日本的水土保持坡面工程管理與維護(hù)(Ⅰ)

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簡(jiǎn)介： 過(guò)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(píng)價(jià)，近年來(lái)工程的主體從山坡防護(hù)工程轉(zhuǎn)移到溪流工程。然而，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，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(shí)，針對(duì)山坡防護(hù)工程的穩(wěn)固性和典型山坡防護(hù)工程中天然林根系生長(zhǎng)狀況，均按防止坡面侵蝕和沖積的管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(hù)工程坡面管理分為 3個(gè)時(shí)期：(1)山坡防護(hù)工程實(shí)施和植被生長(zhǎng)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(hù)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(shí)施了坡面防護(hù)工程，近年來(lái)砂防壩、洪水水路防護(hù)工程等溪流工程成為主體。但是，針對(duì)溪流周圍環(huán)境急劇變化問(wèn)題的意識(shí)增強(qiáng)，選擇對(duì)極端環(huán)境負(fù)荷小的防災(zāi)對(duì)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(jì)劃擬定上，處理超計(jì)劃產(chǎn)沙量時(shí)，存在計(jì)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(píng)價(jià)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(shí)施是以砂防法第13條為基礎(chǔ)，大部分由國(guó)家負(fù)擔(dān)實(shí)施。必須區(qū)分砂防指定地區(qū)內(nèi)所管理的內(nèi)容，實(shí)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(duì)以往水土保持坡面工程施工地進(jìn)行實(shí)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(diǎn)上，說(shuō)明山坡坡面的維護(hù)、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(hù)、管理時(shí)期的劃分及管理項(xiàng)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(wèn)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(bào)道，坡面工程施工地針對(duì)發(fā)生暴雨時(shí)穩(wěn)定程度，因當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)及降雨范圍等條件不同絕對(duì)地評(píng)價(jià)也很困難。但與周邊自然坡面崩塌情況及確切的降雨量對(duì)比，可以評(píng)價(jià)其穩(wěn)定程度。抽取全國(guó)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(hù)、管理目標(biāo)的設(shè)定方法和注意事項(xiàng)(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(hù)、管理方法，大致可分為3個(gè)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(jìn)行人為管理，水土流失區(qū)與天然坡面相同的時(shí)期。參考了村中的治山綠化施工地的維護(hù)管理觀點(diǎn)，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(dòng)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(cè)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(yàn)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(duì)其進(jìn)行同天然坡面相近的管理，確認(rèn)坡面的植被群落即使不人為管理也不退化的時(shí)期。這個(gè)時(shí)期之后，針對(duì)表面侵蝕，增加植被覆蓋，確認(rèn)具有控制表層崩塌根系發(fā)達(dá)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(hù)以后，環(huán)境和天然植被同化時(shí)期。

3、坡面工程穩(wěn)定性分析

3.1調(diào)查方法

　　收集全國(guó)以往坡面工程施工后遭受災(zāi)害的事例。主要調(diào)查項(xiàng)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(shí)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(duì)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(hù)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(shí)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(méi)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(méi)受破壞。調(diào)查結(jié)果如下：

　?、賰煞蕉际艿狡茐臅r(shí)，ηＲ為14，Ｒｍａｘ超過(guò)300ｍｍ時(shí)，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(shí)，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(guò)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(shí)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(dòng)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(shí)發(fā)生，和一般發(fā)生土砂災(zāi)害始時(shí)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(shí)間內(nèi)聚集地表水。因此在確定排水工程規(guī)模時(shí)，針對(duì)降雨強(qiáng)度增加而庫(kù)容仍有富余的斷面，加強(qiáng)在植被郁閉之前排水設(shè)施及其周邊管理等，對(duì)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(shí)山坡坡面多發(fā)生崩塌。在坡面工程方面，因人為實(shí)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(shí)，才會(huì)對(duì)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(shí)，坡面工程也有不發(fā)生破壞的實(shí)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。