本實用新型屬于砒砂巖區的水土治理技術領域，具體涉及一種砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統。
背景技術：
黃河下游河道淤積的大量泥沙大部分都來自于黃河粗泥沙集中來源區的1.88萬平方公里，主要覆蓋于內蒙古鄂爾多斯高原的砒砂巖地區，該地區是一種特殊的地貌結構，紅白相間，主要分布在以晉陜蒙接壤區為中心的區域。由于地表裸露，加上水蝕、風蝕及重力侵蝕相互作用，造成了當地極為嚴重的水土流失，成為黃河中游粗砂的主要來源。砒砂巖無水時堅硬如同巖石，遇水則極短時間內松軟成泥，同時風蝕嚴重。由于該地區地形破碎，氣候干燥，年降雨量小于400mm，植被稀少，地表土壤保水性差，生態系統極為脆弱。再加上當地暴雨集中，砒砂巖不耐水蝕，往往在雨季造成砒砂巖水土的大面積嚴重流失。
目前，砒砂巖區的水土治理措施主要是退耕還林、自然修復和人工種植林地。多集中在梁卯坡上，針對溝坡、溝道內的治理方法較少，且缺少系統的整個不同空間上的配置技術。然而，砒砂巖整個梁卯頂—溝坡—溝道系統中，地表徑流、溯源侵蝕、泥沙輸移造成的侵蝕密不可分。目前，溝坡上裸露嚴重，受風蝕、水蝕、重力侵蝕等，往往存在大面積的砒砂巖坍塌現象，尚無很好的經濟合理的治理辦法；而溝道內為雨水匯集處，水流往往攜帶大量泥沙流走，而無法形成有效攔截，造成水土流失。較小匯流面積的溝道內沒有工程措施，把口地方的布設的大型淤地壩由于當地的砒砂巖的特性無法長久使用。
申請號“201510767480.9”的中國發明專利申請，公開了“一種適用于砒砂巖小流域的抗蝕促生二元立體配置模式”，采用了種植植被、噴施W-OH系列高分子固化材料、鋪設柔性網格以及設置滾水壩等多種技術手段對砒砂巖小流域進行綜合治理，取得了一定的進展，但是其仍存在不夠系統、治理效果仍然不佳、搭建的生態脆弱易崩潰等缺陷。
專利號“201410011052.9”的中國發明專利，公開了“一種砒砂巖坡面治理方法”，采用針對不同坡度的坡面進行分別處理的方法，在坡面的治理方面取得了一定的進步，但是其仍未解決砒砂巖支溝流域的整體水土流失問題。
綜上所述，一種能夠有效、穩定、系統、全方位的治理砒砂巖支溝流域水土問題的新技術亟待開發。
技術實現要素：
為了解決現有技術存在的上述問題，本實用新型提供了一種砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統。本實用新型的綜合治理系統中采用植被生物以及抗蝕促生材料相結合，再加上空間工程技術，最終形成一個系統的砒砂巖支溝流域水土流失問題解決方案，達到穩定、高效、全方位的綜合治理效果。
本實用新型所采用的技術方案為：
本實用新型首先提供了一種砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統，包括六項空間工程和空間植被系統：
第一項工程：在砒砂巖支溝流域的溝坡頂部設置截留儲水渠，在截留儲水渠的靠近溝坡的一側設置截留梗；
第二項工程：在砒砂巖支溝流域的溝坡處重力侵蝕嚴重地區設置擋渣墻；
第三項工程：在砒砂巖支溝流域的毛細溝的出口處設置谷坊；
第四項工程：澆灌系統，用于對空間植被系統進行澆灌灌溉；
第五項工程：在砒砂巖支溝流域的支溝出口處設置徑流泥沙觀測站；
第六項工程：在砒砂巖支溝流域的主溝上設置淤地壩，所述淤地壩位于支溝出口處上游的主溝位置；
所述空間植被系統包括：在砒砂巖支溝流域的溝坡坡頂交叉混種的油松和山杏、在砒砂巖支溝流域的坡度35-70度的溝坡處種植的沙棘檸條和野牛草、在砒砂巖支溝流域的坡度小于35度的溝坡處種植的冰草、在砒砂巖支溝流域的溝底處種植的菌草以及在截留梗上種植的檸條。
作為優選方案，所述空間植被系統還包括在砒砂巖支溝流域的溝底處種植的由沙柳、沙棘和草木犀組成的植物柔性壩。
作為優選方案，所述第一項工程中：所述截留儲水渠和截留梗設置于距離溝坡頂部溝緣線0.5米處的位置。進一步的，所述第一項工程中：所述截留儲水渠的寬度為0.5-1m，深度為0.5-1m。進一步的，所述第一項工程中：所述截留儲水渠內每隔5m設置一個擋水土埂，所述擋水土埂的上端距離所述截留儲水渠上邊緣的垂直距離為10cm；所述截留儲水渠內每隔50m設置一個水窖，所述水窖的容量為5-10m3。
作為優選方案，所述第四項工程中，所述澆灌系統的水源來自于所述水窖和所述谷坊。進一步的，所述第四項工程中：所述澆灌系統還包括自動控制系統，所述自動控制系統檢測土壤水分達到最低臨界值時即控制所述澆灌系統對所述空間植被系統進行灌溉。
作為優選方案，所述第五項工程中：所述徑流泥沙觀測站內設置有測量徑流流速的便攜式流速儀、測量徑流中泥沙含量的Run-off土壤水蝕測量系統和/或測量徑流水深的暴雨排水監測系統。
作為優選方案，在砒砂巖支溝流域的坡度大于70度的溝坡處噴施設置有抗蝕促生W-OH材料層；所述擋渣墻、所述谷坊和所述淤地壩均由抗蝕促生W-OH材料制成。
作為優選，所述空間植被系統中在砒砂巖支溝流域的溝坡坡頂按照株行距3m交叉混種油松和山杏。
基于以上方案論述，本實用新型的有益效果為：
首先，本實用新型通過六項空間工程和搭建的空間植被系統，構成一個完整而系統的砒砂巖支溝流域水土流失解決方案，能夠穩定快速高效的對砒砂巖支溝流域的水土問題進行綜合治理。
其次，本實用新型中設置的截留儲水渠可以截斷小流域坡頂較平緩部分的水沙匯流，繼而大幅削弱對溝坡的強烈沖刷形成的極強烈的重力侵蝕效應。
第三，本實用新型中可以將截留儲水渠內的砒砂巖挖出堆疊形成截留梗，進而一步兩用，實現了截留儲水渠和截留梗的同步搭建，省時省力。
第四，本實用新型中增設的擋水土埂和水窖相互配合，在有降雨的情況下，降雨匯流至截留儲水渠內。當降雨不大時截留儲水渠即可將坡面匯流全部通過擋水土埂就地攔蓄，同時還可以對截流梗上的植被進行澆灌；當降雨量較大，截流儲水渠已經蓄滿時，匯流則可以漫過截留儲水渠中的擋水土埂，繼續匯流至水窖，水窖可以全部收集匯流，從而可以大大降低由于坡面匯流對溝坡的重力侵蝕影響。
第五，本實用新型中擋渣墻的高度和長度可按照重力侵蝕最大可能量來計算，本實用新型中的擋渣墻可由改性材料抗蝕促生W-OH材料制成，與以往的建筑相比有很大的不同，該改性材料擋渣墻可以做成條帶狀或者橋頭堡狀或任意形狀，與當地景觀融為一體，增強美觀性。
第六，本實用新型中擋渣墻、谷坊和淤地壩均由改性材料抗蝕促生W-OH材料制成，無論是力學強度性能、耐水系數還是耐腐蝕性能均得到大大提高，可以滿足各種建設標準要求，擁有更長的使用壽命周期，尤其是能夠滿足修建淤地壩對材料的要求。
第七，本實用新型中在砒砂巖支溝流域的坡度大于70度的溝坡處噴施抗蝕促生W-OH材料形成抗蝕促生W-OH材料層，進而可以防止陡峭坡面的砒砂巖剝落形成的嚴重重力侵蝕，同時也可以保持土壤水分促進植被生長。
第八，本實用新型中通過在砒砂巖支溝流域布設這種由空間工程、空間植被系統、改性材料共同形成的不同空間全方位的綜合治理后，砒砂巖區支溝流域在兩三年的時間內便可看到初步綜合治理成效，即可為下游減沙提供強力支撐。
附圖說明
圖1是本實用新型中的砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理的結構示意圖。
圖中：1為主溝；2為淤地壩；3為徑流泥沙觀測站；4為植物柔性壩；5為毛細溝；6為谷坊；7為擋渣墻；8為氣象站；9為抗蝕對比小區；10為支溝；11為水窖；12為坡頂油松山杏植被。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細闡述。
如無特別說明，本實用新型中出現的術語皆遵照行業通常理解；本實用新型中，所選用儀器設備以及試劑原料皆為普通市售產品；本實用新型中所述的改性材料“抗蝕促生W-OH材料”通過與合作單位東南大學普通購買交易所得，該改性材料在東南大學作為申請人提交的申請號“201410011052.9”的中國發明專利申請中也有述及，并且通過普通市售交易可以購買得到。
實施例：
本實施例以一個處于內蒙古鄂爾多斯的砒砂巖小流域為研究對象。該小流域的治理包括幾個步驟。首先第一年充分調研該小流域的基本情況，對小流域的地形地貌、溝道走向、流域面積、植被生長情況、陰坡陽坡、溝道比降等基本特征進行調查并記錄在冊，并建設兩個典型全坡面小區為第二年的建設提供基本資料。小區一般建設為并排的兩個小區，用經濟可行的鋼板進行圍擋。小區的寬度一般各為5米寬，小區的坡度和長度按照典型坡面的實際長度實施，在坡頂處再往外延伸5米左右。在兩個小區的底部設置有兩個徑流收集桶，可以收集天然降雨時的整個小區的徑流泥沙樣品的重量和體積以及平時只發生重力侵蝕時的泥沙重量和體積。該兩個小區一個為原始小區，另一個為治理對比小區。因為原始的砒砂巖坡面重力侵蝕非常嚴重，為了解決觀測如此大量的重力侵蝕情況，本實用新型的原始未治理對照小區較之通常的徑流小區更加精確之處在于該侵蝕小區的底部鐵皮擋板會隨著滑落的砒砂巖堆積體的增加而隨時加高，使得滑塌下來的砒砂巖顆粒不會溢出原始小區鐵皮框架外，進而為精確觀測重力侵蝕量以及形成強烈的可視化對比提供條件。其次，在小區旁邊安裝土壤水分觀測采集遠程傳輸系統和便攜式自動氣象站觀測系統收集基礎數據。第三，在該支溝小流域出口處建設一座把口站，觀測降雨產流時該小流域的徑流泥沙數據。有了以上第一年的基礎數據和調研資料后，第二年可以開始大規模的小流域綜合治理。
在第一年的初步基礎資料研究掌握之后，本實施例采用了砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統開始對該小流域進行綜合治理，結合圖1所示，本實施例所述砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統包括六項空間工程和空間植被系統：第一項工程：在砒砂巖支溝流域的溝坡頂部設置截留儲水渠，在截留儲水渠的靠近溝坡的一側設置截留梗；第二項工程：在砒砂巖支溝流域的溝坡處重力侵蝕嚴重地區設置擋渣墻；第三項工程：在砒砂巖支溝流域的毛細溝的出口處設置谷坊；第四項工程：澆灌系統，用于對空間植被系統進行澆灌灌溉；第五項工程：在砒砂巖支溝流域的支溝出口處設置徑流泥沙觀測站；第六項工程：在砒砂巖支溝流域的主溝上設置淤地壩，所述淤地壩位于支溝出口處上游的主溝位置；所述空間植被系統包括：在砒砂巖支溝流域的溝坡坡頂交叉混種的油松和山杏、在砒砂巖支溝流域的坡度35-70度的溝坡處種植的沙棘檸條和野牛草、在砒砂巖支溝流域的坡度小于35度的溝坡處種植的冰草、在砒砂巖支溝流域的溝底處種植的菌草以及在截留梗上種植的檸條。所述空間植被系統還包括在砒砂巖支溝流域的溝底處種植的由沙柳、沙棘和草木犀組成的植物柔性壩。
所述第一項工程中：所述截留儲水渠和截留梗設置于距離溝坡頂部溝緣線0.5米處的位置。所述截留儲水渠的寬度為0.5-1m，深度為0.5-1m。所述截留儲水渠內每隔5m設置一個擋水土埂，所述擋水土埂的上端距離所述截留儲水渠上邊緣的垂直距離為10cm；所述截留儲水渠內每隔50m設置一個水窖，所述水窖的容量為5-10m3。所述第四項工程中，所述澆灌系統的水源來自于所述水窖和所述谷坊。所述澆灌系統還包括自動控制系統，所述自動控制系統檢測土壤水分達到最低臨界值時即控制所述澆灌系統對所述空間植被系統進行灌溉。
所述第五項工程中：所述徑流泥沙觀測站內設置有測量徑流流速的便攜式流速儀、測量徑流中泥沙含量的Run-off土壤水蝕測量系統和/或測量徑流水深的暴雨排水監測系統。在砒砂巖支溝流域的坡度大于70度的溝坡處噴施設置有抗蝕促生W-OH材料層；所述擋渣墻、所述谷坊和所述淤地壩均由抗蝕促生W-OH材料制成。本實施例中的Run-off土壤水蝕測量系統采購自點將集團。
在采用本實施例所述的砒砂巖支溝流域生物-材料二元耦合綜合治理系統開始對該小流域進行綜合治理的過程中，同時控制所述空間植被系統中在砒砂巖支溝流域的溝坡坡頂按照株行距3m交叉混種油松和山杏。
本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其細節上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍之內。