都是用沥青做成的.但任何耐用的、不透水的材料都可 使用.如塑料薄膜，含胶体丰富的堆肥或厮肥层。 铺设挡水层的一个方法是，移走表土，手工铺置挡水层，然后把表土回填。

地下挡水层的铺设技术在许多国家和地区都已开始投入生产应用。在埃及、南非和斯威士兰的大 田作物和蔬菜上（灌水或不灌水） ，在美国的干旱地区和湿润地区，在我国台湾和盈田和甘蔗田上都 开始应用。在东非的挡水材料是塑料薄膜，在匈牙利则用含胶体丰富的堆肥或厮肥层。 在目前条件下，地下挡水层比较多的用在收益高的作物上。随着人类对土地面积的需求不断增长 和技术改进，面积将不断扩大。在土壤下层存在沉积盐层和地方发展灌溉（包括限量供水） ，用这一 办法可有效防止土壤的次生盐渍化。 与其他许多土壤不同，砂性强的土壤表面抗得住中耕和栽培作业的翻动；它能很快的渗入降雨和 灌溉水；它的良好的通气性能有利于作物根的发育；它的表面往往能形成一覆盖层来抑制蒸发。由于 地下挡水层的存在，可以有效地改变其保水能力差的缺点。可节省 50％～70％的灌溉用水； 挡水层可保水保肥，阻止水肥降至根层以下，因此，有挡水层的沙性土壤上的作物产量可相当于 该地区最好土壤的产量，与原来沙土产量相比要高得多。 建造地下挡水层目前成本很高，而且比较费工。在美国利用机器铺设挡水层的成本为 625.5～750 美元／hm2。因此，只适用于栽培价值较高的作物和供水短缺以及不用此法就不能利用的土壤。 深扎的植物根部能穿透挡水层，但在其下的干燥土壤中。根不能生长。因此，深根作物（尤其是 主根系的作物）最终会多处穿透挡水层，使挡水效果下降。

（二）施用改土物质改良土壤的保水性能

吸水的土壤改良剂是一种有希望的土壤保水技术。吸水（能吸持水分）化学制剂能够吸收水分， 使水分不至于大量蒸发或淋失，与这种制剂混合的土壤能截流水分并较长久的保持水分，而这种水分 对植物根来说是可以随时吸以研究制成的化学制剂可暖收本身重量 20 倍的水分。 在表土中掺入 5％的_粉碎褐堪也可以改善沙土的持水能力，可使其有效水分增加 1 倍，使用有 机肥料和塘泥来改善沙土的持水性能，也是抑制土壤渗漏的一种有效手段。 据报道，最近制成的吸水性淀粉聚合物，可吸收它本身重量 1 500 倍的水。

五、用环境控制的手段抑制农田水分的蒸腾和蒸发

用环境控制的手段抑制农田水分的蒸腾和蒸发，不但可以提高作物产量，而且能使农产品的质量 大大改善。 采用封闭半封闭_农业环境的办法，把作物种植在环境控制的农业装置里，是抑制旱地农田水分 蒸腾和蒸发的一种现代化的工程技术措施。在这个装置里，水可以得到保持并被重新利用，不但保水 效率很高，而且能使作物产量趋近其潜在产量的上限。
这个封闭系统就是把作物栽种在充气的塑料温室内，温室与外界大气很少或没有联系。温室内是 靠携带空气的水流循环来降温和增温的。由于湿度很高，从而抑制了蒸腾和蒸发，在冬季温室冷壁上 凝结的水可以收集起来重

（二）局部开放的温室农业

即在局部封闭的温室内，可以把新鲜空气连续送到棚内，并把废气排出。水流携带卒气而行进， 使室内湿化，从而抑制了水分的蒸腾和蒸发。
即利用低矮的塑料棚盖住植物，以便减少蒸腾和蒸发，这是环境控制农业的初级形式。由于其造 价低，技术难度小，人工控制比较容易且效益较高而被国内外广泛采用。 此外，用农田机械和化学除草剂清除农田杂革和湿生植物，摘除非生产性的叶片，把更大的植物 成行地交错种植，构或风障，以减少作物上空的空气运动等，这些措施是用环境手段抑制植物蒸腾， 减少水分耗损的比较简单有效的方法。

梯田的修筑不仅历史悠久，而且普遍分布于世界各地，尤其是在地少人多的第三世界国家的山丘 地区。中国是世界上最早修筑梯田的国家之一，在西汉时代坡地上已出现了梯田雏形。但“梯田”一 词的正式记载则首见于南宋范成大的《骖鸾集》 （成书于 1172 年）“仰山，缘山腹乔松之磴甚危；岭 ， 阪上皆禾田，层层而上至顶，名梯田。 ”元王祯《农书》也有关于梯田的记述： “梯田，谓梯山为田也” ， 清蒲松龄将梯田的作用也说得很清楚： “一则不致冲决，二则雨水落淤，名为天下。 ”新中国成立后， 修筑梯田发展很快，据不完全统计，目前全国共修梯田 1 亿多亩，其中黄土高原新建和改造旧梯田约 4000 万亩（内条田约 1500 万亩） 。成为发展农业生产的一项重要措施。 梯田是山区、丘陵区常见的一种基本农田，它是由于地块顺坡按等高线排列呈阶梯状而得名。在 坡地上沿等高线修成阶台式或坡式断面的田地，梯田可以改变地形坡度，拦蓄雨水。增加土壤水分， 防治水土流失，达到保水、保土、保肥目的，同改进农业耕地作技术结合，能大幅度地提高产量，从 而为贫困山区退耕陡坡，种草种树，促进农、林、牧、副业全面发展创造了前提条件。所以，梯田是 改造坡地，保持水土，全面发展山区、丘陵区农业生产的一项措施。我国规定，25°以上的则应退耕 植树种草。

（一）按断面形式可分为阶台式梯田和波浪式梯田两类 1. 阶台式梯田

在坡地上沿等高线修筑成逐级升高的阶台形的田地。 （1）水平梯田 田面呈水平，适宜于种植水稻和其他旱作、果树等。 （2）坡式梯田 顺坡向每隔一定间距沿等高线修筑地埂而成的梯田。依靠逐年耕翻、径流冲淤

并加高地埂，使田面坡度逐年变缓，终至成水平梯田，所以这也是一种过渡的形式。 （3）反坡梯田 田面微向内侧倾斜，反坡一般可达 2°，能增加田面蓄水量，并使暴雨时过多

的径流由梯田内侧安全排走。适于栽植旱作与果树。干旱地区造林所修的反坡梯田，一般宽仅 1~2m， 反坡为 10°~15°。 （4）隔坡梯田 相邻两水平阶台之间隔一斜坡段的梯田，从斜坡段流失的水土可被截留于水平

阶台，有利于农作物生长；斜坡段则种草、种经济林或林粮间作。一般在 25°以下的坡地上修隔坡 梯田可作为水平梯田的过渡。

在缓坡上修筑的断面呈波浪式的梯田，一般是在小于 7°的缓坡地上，每隔一定距离沿等高线方 向修软埝和截水沟，两埝之间保持原来坡面。这种梯田美国较多，前苏联、澳大利亚等国也有一些。

（二）按田坎建筑材料分类

按田坎建筑材料分类，可分为土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田。黄土高原地区，土层深厚， 年降水量少，主要修筑土坎梯田。土石山区，石多土薄，降水量多，主要修筑石坎梯田。陕北黄土丘 陵地区，地面广阔平缓，人口稀少，则采用以 8 灌木、牧草为田坎的植物田坎梯田。

（三）按土地利用方向分类

按土地利用方向分类，有农田梯田、水稻梯田、果园梯田、林木梯田等。以灌溉与否可分为旱地 梯田、灌溉梯田。
有人工梯田、机修梯田。

梯田规划必须在山、水、田、林、路全面规划的基础上进行。规划中要因地制宜地研究和确定一 个经济单位（乡或镇）的农、林、牧用地比例，确定耕作范围，制定建设基本农田规划。 在梯田规划中，要根据耕作区地形情况，合理布设道路，搞好地块规划与设计，确定施工方案， 作好施工进度安排。在地块规划设计中，最重要的是确定适当的田面宽度和地坎坡度。

耕作区的规划，必须以一个经济单位（一个镇或一个乡）农业生产和水土保持全面规划为基础。 研究确定农、林、牧业生产的用地比例和具体位置，选出其中坡度较缓、土质较好、距村较近，水源 及交通条件比较好， 有利于实现机械化和水利化的地方， 建设高产稳产基本农田， 然后根据地形条件， 划分耕作。 在塬川缓坡地区，一般以道路、渠道为骨干划分耕作区，在丘陵陡坡地区，一般按自然地形，以 一面坡或峁、梁为单位划分耕作区，每个耕作区面积，一般以 50~100 亩为宜。 如果耕作区规划在坡地下部，有暴雨径流下泄时，应在耕作区上缘开挖截水沟，拦截上部来水， 保证耕作区不受冲刷。
1.地块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布设。 2.当坡面有浅沟等复杂地形时，地块布设必须注意“大弯就势，小弯取直” ，不强求一律顺等高 线。 3.如果梯田有自流灌溉条件，则应使田面纵向保留 1/300~1/500 的比降，以利行水，在某些特殊

情况下，比降可适当加大，但不应大于 1/200。 4.地块长度规划，有条件的地方可采用 300~400m，一般是 150~200m，在此范围内，地坡越长， 机耕时转弯掉头次数越少，工效越高，如有地形限制，地块长度最好不要小于 100m。 5.在耕作区和地块规划中，如有不同镇、乡的插花地，必须进行协商和调整，便于施工和耕作。

（三）梯田附属建筑物规划 1. 坡面蓄水拦沙设施的规划

梯田区的坡面蓄水拦沙设施的规划内容，包括“引、蓄、灌、排”的坑、池、塘、埝等缓流拦沙 附属工程。规划程序上可按“蓄引结合，蓄水为灌，藻余后排”的原则，由高台到低台逐台规划，作 到地（田）地有沟，沟沟有，分台拦沉，就地利用。其拦蓄量，可按拦蓄区内 5~10 年一遇的一次最 大降雨量的全部径流量加全年土壤可蚀总量为设计依据。

2. 梯田区的道路规划

山区道路时代总的要求， 一是要保证今后机械化耕作的机具能顺利地进入每一个耕作区和每一地 块；二是必须有一定的防冲设施，以保证路面完整与畅通。 （1）丘陵陡坡地区的道路规划，首重点在于解决机械上山问题 西北黄土丘陵沟壑区的地形特

点是，上部多为 15°~30°的坡耕地，下部多为 40°~60°的荒陡坡，沟道底部比降较小。 因此，机械上山的道路，也应相应地分上、下两部分。下部一般顺沟布设，上部道路，一般应在 坡面上呈“S”形盘旋而上。 道路的宽度，主干线路基宽度不能小于 4.5m，转弯半径不小于 15m，路面坡度不要大于 11%（即 水平距离 100m，高差下降或上升 11m） 。

图 3-6 丘陵地区道路布设 （2）塬、川缓坡地区的道路规划由于塬、川地区地面广阔平缓，耕作区的划分主要以道路为骨 干划定，因此，相邻的两条顺坡道路的距离，就是梯田地块的长度。 ①根据前述地块长度的要求，确定顺坡道路间的距离，一般是 200~400m。 ②若地块布设基本旧顺等高线，横坡道路的方向，也应基本上顺等高线。 山坡道路还应该考虑路面的防冲措施，根据晋西测定：5°~6°的山区道路，每

径流量为 6~8m3，即每亩年径流量 40~50m3，如果路面没有防冲措施，那么只要有一二次暴雨就可以 冲毁路面，切断通道。所以必须搞好路面的排水、分段引水进地或引进旱井、蓄水池。

图 3-7 塬、川缓坡区道路布设

3. 灌溉排水设施的规划

梯田区灌溉排水设施的规划原则，一方面要把一个完整的灌溉系统所包括的：水源和引水建筑、 输水配水系统、田间渠道系统、排水泄系统等工程全面规划布置；另一方面就是要充分体现拦蓄和利 用当地雨水的原则，围绕梯田建设，合理布设蓄水灌溉和排洪防冲以及冬水梯田的改良工程。 灌排设施的重点：坡地梯田区以突出蓄水灌溉为主，布设池、塘、埝、库等蓄水和渠系工程；冲 沟梯田区，不仅要考虑灌溉用水，而且排洪和排涝设施也十分重要。
梯田的断面关系到修筑时的用工量，埂坎的稳定，机械化耕作和灌溉的方便。 梯田断面设计的基本任务，是确定在不同条件下梯田的最优断面。所谓“最优”断面，就是同时 达到下述 3 点要求：一是要适应机耕和灌溉要求；二是要保证安全与稳定；三是要最大限度地省工。 最优断面的关键是确定适当的田面宽度和埂坎坡度。

（一）水平梯田的断面要素 1. 梯田的断面要素 2. 各要素之间的关系

一般根据土质和地面坡度选定田坎高和侧坡（指田坎边坡） ，然后计算田面宽度，也可根据地面 坡度、机耕和灌溉需要先定田面宽，然后计算田坎高。从图可以看出，田面愈宽，耕作愈方便，但田 坎愈高，挖（填）土方量愈大，用工愈多，田坎也不易稳定。在黄土丘陵区一般田面宽以 30m 左右 为宜，缓坡上宽些，陡坡上窄些，最窄不要小于 8m；田坎高以 1.5~3m 为宜，缓坡上低些，陡坡上高 些，最高不要超过 4m。 各要素之间具体计算方法分述如下： 田面毛宽（m） Bm=H?ctgθ 埂坎占地（m） Bn= H?ctgα

图 3-8 梯田断面要素

θ-地面坡度，°；H-埂坎高度，m；α-埂坎坡度；

B-田面净宽，m；Bn-埂坎占地，m；Bm-田面毛宽，m； B1-田面斜宽，m。 从上述关系式可以看出，埂坎高度（H）是根据田面宽度（B） 、埂坎坡度（α）和地面坡度（θ） 、埂坎占地（Bn） 、田面斜宽（B1）都可根据 H、 3 个数值计算而得。其余 3 个要素：田面毛宽（Bm）

α、θ3 个数值计算而得。对于一个体具地块来说，地面坡度（θ）是个常数，因此，田面宽度（B）

和埂坎坡度（α）是断面要素中起决定作用的因素。在梯田断面计算中，主要研究这两个因素。

3. 梯田土方量的计算

（1）土方断面 在挖填方相等时，梯田挖（填）方的断面面积可由下式计 1 H B HB 2 S= × × = m 2 2 2 8 （2）每亩土方量

根据上述公式可以计算出不同田坎高的每亩土方量（指挖方） 。 表 3-1 不同田坎高与土方量关系

（二）梯田的需功量 1. 梯田需功量的概念

梯田的需功量或梯田土方运移工作量，是指土方乘运距（m3?m） 。这里，我们先不研究它所需的

“力”和“功” ，只研究它搬运土方的体积和运距。

2. 梯田需功量的计算

每亩梯田需功量 Wa=V?S0 式中：Wa――每亩梯田需功量，m3?m； V――梯田每亩土方量，m3； S0――修梯田时土方的平均运距，m。 根据数学原理 （3-8）

由此可知，梯田每亩土方需动功量是与田面宽度的平方成正比关系。

3. 梯田需功量的意义

（1）计算施工工效 在坡地修梯田时，计算人工或机械施工的工效，可采用下述公式：

式中： Ta――修成每亩梯田所需人工或机工时，h； Wa――修成每亩梯田的土方需功量，m3?m； P――人工或机械的运土工率，m3?m/h。 例：机引梨修梯田的工效计算。 当拖拉机带机引梨前进时，其向下翻土的工率： P 机引梨=q?μ?ν 式中：q――拖拉机前进 1m 时向下移动的土方量，m3； q=H×b×L H――耕深 ，m； b――每铧耕幅，m； L――表示拖拉机前进距离，m； u――向下移动土方的距离，m。 u=M?b

P=14.58（m3?m/min） 根据式（3-10）计算得机引梨修梯田每亩所需的机工时间是：

（2）提高相对工效的途径 从 Ta =

Wa 的关系式中可以看出，要提高相对工效，也就是要求修成 P 每亩梯田所需的人工或机械用时 Ta 为最小，这就是必须：一是要求梯田每亩需功量 Wa 为最小，二是

要求人工或机械的运土工率为 P 最大。 （3）断面设计与梯田需功量的关系 根据关系式：

可知梯田每亩需功量（Wa）与田面宽度（B）的平方成正比，因此，断面设计中，只要在保证适 应机耕和灌溉要求的前提下，应尽量不要采用过宽的田面。

（三）梯田田面宽度的设计

梯田最优断面的关键是最优的田面宽度，所谓“最优”田面宽度，就必须是保证适应机耕和灌溉 的条件下，田面宽度为最小。

1. 在残原、缓坡地区，农耕地一般坡度在 5°以下 在残原、缓坡地区， 农耕地一般坡度在 °

在实现梯田化以后，可以采用较大型拖拉机及其配套农具耕作。实践证明，当拖拉机带悬挂农具 时，掉头转弯所需最小直径为 7~8m；当拖拉机带牵引农具时，掉头转弯需最小直径为 12~13m。一般 拖拉机翻地时，都把 25~30m 宽的田面作为一个耕作小区。因此，无论从机耕或灌溉的要求来看，太 宽的田面没有必要，一般以 30m 左右为宜。
一般坡度 10°~30°，目前很少实现机耕，根据实践经验，一般采用小型农机进行耕作，这种农 具在 8~10m 宽的田面上就能自由地掉头转弯，这一宽度无论对于哇灌或喷灌都可以满足，因此，在 陡坡地（25°）修梯田时，其田面宽度不应小于 8m。

3. 特殊情况下的田面宽度

（1）丘陵陡坡区梁峁顶部，地面坡度较缓，如果设计田面宽在 10m 左右时，则推土机施工不便， 工效较低， 而田面宽度增大到 20~30m 时， 虽然梯田需功量 （Wa） 大一些， 但施工方便， 推土工率 （P） 也大大提高，这对修成每亩梯田的所需机械工时（Ta）增加得并不多，在这种特殊情况下，适当加宽 设计的田面宽度是可取的。 （2）当灌溉渠道高程已确定时，采取的田面宽度其相应的田面高程大于渠底高程时，这时应降 低田面高程，可以加宽田面宽度，田面高程就可降低。 （3）有的缓坡地区，为了加快梯田建设，采取较窄的田面宽度 15m 左右，机械耕作时，相邻上 下两台套起来，机械在道路上掉头转弯。 总之， 田面宽度设计， 既要有原则性， 又要有灵活性。 原则性就是必须在适应机耕和灌溉的同时， 最大限度的省工。灵活性就是在保证这一原则的前提下，根据具体条件，确定适当的宽度。
梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土质和坎高条件下，要保证埂坎的安全稳定，并尽可能地 少占农地，少用工。 在一定的土质和坎高条件下，埂坎外坡越缓则安全稳定性越好，但是它的占地和每亩修筑用工量 也就越大。反之，如埂坎外坡较陡，则占地和每亩修筑用工量也产小，但是安全稳定性就较差。

1. 稳定性分析的基本概念

我们所研究的是黄土梯田埂坎的稳定性，是属于土力学中的土坡稳定问题。目前，对此有很多的 理论和方法，就圆弧法而言，按其各种不同的假设，就有 ? = 0 法、条分法（瑞典法） 、摩擦圆弧法、 毕肖普（Bishop）法等，但其中应有最广泛的是条分法，现对条分法作一简介： 当某一土坡发生滑坡时，滑动土体是沿着滑动面整体下滑。这时，它同时存在着两个力的作用， 即滑动力和抗滑力，简单说来，滑动力就是滑动土体的重力（G）沿滑动面方向的分力，抗滑力包括 土壤的内聚力（C）和内摩擦力（ ? ）产生的摩擦阻力。当滑动力等于抗滑力时（亦即稳定安全系数 K=1.0 时） ，土坡处于极限平衡状态。滑动力大于抗滑力时（稳定安全系数 K<1.0 时） ，则不论坎高如 何，都不能维持稳定而发生滑坡。因此，梯田埂坎稳定必须使抗滑力大于滑动力，也就是说要求稳定 安全系数 K>1，一般设计中 K 值采用 1.2~1.5。 用条分法分析土坡稳定性时，假定： （1）土是均匀而又各向同性的； （2）滑动面是通过坡脚的坡脚圆； （3）滑动土体地一个刚体； （4）不考虑土条之间相互作用力的影响； （5）按平面问题考虑等等。 计算稳定安全系数 K 值的基本公式：

式中： ? ――土的内摩擦角，°；

Wi ――i 土条的重量，t；

θ i ――第 i 土条圆弧中点法线与沿垂线的夹角（见图 }

}