日本的水土保持坡面工程管理与维护(Ⅰ)

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简介： 过去，防止侵蚀和泥沙冲积作为工程的一部分，是在已砍伐或退化地区植树造林。由于溪流工程的效果和稳固性较易评价，近年来工程的主体从山坡防护工程转移到溪流工程。然而，随着人们环境意识的增强，迫切需要找到合适的方法改善生态环境，防止水土流失。暴雨时，针对山坡防护工程的稳固性和典型山坡防护工程中天然林根系生长状况，均按防止坡面侵蚀和冲积的管理标准进行调查。本研究表明，山坡的稳固性和天然斜坡的稳固性相同。因此将山坡防护工程坡面管理分为 3个时期：(1)山坡防护工程实施和植被生长期。(2)天然林的稳定更新和水土流失持续减少期。(3)森林不断持续发展期。
关键字：山坡防护工程；防止侵蚀和冲积的植被；坡面管理；根系；日本

在日本的水土保持工程中，从很久以前为减轻水土流失，在裸地、崩塌地上引种植被，实施了坡面防护工程，近年来砂防坝、洪水水路防护工程等溪流工程成为主体。但是，针对溪流周围环境急剧变化问题的意识增强，选择对极端环境负荷小的防灾对策已成为必然。依据坡面工程及山坡坡面管理，最大限度控制沙土的产生、流失，积极推行了“山麓绿带保养事业”、“绿色砂防区开发事业”的植被引入工程，使山坡及山麓得到合理的管理。作为固沙设施一部分的植被种植位置不同，防灾效果也不同，一方面虽然期待山坡绿化本身防止水土流失的效果，但在砂防基本计划拟定上，处理超计划产沙量时，存在计算效果大小的方法不明确及坡面工程施工后其稳固性不易评价等弊端。因此，效果明了的溪流工程被优先采用。另外，现在砂防事业的实施是以砂防法第13条为基础，大部分由国家负担实施。必须区分砂防指定地区内所管理的内容，实施坡面工程或山坡坡面管理的地区，植被的选择很难判断，并且很难确定工作阶段和内容。因此本研究对以往水土保持坡面工程施工地进行实地调查，整理其结果，把砂防事业的目标转移到“接近天然植被形成的坡面”观点上，说明山坡坡面的维护、管理的基本方法。
1、研究方法

　　首先为明确目标，以治山、造林各部门以往研究为基础，整理了山坡坡面维护、管理时期的划分及管理项目。在砂防事业上，山坡坡面因暴雨受到侵蚀发生崩塌，最重要的问题是向下游输送泥沙造成危害的程度。关于坡面上植被防止表面侵蚀的功能已有许多报道，坡面工程施工地针对发生暴雨时稳定程度，因当地的地形、地质及降雨范围等条件不同绝对地评价也很困难。但与周边自然坡面崩塌情况及确切的降雨量对比，可以评价其稳定程度。抽取全国以往砂防坡面工程遭受灾害事例，分析降雨数据(见本文第4节，见本刊下期)。整理了施工多年以后坡面工程施工地的植被演变情况(见第5节)。根据其结果，探讨了砂防事业的山坡坡面维护、管理目标的设定方法和注意事项(见第6节)。

2、坡面管理期的划分

　　防止水土流失的坡面维护、管理方法，大致可分为3个阶段：

　　①迅速抑制荒废坡面大量的水土流失期，

　　②保持抑制水土流失状况期，

　　③不进行人为管理，水土流失区与天然坡面相同的时期。参考了村中的治山绿化施工地的维护管理观点，将坡面管理区划分如下：第Ⅰ期，土木工程迅速抑制表层土流失期。此期表层土移动有地表径流侵蚀和崩塌两种，坡面工程施工地表面侵蚀的抑制效果由铃木在田上山的观测表明，施工地本身的功能使水土流失以10-2减少，另外由村中的降雨试验表明草本植被有迅速防止侵蚀的作用，使表面侵蚀在比较早的阶段就被抑制，现在的坡面工程施工地除特殊气候条件外，初期阶段的绿化已大体完成。第Ⅱ期，完成第Ⅰ期后，维持抑制水土流失的效果，对其进行同天然坡面相近的管理，确认坡面的植被群落即使不人为管理也不退化的时期。这个时期之后，针对表面侵蚀，增加植被覆盖，确认具有控制表层崩塌根系发达的树种。第Ⅲ期，第Ⅱ期管理的砂防植被基本不需要人为维护以后，环境和天然植被同化时期。

3、坡面工程稳定性分析

3.1调查方法

　　收集全国以往坡面工程施工后遭受灾害的事例。主要调查项目有：工种(基础工程、绿化工程)、地质、施工后主要受灾崩塌区当时的降雨量(Ｒ)，该地区大于1 %频率的日雨量，受灾情况等。在收集的事例中降雨数据能整理的有27例，依据这些事例对基础工程分类，有混凝土挡土墙或砌砖工程、栅栏工程、框格护坡工程、铺筑石笼工程和其它等5种。研究了在这些受灾周边地区崩塌和Ｒ的关系。

3.2调查结果

　　根据每小时最大雨量Ｒ′ｍａｘ和日雨量比ηＲ(最大日雨量Ｒ′ｍａｘ与大于1%频率的日雨量之比)，将受灾情况分为 4种模型：1)坡面工程和周边坡面都遭到破坏。2)只有坡面工程遭到破坏。3)坡面工程没有受到破坏，但周边坡面发生崩塌。4)坡面工程和周边坡面都没受破坏。调查结果如下：

　　①两方都受到破坏时，ηＲ为14，Ｒｍａｘ超过300ｍｍ时，在全区内发生了多处坡面工程崩塌、大规模泥石流灾害。

　　②只有坡面工程遭受灾害时，均因表面排水造成的，如挡土墙工程受灾，纵排水工程因地表水过多集中溢出，其周围的筑坝被冲蚀，含有纵向径流的坡面崩塌。另如，虽然在原本有集水倾向的坡面上实施铁栅栏工程，但地表水集中在斜面某一处，从小的冲沟发展到小规模集合流动的泥石流，使栅栏工程受到破坏。另外，该地区施工1～3ａ内，因植被恢复困难，不能抑制地表径流。

　　③周边坡面发生崩塌，多在ηＲ>06，Ｒ′ｍａｘ=60ｍｍ/ｈ时发生，和一般发生土砂灾害始时雨量符合。在砂防事业上，修建坡面工程的坡面倾角为30°～50°，施工面积大部分在5ｈｍ2以下，能在短时间内聚集地表水。因此在确定排水工程规模时，针对降雨强度增加而库容仍有富余的断面，加强在植被郁闭之前排水设施及其周边管理等，对保证坡面工程基础稳定十分重要。由此可见，ηＲ=06，或Ｒ′ｍａｘ>60ｍｍ/ｈ时山坡坡面多发生崩塌。在坡面工程方面，因人为实施工程，使其坡面稳定，和周边环境相比，只有地表水处理不当时，才会对坡面工程施工后坡面的稳定性造成不利。另外，当ηＲ=18，Ｒ′ｍａｘ=84ｍｍ/ｈ时，坡面工程也有不发生破坏的实例，但这种工程主要是混凝土或浆砌石体，及其由混凝土或浆砌石砌筑的排水工程。