一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构及其建造方法
阅读说明：本技术 一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构及其建造方法 (Ecological erosion gully treatment buried straw/check dam composite structure and construction method thereof ) 是由 杨庆楠 崔润利 高士军 徐金忠 孙雪文 张健 王鹏 魏琳 李志飞 吴昱 严尔梅 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构及其建造方法,涉及一种治理侵蚀沟的复合式结构及其建造方法。本发明是要解决现有利用秸秆填埋整条侵蚀沟的治理方法仅适用于沟深小于2米、汇水面积小、下游排水通畅的侵蚀沟,适用范围有限的技术问题。本发明在生态袋谷坊的上游填埋秸秆,可以直接将侵蚀基准面提高2m左右,还可以保护生态袋谷坊不被冲散；本发明在填埋秸秆后,再按照1:1.5的坡比削坡,每侧在垂直水流方向可减少约3m占地；本发明施工期相对自由；由于秸秆具有很好的保水性能,灌木柳的成活率和长势高于实土；本发明利用砼杆拦挡和锚固,加大了生态袋谷坊和填沟秸秆捆的稳定性。(A composite structure of buried straw/check dam for ecologically treating erosion gully and a construction method thereof relate to a composite structure for treating erosion gully and a construction method thereof. The invention aims to solve the technical problems that the existing treatment method for burying the whole erosion gully by using straws is only suitable for the erosion gully with the gully depth of less than 2 meters, small catchment area, smooth downstream drainage and limited application range. According to the invention, the straws are buried at the upstream of the ecological bag check dam, so that the erosion datum plane can be directly increased by about 2m, and the ecological bag check dam can be protected from being scattered; after the straw is buried, the slope is cut according to the slope ratio of 1:1.5, and the land occupation of each side in the direction vertical to the water flow can be reduced by about 3 m; the construction period of the invention is relatively free; because the straws have good water retention performance, the survival rate and the growth vigor of the shrub willows are higher than those of solid soil; the invention uses the concrete poles to block and anchor, which increases the stability of the ecological bag check dam and the ditch filling straw bundle.)
技术领域
本发明涉及一种治理侵蚀沟的复合式结构及其建造方法。
背景技术
东北黑土区水土流失是一项长期的土壤问题，是制约黑土地保护的重要因素。沟道侵蚀是水土流失最严重的表现形式，也是东北黑土区主要水土流失类型之一。沟道侵蚀速度极快，沟头溯源侵蚀使得沟道长度不断延伸，沟底下切，伴随沟岸崩塌，导致沟深和沟宽迅速发展。沟道侵蚀不仅产生泥沙，淤积下游水库、河流，不断吞噬耕地，降低土地利用率，限制农业机械化生产，还威胁村庄、道路等安全。
目前侵蚀沟治理主要采取沟头防护工程，浆砌石、石笼、柳编等不同材质类型谷坊，结合林草措施达到巩固、抬高沟床，制止沟底下切和沟岸扩张，恢复植被生态的治理效果。存在削坡占地、原材料贵、工程量大、工时费高、施工期受季节影响等弊端。东北黑土区是我国粮食主产区，主要粮食作物有玉米、大豆、水稻等，秸秆量十分充足。现有利用秸秆填埋整条侵蚀沟而达到复垦效果的治理方法，但是仅适用于沟深小于2米、汇水面积小、下游排水通畅等特点的侵蚀沟，适用范围有限。
发明内容
本发明是要解决现有利用秸秆填埋整条侵蚀沟的治理方法仅适用于沟深小于2米、汇水面积小、下游排水通畅的侵蚀沟，适用范围有限的技术问题，而提供一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构及其建造方法。
本发明的生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构是由生态袋谷坊1、秸秆捆3、锚固砼柱6、拦挡砼柱7、土壤11、柳条和植被组成；
所述的生态袋谷坊1设置在原沟底5中，生态袋谷坊1的迎水面为竖直结构，背水面坡比为1:0.8，生态袋谷坊1的上端中心处设置溢流口1-1；所述的生态袋谷坊1的上游竖直设置多排的秸秆捆3，每个秸秆捆3均为圆柱形结构，秸秆捆3之间紧密相邻，且与生态袋谷坊1的迎水面紧密相邻，秸秆捆3均设置在水平的第一沟底9上，秸秆捆3两侧的沟坡8均为竖直结构；生态袋谷坊1的下游设置消力池4，消力池4的下游设置有消力坎2，消力池4和消力坎2均设置在水平的第二沟底10上，消力坎2的上表面为水平结构，秸秆捆3的上表面设置土壤11；第二沟底10比第一沟底9高；消力坎2的背水面与下游的秸秆捆3紧密相邻；土壤11上均匀设置多根柳条；
两根锚固砼柱6竖直且均匀的设置在生态袋谷坊1的背水侧上，锚固砼柱6的底部插入原沟底5中；一根拦挡砼柱7水平设置在生态袋谷坊1的背水侧和两根锚固砼柱6之间，拦挡砼柱7的两端分别设置在两侧的坡面8中；两侧的坡面8的坡比为1:1.5，两侧的坡面8上均设置生态袋护坡，且两侧的坡面8生态袋护坡以上的坡面均设置植被。
本发明的生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构的建造方法如下：
一、沟道整形：预先设计好要放置谷坊的位置，在每个谷坊的上游且在沟底正上方1.4m～1.5m处利用挖掘机对两侧坡面竖直向下进行挖掘整形至沟底，使得经过挖掘后的两侧坡面的坡度为90°，挖掘处以上的两侧坡面保持坡度不变；然后将相邻两个谷坊之间的沟底向下挖成两层台阶的结构，每层台阶均为平面；
二、秸秆填充：将多个直径和高均为1.4m～1.5m的圆柱形秸秆捆竖直且紧密的放置于每个谷坊的上游且在步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较低的平面沟底；
三、修建生态袋谷坊：在预先设计好的位置放置生态袋谷坊，生态袋谷坊的顶部沿着水流方向的长度为0.8m～1m，生态袋谷坊的高度为2m～2.1m，生态袋谷坊的的背水坡比为1:0.8，迎水面竖直设置，生态袋谷坊的迎水面与步骤二设置的秸秆紧密相连；生态袋谷坊的顶部入两侧的沟道坡面的深度均为2m～2.5m；生态袋谷坊的顶部中心处设置溢流口；每个生态袋谷坊的下游依次设置消力池和消力坎，消力池平行水流的方向的长度为3m～4m，消力坎的高度为0.5m～0.6m，消力坎平行水流方向的长度为0.5m～0.6m；每个生态袋谷坊的下游两侧护坡且竖直高度为2m～2.5m；消力坎设置在步骤一中步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较高的平面沟底，消力坎与其下游的秸秆捆紧密相邻；
四、砼柱拦挡、锚固：在溢流口背水侧最矮处的下方1m处水平设置1根直径为0.25m的拦挡砼柱，拦挡砼柱的长度方向与水流方向垂直，拦挡砼柱的两侧分别插入两侧坡面中；在拦挡砼柱远离谷坊的一侧紧挨着设置两根直径为0.25m锚固砼柱，两根锚固砼柱均为竖直设置，锚固砼柱的下端插入沟底土壤中1m深度，锚固砼柱的高度为4m～5m；锚固砼柱与拦挡砼柱用铁丝捆绑；
五、覆土：在步骤二中填充的秸秆捆上方覆0.3m～0.5m厚的土壤，利用机械平整覆土，土壤来自步骤一中整形余出的土方；消力坎的上沿与其下游的秸秆捆上的土壤平齐；
六、削坡及平整：以步骤五中秸秆填埋覆土后为侵蚀基准面，在侵蚀基准面以上的两侧坡面按照1:1.5的坡比削坡，再次覆土并平整秸秆捆的表面；
七、插柳：在秸秆覆土上插柳；若上述施工在春季，则当年春季在覆土上插柳；若在其他三个季节施工，则次年春季在覆土上插柳；
八、边坡植被恢复：根据当地优势草种和灌木树种，对沟道两侧坡面进行植被恢复。
本发明的优点是：
一、本发明在生态袋谷坊1的上游秸秆填埋，一是可以直接将侵蚀基准面提高2m左右(秸秆填埋+覆土)，二是可以保护生态袋谷坊1不被冲散；
二、本发明可以解决侵蚀沟治理削坡征占地这一突出问题，在填埋秸秆后，再按照1:1.5的坡比削坡，每侧在垂直水流方向可减少约3m占地；
三、本发明除了插柳需在春季进行，秸秆填埋和生态袋谷坊建设无需在秋收后冰冻前进行，施工期相对自由，解决了施工期短的问题；由于秸秆具有很好的保水性能，灌木柳的成活率和长势高于实土；
四、本发明利用砼杆拦挡和锚固，加大了生态袋谷坊1和填沟秸秆捆3的稳定性；
五、每年产生的大量秸秆，大部分被综合利用和秸秆还田，仍有部分秸秆被焚烧，污染环境。本发明将秸秆用于侵蚀沟治理，一方面原材料价格低，秸秆量充足，满足侵蚀沟填埋治理需求，另一方面，消耗部分秸秆，可减少焚烧量，增加秸秆利用率。
附图说明
图1为
具体实施方式
一的生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构的示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图2的A-A剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构，如图1-图3所示，具体是由生态袋谷坊1、秸秆捆3、锚固砼柱6、拦挡砼柱7、土壤11、柳条和植被组成；
所述的生态袋谷坊1设置在原沟底5中，生态袋谷坊1的迎水面为竖直结构，背水面坡比为1:0.8，生态袋谷坊1的上端中心处设置溢流口1-1；所述的生态袋谷坊1的上游竖直设置多排的秸秆捆3，每个秸秆捆3均为圆柱形结构，秸秆捆3之间紧密相邻，且与生态袋谷坊1的迎水面紧密相邻，秸秆捆3均设置在水平的第一沟底9上，秸秆捆3两侧的沟坡8均为竖直结构；生态袋谷坊1的下游设置消力池4，消力池4的下游设置有消力坎2，消力池4和消力坎2均设置在水平的第二沟底10上，消力坎2的上表面为水平结构，秸秆捆3的上表面设置土壤11；第二沟底10比第一沟底9高；消力坎2的背水面与下游的秸秆捆3紧密相邻；土壤11上均匀设置多根柳条；
两根锚固砼柱6竖直且均匀的设置在生态袋谷坊1的背水侧上，锚固砼柱6的底部插入原沟底5中；一根拦挡砼柱7水平设置在生态袋谷坊1的背水侧和两根锚固砼柱6之间，拦挡砼柱7的两端分别设置在两侧的坡面8中；两侧的坡面8的坡比为1:1.5，两侧的坡面8上均设置生态袋护坡，且两侧的坡面8生态袋护坡以上的坡面均设置植被。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的消力坎2和消力池4均是由生态袋组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的锚固砼柱6和拦挡砼柱7的材质均为混凝土。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一中生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构的的建造方法，具体过程如下：
一、沟道整形：预先设计好要放置谷坊的位置，在每个谷坊的上游且在沟底正上方1.4m～1.5m处利用挖掘机对两侧坡面竖直向下进行挖掘整形至沟底，使得经过挖掘后的两侧坡面的坡度为90°，挖掘处以上的两侧坡面保持坡度不变；然后将相邻两个谷坊之间的沟底向下挖成两层台阶的结构，每层台阶均为平面；
二、秸秆填充：将多个直径和高均为1.4m～1.5m的圆柱形秸秆捆竖直且紧密的放置于每个谷坊的上游且在步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较低的平面沟底；
三、修建生态袋谷坊：在预先设计好的位置放置生态袋谷坊，生态袋谷坊的顶部沿着水流方向的长度为0.8m～1m，生态袋谷坊的高度为2m～2.1m，生态袋谷坊的的背水坡比为1:0.8，迎水面竖直设置，生态袋谷坊的迎水面与步骤二设置的秸秆紧密相连；生态袋谷坊的顶部入两侧的沟道坡面的深度均为2m～2.5m；生态袋谷坊的顶部中心处设置溢流口；每个生态袋谷坊的下游依次设置消力池和消力坎，消力池平行水流的方向的长度为3m～4m，消力坎的高度为0.5m～0.6m，消力坎平行水流方向的长度为0.5m～0.6m；每个生态袋谷坊的下游两侧护坡且竖直高度为2m～2.5m；消力坎设置在步骤一中步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较高的平面沟底，消力坎与其下游的秸秆捆紧密相邻；所述的消力坎和消力池均是由生态袋组成；
四、砼柱拦挡、锚固：在溢流口背水侧最矮处的下方1m处水平设置1根直径为0.25m的拦挡砼柱，拦挡砼柱的长度方向与水流方向垂直，拦挡砼柱的两侧分别插入两侧坡面中；在拦挡砼柱远离谷坊的一侧紧挨着设置两根直径为0.25m锚固砼柱，两根锚固砼柱均为竖直设置，锚固砼柱的下端插入沟底土壤中1m深度，锚固砼柱的高度为4m～5m；锚固砼柱与拦挡砼柱用铁丝捆绑；所述的锚固砼柱6和拦挡砼柱7的材质均为混凝土；
五、覆土：在步骤二中填充的秸秆捆上方覆0.3m～0.5m厚的土壤，利用机械平整覆土，土壤来自步骤一中整形余出的土方；消力坎的上沿与其下游的秸秆捆上的土壤平齐；
六、削坡及平整：以步骤五中秸秆填埋覆土后为侵蚀基准面，在侵蚀基准面以上的两侧坡面按照1:1.5的坡比削坡，再次覆土并平整秸秆捆的表面；
七、插柳：在秸秆覆土上插柳；若上述施工在春季，则当年春季在覆土上插柳；若在其他三个季节施工，则次年春季在覆土上插柳；
八、边坡植被恢复：根据当地优势草种和灌木树种，对沟道两侧坡面进行植被恢复。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三中每个生态袋谷坊的下游两侧护坡且竖直高度为2m。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种生态治理侵蚀沟的填埋秸秆/谷坊复合式结构的的建造方法，见图1-图3所示，具体过程如下：
一、沟道整形：预先设计好要放置谷坊的位置，在每个谷坊的上游且在沟底正上方1.4m处利用挖掘机对两侧坡面竖直向下进行挖掘整形至沟底，使得经过挖掘后的两侧坡面的坡度为90°，挖掘处以上的两侧坡面保持坡度不变；然后将相邻两个谷坊之间的沟底向下挖成两层台阶的结构，每层台阶均为平面；
二、秸秆填充：将多个直径和高均为1.4m的圆柱形秸秆捆竖直且紧密的放置于每个谷坊的上游且在步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较低的平面沟底；
三、修建生态袋谷坊：在预先设计好的位置放置生态袋谷坊，生态袋谷坊的顶部沿着水流方向的长度为1m，生态袋谷坊的高度为2m，生态袋谷坊的的背水坡比为1:0.8，迎水面竖直设置，生态袋谷坊的迎水面与步骤二设置的秸秆紧密相连；生态袋谷坊的顶部入两侧的沟道坡面的深度均为2m；生态袋谷坊的顶部中心处设置溢流口；每个生态袋谷坊的下游依次设置消力池和消力坎，消力池平行水流的方向的长度为3m，消力坎的高度为0.5m，消力坎平行水流方向的长度为0.5m；每个生态袋谷坊的下游两侧护坡且竖直高度为2m；消力坎设置在步骤一中步骤一中挖好的平面沟底上，所述的平面沟底为台阶的结构中较高的平面沟底，消力坎与其下游的秸秆捆紧密相邻；
四、砼柱拦挡、锚固：在溢流口背水侧最矮处的下方1m处水平设置1根直径为0.25m的拦挡砼柱，拦挡砼柱的长度方向与水流方向垂直，拦挡砼柱的两侧分别插入两侧坡面中；在拦挡砼柱远离谷坊的一侧紧挨着设置两根直径为0.25m锚固砼柱，两根锚固砼柱均为竖直设置，锚固砼柱的下端插入沟底土壤中1m深度，锚固砼柱的高度为4m～5m；锚固砼柱与拦挡砼柱用铁丝捆绑；
五、覆土：在步骤二中填充的秸秆捆上方覆0.5m厚的土壤，利用机械平整覆土，土壤来自步骤一中整形余出的土方；消力坎的上沿与其下游的秸秆捆上的土壤平齐；
六、削坡及平整：以步骤五中秸秆填埋覆土后为侵蚀基准面，在侵蚀基准面以上的两侧坡面按照1:1.5的坡比削坡，再次覆土并平整秸秆捆的表面；
七、插柳：在秸秆覆土上插柳；若上述施工在春季，则当年春季在覆土上插柳；若在其他三个季节施工，则次年春季在覆土上插柳；
八、边坡植被恢复：根据当地优势草种和灌木树种，对沟道两侧坡面进行植被恢复。
本试验的优点是：
一、本试验在生态袋谷坊1的上游秸秆填埋，一是可以直接将侵蚀基准面提高2m左右(秸秆填埋+覆土)，二是可以加大保护生态袋谷坊1不被冲散；
二、本试验可以解决侵蚀沟治理削坡征占地这一突出问题，按照1:1.5的坡比削坡，每侧在垂直水流方向可减少3m占地；
三、本试验除了插柳需在春季进行，秸秆填埋和生态袋谷坊建设无需在秋收后冰冻前进行，施工期相对自由，解决了施工期短的问题；同时由于秸秆具有很好的保水性能，灌木柳的成活率和长势高于实土；
四、本试验利用砼杆拦挡和锚固，加大了生态袋谷坊1和填沟秸秆捆3的稳定性；
五、每年产生的大量秸秆，大部分被综合利用和秸秆还田，仍有部分秸秆被焚烧，污染环境。本试验将秸秆用于侵蚀沟治理，一方面原材料价格低，秸秆量充足，满足侵蚀沟填埋治理需求，另一方面，消耗部分秸秆，可减少焚烧量，增加秸秆利用率。