一种黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法与流程

1.本发明属于土地工程技术领域，涉及治沟造地工程治理，具体涉及一种黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法。


背景技术：

2.我国是一个多山国家，山地面积约占陆域国土的70％，全国约40％的人口仍生活在山区，由于山区普遍经济水平落后，农业开发强度大且土地不合理利用情况普遍，水土流失极为严重，导致耕地资源进一步减少，加之退耕还林的全面开展，山区耕地资源进一步减少，人地矛盾极为突出。治沟造地是指利用现代机械设备将沟谷地和沟间地进行整治平整，修筑梯田(地)，辅以田间道路、小型水利措施等，将原来无法利用的沟壑区土地转换为大面积高质量的，适合现代规模农业的耕地的过程。
3.目前治沟造地包括黄土高原延安模式、紫色土丘陵区模式、泥石流治理滩地利用、干热河谷元谋“平沟建园”模式和干热河谷宁南模式。cn114032874a公开了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，包括原始沟道浅层土壤、填方黄土地基及农田；原始沟道浅层土壤、填方黄土地基及农田由下至上依次布置待整治沟道土地的原始沟道基岩面上；填方黄土地基包括由下至上依次布置的底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层，底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层的压实度逐步递减；本发明通过改变填方工程竖向填料的压实度，使不同填方土层实现不同的功能，以具备承担重量、防控湿陷及滤水排水的三重作用；能有效解决黄土高原治沟造地沟道土壤的填土问题，保证沟道构筑物的安全与使用，便于推广使用。cn114000475a公开了一种黄土高原治沟造地的农田土壤排水系统及其施工方法，所述农田土壤排水系统包括农田排水渠、若干蓄水池、排水盲沟及边坡排水结构；农田排水渠设置在沟道农田的顶部两侧，并位于挖方边坡的坡底沿原始沟谷地形延伸方向布设；若干蓄水池间隔设置在沟道农田的两侧顶部，相邻蓄水池之间采用农田排水渠相连；排水盲沟设置在填方黄土地基的底部，并沿原始沟谷地下延伸方向布设；边坡排水结构布设在挖方边坡上，边坡排水结构的底端与农田排水渠相连；本发明能有效解决黄土高原治沟造地沟道农田土壤排水问题，避免沟谷和农田积水；同时，能够有效保证治沟造地沟道农田的安全和日常灌溉使用，结构简单，施工难度小，成本低，便于推广使用。上述两个仅提出了土地整治和农田排水系统，未能全面系统的解决黄土丘陵沟壑区沟道生态治理，实现水土资源综合整治。
4.目前各治沟造地模式开展结果显示有效的增加了耕地面积、改善农业生产条件、提高粮食产量，同时增加了植被覆盖率，形成区域小气候。但在实施过程中也出现了沟道地下水位过高、农田灌排不畅、次生盐碱化频发、边坡滑坡崩塌等问题，严重影响治沟造地工程的社会、经济、生态效益。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对沟道土壤肥力低下，干旱、渍涝、盐碱化、水
土流失等灾害频发，提供一种黄土高原沟道水土资源综合调控工程方法，其方法步骤简单易操作，步骤清晰、方法正确、设计合理、效果良好，能够对黄土高原沟道水土资源进行有效的综合整治。
6.一方面本发明涉及一种黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法，其包括：(1)土层普查：进行土层厚度勘测和土壤养分含量检测；(2)土体重构：基于土层普查数据，选择土体构建方式，进行土体剖面重构、土体营养重构和田块布置；(3)构建针对黄土丘陵沟壑区沟道的水资源调控系统。
7.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述土层厚度勘测包括：测定待整治区域中典型区域的土层厚度，形成校准方程，再进行其他区域土层厚度的测定，运用校准方程进行校准。
8.对黄土沟道进行土地整治，土层厚度是前期普探和后期土体有机重构需要重点考虑的因素。如果同一水平梯田上土层厚度差异较大，受沟道坡降及沟槽水系动态影响，特别是在连续降雨或长期干旱之后，极易造成同一田块内水分资源分布不均问题，引起作物生长的明显差异。在进行大范围土层普探时，通过构造校准方程的方式进行土层厚度勘测可以有效的节约工程成本，提高工作效率，通过校准可以保证普探结果的准确性。
9.土层厚度勘测方法选用土钻法和探地雷达中的一种。土钻法主要是实测，在每条测线上选5个点垂直向下打土钻，直至碰触母质、母岩或地下水面，并记录此时土层深度，这5个点的平均值即代表该田块的平均土层厚度。土钻法的测量结果很准确，然而这种方法费时费力、适宜在小尺度范围上应用，对土壤结构具有一定的破坏性。
10.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述选择土体构建方式为根据待整治区域各探测点测量的土层厚度的最小值与各探测点之间的最大高程差的比较，选择对应的土体构建方式；所述选择对应的土体构建方式选为以下方式中的一种：(1)待整治区域各探测点之间的最大高程差小于测量的各探测点土层厚度的最小值，则直接对整治区域进行土层厚度重构和土地平整，土层厚度不小于30cm，坡降比小于或等于5/1000；(2)待整治区域各探测点之间的最大高程差大于测量的各探测点土层厚度的最小值，则在挖填土方平衡的原则下，将表土进行剥离另行集中归置，待土地平整度符合规范后根据设计标高进行表土回填，优化土层厚度和坡降，整治后土地的坡降比小于或等于5/1000，土层厚度为50-80cm；(3)待整治区域各探测点之间的高程差》4m或存在探测点土层厚度低于少量探测点的高程差时，则根据前期的土层厚度探测结果，将整治区域进行田块划分，以有利机械耕作及增加有效耕地面积为原则，依据地形地貌，田块规划形状近似规整的方形，确保施工厚度和坡度的工程要求和农作物生长的需求。
11.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述土体剖面重构为对于田块土层厚薄不均的区域要进行厚度整治；所述土体营养重构包括：检测耕作层土壤养分指标含量，明确耕作层土壤养分缺失指标，计算耕作层土壤养分施用量，确使耕作层满足土壤养分质量控制的要求或进行土体营养重构改良。
12.根据普探结果，为保持耕作层土壤水肥条件的可持续性，对于田块土层厚薄不均的区域要进行厚度整治。整治过程中剥离表土层厚度25cm，在田块内部另行堆放保存，然后根据设计土体厚度进行增加处理，填土完工后再回填剥离的表土，以保持耕作层土质不变。土体回填时，为保证土体的结构稳定性及土层的保肥蓄水特性，应使土层厚度不低于50cm，
采用机械、畜力等方式疏松土壤耕作层，合理控制各层土壤容重，构建成为上松下紧的优良土层结构。
13.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述耕作层土壤养分施用量的计算如式(1)所示：
14.y＝(x
×
m-s
×
2.25
×
t)/f
ꢀꢀꢀ
(1)
15.式(1)中，y为养分施用量，kg/hm2；x为作物单位产量的养分吸收量，kg/100kg；m为目标产量，100kg/hm2；s为土壤养分含量测定值，mg/kg；2.25为土壤耕作层养分换算成1hm2土壤养分含量的换算系数；t为校正系数，土壤养分利用率；f为养分当季利用率。
16.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述耕作层土壤的各养分指标要求如下：有机质/(g/kg)≥5，全氮/(g/kg)≥0.5，碱解氮/(mg/kg)≥60，有效磷/(mg/kg)≥2，速效钾/(mg/kg)≥50。
17.经土体剖面重构后的耕作层还应满足土壤养分质量控制的要求，对于不满足的应采取添加有机肥、化肥、微生物菌剂等改良剂进行土体营养重构改良，根据改良剂种类选择合适的施用方法。
18.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述田块布置包括：土地平整单元划分为条田和梯田两种类型，所述条田包括水田；条田每块控制面积0.25hm
2-1.00hm2，以便利大型机械耕作；梯田修筑在15
°
以下的坡耕地上，每块梯田面积控制在0.15hm
2-3.50hm2，最小所述梯田面积不小于0.03hm2；所述梯田的耕作田块土层厚度在30cm以上；所述梯田的耕作田块内土地平整后，距离田边1m左右，保留10
°
反坡，实现外高内低；所述水田的耕作田块内部布置格田，所述格田长度30m-120m，宽度20m-40m；所述格田之间以田埂为界，埂高30cm，埂顶宽20cm；所述格田中内田的面高差小于
±
3cm，其土层厚度在50cm以上。
19.田块应以田间道、生产路、田坎和排洪沟等分割各个田块，规划田块近似长方形，对于局部边角地带，根据实际地形而定。田块布设兼顾塬、沟、坡各种地形，大弯就势，小弯取直，以便利于耕作。
20.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述水资源调控系统包括修建拦蓄水库、截水沟、排洪沟和灌排两用渠；拦蓄水库引水入灌排两用渠，截水沟补给土壤水，满足旱时农业用水；拦蓄水库排水入排洪渠，灌排两用渠排水入截水沟，截水沟排水入排洪渠，降低涝时地下水位。
21.进一步地，本发明提供的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法中，所述灌排两用渠的斗渠实行续灌，其设计流量依照式(2)计算：
22.q＝qs·as
ꢀꢀꢀ
(2)
23.式(2)中，q为干渠设计流量(m3/s)，qs为设计灌水模数，as干渠控制的灌溉面积(hm2)；
24.所述灌排两用渠的农渠设计流量按式(3)计算：
25.q＝aman/86400
·
t
·
η
ꢀꢀꢀ
(3)
26.式(3)中，q表示农渠设计流量(m3/s)，a表示农作物种植面积比例(％)，m表示农作物关键生育期需要的灌水定额(m3/亩)，a表示农渠控制的灌溉面积(亩)，n表示农渠输灌组数，t表示作物灌水延续时间，η表示农渠水利用系数。
27.另一方面，本发明涉及上述的黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法在黄土丘陵沟壑区生态治理方面的应用；所述生态治理包括：提高水浇地面积、旱地面积、农田质量和粮食产量，降低土壤侵蚀量。
28.本发明与现有技术相比具有以下有益效果或者优点：
29.本发明提出了首先进行沟道土体普探调查、然后进行土体剖面结构与营养重构，再利用治沟造地沟道壤中流对农田进行无动力调节灌溉技术，综合沟道拦蓄水库、排洪沟、截水沟、灌排两用渠等灌排措施，提高沟道耕地质量，实现地表水、壤中流、地下水的共同整治，形成黄土高原沟道水土资源综合调控工程模式，显著提高了沟道水资源利用率，建成了高标准农田，高效利用技术体系，实现了黄土高原生态环境建设与经济社会的协同发展，为黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治提供了一种新思路。
附图说明
30.图1为黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法的结构示意图。
31.图2为探地雷达探测的南泥湾沟道土层影像图。(a)为旱地土层影像图，(b)水田土层影像图。
32.图3为土层重构剖面示意图。
33.图4为南泥湾镇九龙泉沟典型区域土地平整田块划分示意图。(a)为土体重构前普探示意图，(b)为土体重构后田块布置示意图。
34.图5为截水沟设立位置示意图。1为梯平田，2为排洪沟，3为截水沟。
35.图6为截水沟断面示意图。4为硬化的路台，5为截水沟土质边界，6为截水沟积水。
36.图7为排洪沟断面分布图。
37.图8为灌排渠和控水阀门示意图。(a)为灌排渠俯视图，(b)为灌排渠道纵断面图，(c)为控水阀门剖面图；1为进水闸，2为出水闸，3为节制闸，4为钢混盖板，5为角钢，6为阀门拉环。
38.图9为黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法的运行示意图。为排洪沟，为灌排一体渠，为截水沟，
□
钢混盖板。
39.图10为无动力调节灌溉的综合调控运行模式示意图。
具体实施方式
40.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
41.下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试验用品和原料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
42.实施例
43.本实施例提供了黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法在延安市宝塔区南泥湾镇阳湾沟土地整治项目中的实践过程和应用效果。
44.该项目区属于黄土高原丘陵沟壑区，其地形因受树枝状河系侵蚀，沟壑纵横，梁峁起伏，以黄土梁丘陵为主。全区北部为峁梁丘陵沟谷区，南部为梁峁丘陵沟谷区，东南部为
黄土残塬区。气候类型属高原大陆性暖温带半干旱气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨。年平均气温在7.7～10.6℃。其中1月平均气温-6.7℃，7月平均气温22.9℃，极端最高气温为39.7℃，极端最低气温-25.4℃。年日照2445h，年降水量在450～650mm，无霜期155-188d。根据长期的普探调研，整治项目区土壤类型以黄绵土和褐土为主，因沟谷及边坡长期冲刷下切严重，使边坡重力侵蚀活跃，崩塌、滑坡现象容易发生，生态环境脆弱。玉米、谷子和水稻为当地的主要种植农作物。依照图1所示黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法的结构示意图，对该项目区进行水土资源综合整治。
45.(1)土层普探
46.对黄土沟道进行土地整治，土层厚度是前期普探和后期土体有机重构需要重点考虑的因素。如果同一水平梯田上土层厚度差异较大，受沟道坡降及沟槽水系动态影响，特别是在连续降雨或长期干旱之后，极易造成同一田块内水分资源分布不均问题，引起作物生长的明显差异。
47.为了节约工程成本，提高工作效率，在进行大范围土层普探时，可选取典型区域分别用土钻法和探地雷达等方法，测定整治区域土层厚度，形成校准方程，然后再使用探地雷达进行其他区域土层厚度的测定，运用校准方程进行校准，保证普探结果的准确性。具体过程如下：
48.1.土钻法：土钻法主要是实测，在每条测线上选5个点垂直向下打土钻，直至碰触母质、母岩或地下水面，并记录此时土层深度，这5个点的平均值即代表该田块的平均土层厚度。土钻法的测量结果很准确，然而这种方法费时费力、适宜在小尺度范围上应用，对土壤结构具有一定的破坏性。
49.2.探地雷达：本实验所用的是美国us radar公司生产的seeker spr探地雷达，所用天线频率为500mhz，在良好的地质条件下，探测深度可达16英尺(4.8m)。数据采集软件为seeker spr acquisition software，数据解读软件为reflexw软件。
50.在黄土沟道的典型区域延安市南泥湾镇九龙泉沟土地整治项目内分别选择5块具有代表性的水田和玉米地作为采样点，并用高精度gps记录各个采样点坐标。为保证试验结果具有代表性，沿每个田块的对角线方向进行测量，在测量过程中始终保持天线底部与地面接触良好，移动速率保持在1m/s左右，避开测量线路上的障碍物，每条测线长30-50m。
51.3.探测结果：以其中的一块玉米地和水田为例，其探地雷达影像图如图2所示。从图2中可以看出，土壤与岩石的分界面比较明显，可以直接从图中判读测线不同位置土壤的深度，上部深颜色及下部颜色发生明显改变的那条线分别为雷达影像图的顶和底界面，两条线之间的距离即为田块的平均土层厚度。
52.(2)土体重构
53.在工程实施过程中，结合遥感影像、gps-rtk高程测量等技术，根据整治区域土层厚度、范围、地形、高程变化，根据整治区各探测点测量的土层厚度的最小值与各探测点之间的最大高程差的比较，选择适宜的土体构建方式。
54.1)整治区各探测点之间的最大高程差小于测量的各探测点土层厚度的最小值，则可直接对整治区域进行土层厚度重构和土地平整，土层厚度应不小于30cm，坡降比小于或等于5/1000。
55.2)整治区各探测点之间的最大高程差大于测量的各探测点土层厚度的最小值，需
在挖填土方平衡的原则下，将表土进行剥离另行集中归置，待土地平整度符合规范后根据设计标高进行表土回填，优化土层厚度和坡降，整治后土地的坡降比小于或等于5/1000，土层厚度一般50-80cm为宜。
56.3)整治区各探测点之间的高程差》4m时，应根据探测结果，因地制宜的将整治区域进行田块划分，以有利机械耕作及增加有效耕地面积为原则，综合考量各种地形地貌，田块规划形状宜近似规整的方形，确保施工厚度和坡度的工程要求，在减少成本的基础上满足作物生长的需求。
57.1.土体剖面重构：根据普探结果，为保持耕作层土壤水肥条件的可持续性，对于田块土层厚薄不均的区域要进行厚度整治。整治过程中剥离表土层厚度25cm，在田块内部另行堆放保存，然后根据设计土体厚度进行增加处理，填土完工后再回填剥离的表土，以保持耕作层土质不变。土体回填时，为保证土体的结构稳定性及土层的保肥蓄水特性，应使土层厚度不低于50cm，采用机械、畜力等方式疏松土壤耕作层，合理控制各层土壤容重，构建成为上松下紧的优良土层结构，其结构如图3所示。
58.2.土体营养重构：经土体剖面重构后的耕作层还应满足土壤养分质量控制的要求，对于不满足的应采取添加有机肥、化肥、微生物菌剂等改良剂进行土体营养重构改良，根据改良剂种类选择合适的施用方法。在测土配方施肥为基础上，通过实验室检测土壤养分指标含量，明确土壤养分丰缺指标，针对性精准调节土壤理化性质，提出“土壤诊断 有机无机肥料 中微量元素 微生物菌剂”的综合快速培肥技术，以当地有机质含量高的羊粪、猪粪等有机物料作物主要改良剂，配施含氮磷钾等大量元素的化肥，适当采用秸秆、绿肥还田进行重构土体营养改良，补施钙、镁等中微量元素和自主研发的煤基微生物菌剂的有机无机微生物菌剂配合的快速培肥综合技术，提高土壤有机质含量，加速土壤熟化与自我恢复，采用种养结合的土壤可持续发展模式，实现黄土高原沟道土壤质量的快速提升和资源的高效利用。
59.耕作层土壤养分施用量的计算如式(1)所示：
60.y＝(x
×
m-s
×
2.25
×
t)/f
ꢀꢀꢀ
(1)
61.式(1)中，
62.y为养分施用量，kg/hm2；
63.x为作物单位产量的养分吸收量，kg/100kg；
64.m为目标产量，100kg/hm2；
65.s为土壤养分含量测定值，mg/kg；
66.2.25为土壤耕作层养分换算成1hm2土壤养分含量的换算系数；
67.t为校正系数，土壤养分利用率；
68.f为养分当季利用率。
69.耕作层生物营养重构设计要求如表1所示。
70.表1，耕作层生物营养重构设计要求
71.项目指标检测方法有机质/(g/kg)≥5ny/t1121.6—2006全氮/(g/kg)≥0.5ny/t53—1987碱解氮/(mg/kg)≥60ly/t1228—2015
有效磷/(mg/kg)≥2ny/t1121.7—2014速效钾/(mg/kg)≥50ny/t889—2004
72.3.田块布置：田块应以田间道、生产路、田坎和排洪沟等分割各个田块，规划田块近似长方形，对于局部边角地带，根据实际地形而定。田块布设兼顾塬、沟、坡各种地形，大弯就势，小弯取直，以便利于耕作。土地平整单元划分为条田(包括水稻田)和梯田两种类型，条田每块控制面积0.25hm
2-1.00hm2，以便利大型机械耕作；梯田大多修筑在15
°
以下的坡耕地上，每块梯田面积控制在0.15hm
2-3.50hm2，最小不应小于0.03hm2，耕作田块的土层厚度应便于耕作，具有较好的保水、保肥能力，适宜农作物生长，其土层厚度要在30cm以上。梯田耕作田块内土地平整后，田边1m左右，应保留10
°
左右反坡，做到外高内低。水田区耕作田块内部布置格田。格田长度30m～120m，宽度20m～40m；格田之间以田埂为界，埂高30cm，埂顶宽20cm；水田区格田内田面高差小于
±
3cm，其土层厚度要在50cm以上。根据普探结果，在满足土层厚度的前提下，结合以上田块布置原则，进行田块划分，南泥湾镇九龙泉沟典型区域划分成3个田块，具体如图4所示。
73.(3)构建针对黄土丘陵沟壑区沟道的水资源调控系统
74.构建针对黄土丘陵沟壑区沟道的水资源调控系统，设计沟道壤中流无动力调节灌溉技术体系。该技术体系主要包括以下内容：
75.1.拦蓄水库
76.在施工过程中，蓄水库是重要的水源工程，是确保农业生产用水基本保障。根据提高水土资源利用效率的原则，通过在农田边缘靠近山脚处开挖水库，涝时避免集中降雨对农田的破坏，旱时利用水库中的储存水进行灌溉，对农田进行涝排旱灌。具体实施方案如下：
77.1)水库应尽量修建在山沟或河流的狭口处。
78.2)水库设计结合改善水环境等综合利用目的，水库工程的防洪标准按照20年一遇设计，200年一遇校核水库防洪标准。
79.3)水库的正常蓄水位、设计洪水位、核准洪水位、总库容根据当地的气候、水资源条件以及供水、需水平衡情况确定。
80.4)为了减小天然降水和渗流作用对水库的侵蚀，应该在水库周围覆土种植林草，保障水库的稳固安全。
81.拦蓄水库是我国防洪广泛采用的沟道水源工程措施。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。
82.1)滞洪作用
83.滞洪就是使洪水在水库中暂时停留。当水库的溢洪道上无闸门控制，水库蓄水位与溢洪道堰顶高程平齐时，水库只能起到暂时滞留洪水的作用。
84.2)蓄洪作用
85.在溢洪道未设闸门情况下，在水库管理运用阶段，如果能在汛期前用水，将水库水位降到水库限制水位，且水库限制水位低于溢洪道堰顶高程，则限制水位至溢洪道堰顶高程之间的库容，就能起到蓄洪作用。蓄在水库的部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需
要。
86.当溢洪道设有闸门时，水库就能在更大程度上起到蓄洪作用，水库可以通过改变闸门开启度来调节下泄流量的大小。由于有闸门控制，水库防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶，并在泄洪过程中随时调节闸门开启度，控制下泄流量，具有滞洪和蓄洪双重作用。
87.2.截水沟
88.截水沟在土地整治工程中具有十分重要的意义，尤其是在壤中流丰富区，开挖截水沟更是必不可少。壤中流的存在，导致田块中水分太多，形成下湿地，难以施工，使土壤呈现还原性，土壤微生物活性降低，产生次生盐渍化问题，农作物生长环境恶化，影响作物生长。首先，在平行于每级田块下坎处开挖一条截水沟，汇集田块内的壤中流，使得田块土壤中的过多积水迅速排干，方便施工；其次，在丰水期，可加快排干田块内的水分，减轻洪涝灾害，进而导致土壤产生次生盐碱化，并使田块内地下水位下降到适宜作物的生长的位置；最后，干旱期可将截水沟内蓄积的过多水分重新引至田块中进行灌溉，合理调节水资源，有效缓解旱情。
89.针对黄土沟道土地整治过程中，沟槽区农田旱涝不均的特性，提出了一种利用黄土高原沟道区非动力壤中流调节农田灌溉的方法，其目的在于通过在梯平田下坎处建立透水性截水沟，以改变农田地下水位高低，实现对农田耕作层土壤墒情的调节。具体实施方案如下：
90.1)截水沟要建立在沟道区每级梯平田下坎处，开挖方向与梯平田下坎平行，且长度一致。
91.2)截水沟呈倒梯形设立，开口宽150-200cm，底部宽80-100cm，垂直深度为100-150cm，沟渠两侧斜边和底部无需硬化处理，均为土质表面即可。
92.3)截水沟两边顶部利用石块或者水泥硬化，硬化宽度不小于30cm，以便于农田耕作人员行走，同时确保硬化后的路面应高出田块表面10-15cm。
93.4)截水沟至少一端要与沟道排洪沟相连，连接处设有水闸；水闸建立在截水沟两端，通过水闸的开放与关闭实现截水沟的储水与排放。
94.5)截水沟两端的水闸关闭时，水闸上边缘应低于田块表面15-20cm，该方法一方面可防止截水沟过量积水而淹没田块，同时可以在一定程度上防止地下水渗出地表而出流。
95.6)为了减小天然降水和渗流作用对截水沟两边斜坡的侵蚀，在截水沟两边斜坡和底部栽种芦苇等喜湿性植物，这样的生态沟可有效防止沟渠水蚀和过滤吸收水体营养。
96.7)对于整条流域沟道，可在每级梯平田下坎处设置上述截水沟。
97.图5为截水沟设立位置示意图。1为梯平田，2为排洪沟，3为截水沟。图6为截水沟断面示意图。4为硬化的路台，5为截水沟土质边界，6为截水沟积水。
98.截水沟具有以下优点：
99.1)实现了无动力灌溉。不需要外来动力(电力等)供应，仅依靠截水沟对地下水位的调节便可实现对沟道区农田耕作层土壤墒情的调节。
100.2)方法简单，安全可靠。截水沟构造简单，易于施工；同时根据沟道区梯平田梯度分级分别设置截水沟，可将侵蚀淤积风险化整为零，降低安全隐患。
101.3)可有效防止农田土壤盐渍化。截水沟底部低于农田地下水位，且沟渠积水与农田地下水位相连。截水沟的排水作用可有效防止地下水盐分因蒸发而在地表的富集。
102.3.排洪沟：在农田边缘靠近山脚处以及面积较大的田块中间开挖排洪沟，用于拦截山洪和及时排走地面积水，解决项目区排水保土的问题。
103.1)沟道排洪沟设计标准
104.洪峰流量是治沟造地排洪沟设计标准的基本参数。根据研究区域位置，在涉及的河流内选取典型断面，原则是在有较大支流汇入下游处设置断面，圈绘对应汇水面积，并根据相应汇水面积，计算各断面处洪峰流量。采用洪峰流量的经验公式对研究区沟道洪峰量进行计算。实测资料的小流域洪峰流量计算方法有：
①
洪峰流量汇水面积相关法；
②
综合参数法。
105.2)沟道排洪沟建设
106.针对项目区地理地形地貌和气候水文特征，在治沟造地高标准农田建设中，合理利用水资源过程中，提出了建设排洪沟的构想，通过在农田边缘靠近山脚处以及面积较大的田块中间开挖排洪沟，避免强降雨、坡面径流对农田的破坏。具体实施方案如下：
107.①
排洪沟应尽量利用原有环山排洪沟，必要时可作适当整修。原有山洪沟是山洪多年冲刷形成的，其形状、底板都相对稳定，因此应尽量利用原有的天然沟道作排洪沟。当利用原有沟不能满足设计要求，必须加以整修时，应注意不宜大动大改，尽量不要改变原有沟道的水力条件，而要因势利导，畅通下泄。
108.②
排洪沟应尽量利用自然地形坡度。排洪沟的走向，应沿大部分地面水流的垂直方向，因此应充分利用地形坡度，使截流的山洪水能以最短距离快速流入受纳水体。
109.③
排洪沟采用明渠或暗渠应视具体条件确定，一般排洪沟适宜采用明渠。
110.④
排洪沟纵坡的确定。排洪沟的纵坡应根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况等条件确定，一般不小于1％，设计纵坡时，要使沟内水流速度均匀增加，以防止沟内产生淤积。当纵坡很大时，应考虑设置跌水或陡槽，这些不得设在转弯处。一次跌水高度通常为0.2～0.6m，有的多达20～30级，消能效果很好。陡槽也称急流槽，纵坡一般为20％～60％，多采用片石、块石或条石砌筑，也有采用钢筋混凝土浇筑的。陡槽终端应设消力设备。
111.⑤
排洪沟的断面形式。排洪沟断面的宽度大小视降雨径流量的多少而变化。排洪明渠的断面形式常用矩形或梯形断面，如图7所示，最小断面b
×
h＝0.4m
×
0.4m。排洪沟的材料及加固形式应根据沟内最大流速、当地地形及地质条件、当地材料供应情况确定，常用土质、浆砌石排洪渠。
112.排洪沟用于项目区排水，保护作物正常生长和田块安全。上述排洪沟设计的优点在于：
113.①
实现了与灌排水渠、水库(蓄水池)、截水沟工程的一体化设计。不需要外来动力(电力等)供应，仅依靠排洪沟对过量的降水及壤中流进行调控。
114.②
排洪沟设计简单，安全可靠，易于实现。根据原有山洪沟的沟道，做适当修正，设置排洪沟，可以将安全隐患降到最低。
115.③
可有效防止农田土壤积水。排洪沟的排洪作用可有效防止水土流失对田块的影响以及田块中大量积水，保障农田安全。
116.4.灌排两用渠
117.1)灌排渠设计
118.为满足项目区内耕作用水需求，经实地调查与走访，结合当地气候调节与水资源状况，将水源与项目区采用斗渠、农渠或管道的形式链接，在水稻田区设置较为实用的灌排两用渠，保障项目区内各农作物的灌溉与排水。
119.所述灌排两用渠的斗渠实行续灌，其设计流量依照式(2)计算：
120.q＝qs·as
ꢀꢀꢀ
(2)
121.式(2)中，q为干渠设计流量(m3/s)，qs为设计灌水模数，as干渠控制的灌溉面积(hm2)。qs采用0.06m3/s。
122.所述灌排两用渠的农渠设计流量按式(3)计算：
123.q＝aman/86400
·
t
·
η
ꢀꢀꢀ
(3)
124.式(3)中，q表示农渠设计流量(m3/s)，a表示农作物种植面积比例(％)，m表示农作物关键生育期需要的灌水定额(m3/亩)，a表示农渠控制的灌溉面积(亩)，n表示农渠输灌组数，t表示作物灌水延续时间，η表示农渠水利用系数。
125.在该项目区主要农作物为玉米，种植面积比例90％；依照项目区作物灌溉制度，玉米灌水定额40m3/亩；η＝0.90。
126.2)灌排渠建设
127.为满足水稻田灌溉与排水要求，打造南泥湾水稻田特色景观，同时节约渠道用地。结合实地测量、种植经验及项目区施工条件，在项目区域内布设灌排两用渠，来满足灌溉、排水。灌排两用渠垂直农渠布设，渠道底部宽1.2m，进行砂砾回填、抛石基础、抛石灌浆等基础处理；渠道流水断面规格为0.4
×
0.6m，用厚度30cm浆砌块石砌筑；渠道顶面每隔50cm，铺设横跨渠道断面规格为1
×
0.3
×
0.05m的c20预制盖板，便于农用通行及稻田景观美化；渠道每隔50m预留一组灌溉阀门，含2个进水阀门、2个出水阀门、及1个控水阀门，便于灌溉及排水。具体如图8所示，(a)为灌排渠俯视图，(b)为灌排渠道纵断面图，(c)为控水阀门剖面图；1为进水闸，2为出水闸，3为节制闸，4为钢混盖板，5为角钢，6为阀门拉环。
128.根据农田墒情和作物需水条件分为需水期和排水期。当作物处于需水期时，由斗渠或农渠引水至灌排两用渠内，灌溉时采用循环灌溉，关闭灌溉田块上游所有进水阀门、出水阀门及紧邻田块下游的控水阀门，打开灌溉田块紧邻的进水阀门进行灌溉。灌溉结束后，对下一田块的灌溉采用相应模式；当需要农田排水时：关闭所有进水阀门及控水阀门，打开出水阀门，进行稻田排水。
129.灌溉过程中，灌排两用渠采用分段轮灌。关闭第一组配水装置的控水阀门，打开两侧进水口，使水流灌溉渠道两侧水田，待该两块水田灌溉完成后，打开下一组配水装置控水阀门和两侧进水口，同时关闭上一组进水口，进入下一田块的灌溉，依次循环，直至所有田块全部灌溉完成。灌溉过程中出水闸始终关闭。排水过程中，打开所有控水阀门和出水闸，使田块多余积水从出水口排入灌排两用渠后排走。
130.由于灌排两用渠道一般位于农田的中间，当渠道两侧都设置有进水闸和出水闸时，可以对渠道两侧的农田分别进行灌溉。进水闸的下端与农田平齐，出水闸的下端低于农田，便于农田进行排水操作。渠道每间隔10～70m设置一组配水装置，具体根据每块农田之间的距离而定。渠道上每间隔0.3～0.8m铺设有钢筋混凝土盖板，不仅可以满足游客从农田中部观光通行，还起到渠道两边田间生物生命廊道的作用。灌排两用渠道设施具有以下优点：
131.①
将水田灌溉、排水渠道合为一体，与常规单独的灌溉渠道和排水渠道相比，节省工程成本并减小占地面积。
132.②
人工控制阀门开关调节不同田块的灌溉、排水，操作简单，不须开挖临时性排洪沟道。
133.③
灌排两用渠不仅可以满足游客从水田中部行走观光通行，还通过灌排渠上的盖板，连接渠道两边的田间生物通行，起到了田间生物生命廊道的作用。
134.5.沟道壤中流无动力灌溉综合调控技术
135.黄土高原沟道壤中流无动力调节灌溉的综合调控技术是根据壤中流的形成机制，基于治沟造地土体重构，综合沟道拦蓄水库、排洪沟、截水沟、灌排两用渠等灌排措施，实现对沟道地表水、土壤水和地下水资源的无动力调控与利用，构建了“旱可灌，涝可排”的沟道水资源无动力调控灌溉工程，模式提高水资源的利用效率。同时，通过这一综合灌溉体系的构筑和施用，不仅可以实现治沟造地农田墒情的适时调节，同时还可起到保护沟道农田免受洪涝、干旱、泥石流等水土流失灾害的影响。另外，结合田间道路的布设、农田防护林的种植，渠系生命廊道的铺设，在提高沟道耕地质量的同时保护了区域生态环境。图9为黄土丘陵沟壑区沟道水土资源综合整治方法的运行示意图。为排洪沟，为灌排一体渠，为截水沟，
□
钢混盖板。
136.图10为无动力调节灌溉的综合调控运行模式示意图。如图10所示，受沟道山体降水汇流作用影响，天然降水后汇流作用将引起治沟造地土壤含水量增加，农田易受到洪涝灾害影响。利用综合调控系统，拦蓄水库能有效缓冲沟道汇流对农田的冲击，同时起到对水资源的拦蓄和存储。降雨量较大超过蓄水警戒时，可打开排洪沟控水闸门，排出多余水量。同时，农田积水可通过截水沟、灌排两用渠将地表积水快速引入排洪沟，可及时减小过多积水对作物生长的影响。另外，降水后区域地下水位上升，易造成农田盐渍化，通过在截水沟的修建，不仅可及时将田间明水通过截水沟导流排入排洪沟，同时可降低地下水位，防止土壤盐渍化风险。
137.当治沟造地田块干旱时，根据田块梯度，逐级关闭排洪沟控水闸门，打开水库阀门，水库中的蓄水进入排洪沟。随着排洪沟水位上升，受水势差影响，排洪沟积水将进入灌排两用渠，最终进入田块；同时，排洪沟上升的水位还可引入截水沟，通过土内渗流提高地下水位，不仅能起到对作物根系充分灌溉的作用，同时可缓解明水灌溉的快速渗漏，快速缓解旱情，提高水资源利用效率。
138.在黄土高原沟道地区，地表径流和壤中流往往是同时发生的，并且大多由降雨引起。所以在黄土高原沟道地区，壤中流调控体系的实质就是科学的调控降雨在地表及土壤中的运动方式和过程，把径流、蓄流和引流工程进行优化组合。通过无动力壤中流综合调控体系的运行：
139.1)壤中流调控体系应以截分流结合、聚贮流结合、供节水结合，减弱水流的侵蚀力，达到减小水土流失的目的；2)调控体系在一定区域内将分散的水资源过度集中，合理提高水资源利用效率；3)调控体系在一定程度上提高了土壤养分，避免了土壤养分的流失；4)通过对壤中流的调控，可以有效地降低滑坡崩塌等自然灾害的发生几率。
140.本实施例对于不规整及面积过小的不便于机械耕作田块进行适当的归并，做到小区域范围内土方挖填基本平衡，在条田内纵横方向设定10
°
左右的坡降，以防止水土流失和
保证土地平整工程量最小。土层厚度不够或者厚薄不均的地方进行客土或者表土剥离措施，然后进行土地平整，增加有效土层厚度及降低田面坡降，控制好田块的田面高差。南泥湾镇阳湾沟项目区土地整治后，水田耕作层土层厚度均大于30cm，每个田块田面高差控制在
±
3cm以内；旱地有效土层厚度大于50cm，田块田面坡降不高于5％。条田田块长度均大于100m，宽度大于50m；梯田5
°
以下缓坡梯田宽度大于30m，5
°‑
15
°
陡坡区梯田宽度大于10m，15
°‑
25
°
陡坡区梯田宽度大于8m，田块长度根据实际情况划分，以便于机耕和村民生产为标准长度大于50m。
141.结合测土配方施肥，查明了土壤养分丰缺指标，采用“土壤诊断 有机无机肥料 中微量元素 微生物菌剂”的综合快速培肥技术，基施有机质含量高的羊粪、猪粪等有机物料，配施含氮磷钾等大量元素的化肥和钙、镁等中微量元素，适当采用秸秆、绿肥还田和煤基微生物菌剂进行重构土体营养改良，按照作物主要生育期补充所需养分，水稻分蘖期以氮为主，兼具磷钾肥，孕穗期以钾为主，氮、磷为辅，提高土壤的熟化度，因地制宜改善土壤肥力状况。土体营养重构后阳湾沟项目区0～30cm耕作层测试土样ph平均值为8.4，电导率平均值为0.220ds
·
m-1
，有效磷含量平均值为4.35mg
·
kg-1
，全氮含量均值为1.01mg
·
kg-1
，有机质含量平均为8.42g
·
kg-1
，速效钾含量均值为151.54mg
·
kg-1
，质地类型一致均为粉砂壤土。结合当地区域的实际情况，根据《陕西省土地整治工程新增耕地质量标准(试行)》中“陕北黄土高原区新增耕地质量标准”的规定，物理指标的标准范围ph值为8.0
±
0.5，电导率≤2ds
·
m-1
，养分指标的标准范围有效磷含量≥2mg
·
kg-1
，全氮含量≥0.5mg
·
kg-1
，有机质含量≥5g
·
kg-1
，速效钾含量为≥50mg
·
kg-1
。养分指标和物理指标均符合沟道土地的整治要求。基于沟道土体重构，采用截水沟、蓄水池、灌排两用渠、排洪渠等拦、蓄、灌、排技术措施，构建了“旱可灌，涝可排”的沟道水资源无动力调控灌溉工程模式，有效调节了沟道水资源，实现对沟道壤中流的无动力调控与利用，提高了沟道水资源利用效率，沟道农田灌溉保证率达到75％以上，渠系水利用系数由不足0.5提高到0.7，灌溉水利用系数由0.45提高到0.65。土壤表层0-20cm氧化还原电位由-120-40mv提升至150-300mv，还原性亚铁含量由17.9-50.5mg/kg降低至3.8-26.3mg/kg，改善了沟道农田土壤的氧化还原状态，农田土壤水溶性盐含量减小至1g/kg以下，有效降低了土壤盐渍化风险，提高了土壤微生物活性，增加了土壤自我修复功能和缓冲能力。
142.经过土体剖面结构、生物营养重构及水资源综合调控后，阳湾沟土地整治项目区确保了机械化耕作的同时，水浇地面积由11.11hm2提高到12.38hm2，旱地面积由207.88hm2提高到209.09hm2；新增耕地的农作物产量也显著提高，每公顷的粮食产量由原来的9000kg，增加到10500kg，粮食增产率达到16.67％。最终使低生产力或无生产力的沟道农田质量等别提升为11等，较周边耕地质量等级提高了一个等别。沟道土壤侵蚀量由133.78t/(hm2·
a)降到90.46t/(hm2·
a)以下，优化了治沟造地的生态效应，有力保障了沟道生态环境安全，实现了对黄土丘陵沟壑区沟道水土资源的综合整治。
143.如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。