北方土石山區(qū)小流域水土保持措施設(shè)計(jì)

劉 芳

（唐山水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北唐山063000）

北方土石山區(qū)小流域水土保持措施設(shè)計(jì)

劉 芳

（唐山水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北唐山063000）

本文以河北淶源縣燒車小流域?yàn)槔?，介紹了北方山區(qū)小流域水土保持設(shè)計(jì)內(nèi)容，為探討我國(guó)北方土石山區(qū)生態(tài)清潔型小流域綜合治理模式提供技術(shù)支撐。

山區(qū)；小流域；水土保持；設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目背景

燒車小流域位于河北省淶源縣，現(xiàn)有水土流失面積4.87km2，占總面積的95.87%，侵蝕形式以水蝕為主，年平均土壤侵蝕模數(shù)為1800t/km2·a，通過水土保持工程建設(shè)，可有效控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境［1］、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和諧。

為確保流域綜合治理工程質(zhì)量，以《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，具體設(shè)計(jì)治理措施。

2 工程措施

2.1梯田

2.1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）在流域內(nèi)坡面坡度為3～10°，土層深厚、土質(zhì)較好的坡耕地上修坡式梯田。

（2）梯田地塊沿等高線布設(shè)，在地形比較復(fù)雜、坡面有繞溝處，采取“大變就勢(shì)，小彎取直”，避免彎曲度太大［2］，不便耕作。

2.1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

按10年一遇6h最大暴雨標(biāo)準(zhǔn)59.12m m設(shè)計(jì)，據(jù)流域內(nèi)坡面坡度確定田面寬度（表1）。

表1 坡式梯田標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.1.3 規(guī)格要求

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，考慮到施工中田面縱向誤差、蓄水土埂沉降、上游徑流迭加、超標(biāo)準(zhǔn)洪水等自然和人為因素的不利影響［3］，坡式梯田蓄水埂高（水深）確定為0.40m，頂寬0.3m，埂內(nèi)坡1∶1，外坡與田坎側(cè)坡一致。

2.2作業(yè)路

項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃在主要治理示范區(qū)因地制宜新修和整修一部分施工作業(yè)路，作業(yè)路為砂石路面。作業(yè)路寬4m，長(zhǎng)630m，路內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝［4］，溝深、寬各0.50m，作業(yè)路用挖掘機(jī)開挖、筑埂、夯實(shí)、碾壓一次完成，人工輔助完成路邊排水溝。

2.3干砌石谷坊

2.3.1 設(shè)計(jì)原則

土谷坊工程主要修建在溝底比降較大（5%～10%），溝底下切劇烈發(fā)展的溝段，在制止溝蝕的同時(shí)，應(yīng)利用溝中水土資源栽植水保林［5］，做到工程與植物措施相互結(jié)合。

2.3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

谷坊工程防御標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇6h最大暴雨59.12m m設(shè)計(jì)，根據(jù)溝道比降，從上而下擬定谷坊位置，下座谷坊的頂部大致與上一座谷坊基部等高，壩址設(shè)置應(yīng)按口小肚大的原則，力求工程量小，庫容大。

2.3.3 工程設(shè)計(jì)

谷坊斷面形式和尺寸按照《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范—溝壑治理技術(shù)》（G B/T16453.3-2008）谷坊設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)匦藿ㄋ９こ虒?shí)際經(jīng)驗(yàn)和溝道的侵蝕情況進(jìn)行確定。

（1）谷坊間距的確定∶

谷坊間距L按下列公式計(jì)算∶

式中∶L—谷坊間距，m；

H—谷坊底到溢水口底高度，m；

i—原溝床比降，%；

j—谷坊淤滿后的比降，%。

（2）谷坊高度的確定∶

干砌石谷坊高度采用下列公式進(jìn)行計(jì)算∶

式中∶h—谷坊的有效高度，m；

H2—溝頭處高程，m；

H1—溝口處高程，m；

M—谷坊道數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，谷坊高度確定為2.5m，共3座。

（3）谷坊斷面尺寸∶

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)溝道實(shí)際情況，設(shè)計(jì)石谷坊斷面形式為梯形斷面，谷坊頂寬1.2m，壩底寬3.7m，高2.5m，迎水坡比1∶0.2，背水坡比1∶0.8。

溢洪口設(shè)在壩頂，采用矩形寬頂堰公式計(jì)算。

式中∶Q—設(shè)計(jì)流量，m3/s；

I—10年一遇1h最大降雨強(qiáng)度，m m/h；

F—谷坊以上集水面積，按25hm2計(jì)算；

K—徑流系數(shù)，為0.60。

通過計(jì)算，溢流口設(shè)計(jì)流量為0.16m3/s。

溢流口斷面尺寸∶通過計(jì)算，溢流口斷面寬1.0m，高0.5m時(shí)，可滿足過流要求。溢流口斷面采用磚砌，混凝土抹面。在施工時(shí)，上下兩道谷坊的溢洪口要交替布置。

谷坊斷面尺寸如表2所示。

表2 谷坊斷面要素表

2.3.4 谷坊施工方法

（1）定線清基。按規(guī)劃的谷坊群壩址順序及各谷坊的設(shè)計(jì)平面和斷面圖實(shí)地定線校線，把壩基壩肩虛土、草皮、樹根與含腐植質(zhì)較多的雜土清理干凈。清基深度應(yīng)達(dá)0.3m以上，清至堅(jiān)實(shí)的土基或較完整的巖基。同時(shí)，沿軸線開挖結(jié)合槽，寬深各0.5～1.0m。

（2）巖基溝床清基。應(yīng)清除表面的強(qiáng)風(fēng)化層。基巖面應(yīng)鑿成向上游傾斜的鋸齒狀，兩岸溝壁鑿成豎向結(jié)合槽。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，從下向上分層筑壩，逐層向內(nèi)收坡，壩身要用粗料石干砌，大塊石鋪底，塊石首尾相接，錯(cuò)縫砌筑，大石壓頂。要求料石厚度不小于30c m，接縫寬度不大于2.5c m，同時(shí)做到“平、穩(wěn)、緊、密”。

3 植物措施

3.1魚鱗坑整地設(shè)計(jì)

按《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范坡耕地治理技術(shù)》（G B/T 16453.2-2008）中的治理標(biāo)準(zhǔn)，魚鱗坑采用10年一遇6h最大降雨量進(jìn)行設(shè)計(jì)。流域內(nèi)10年一遇6h最大降雨量為59m m，徑流系數(shù)為0.30。

3.1.1 產(chǎn)流量

坡面10年一遇6h產(chǎn)流量計(jì)算公式為∶

式中∶W—單位面積產(chǎn)流量，m3/hm2；

P—10年一遇6h的最大降雨量，m m，其值為59m m；

α—徑流系數(shù)；

F—單位產(chǎn)流面積，m2/hm2。坡面10年一遇6h的產(chǎn)流量為∶0.001×59× 0.30×10000＝177（m3/hm2）

3.1.2 魚鱗坑斷面和密度的確定

（1）大魚鱗坑

①大魚鱗坑斷面采用半月形［6］，根據(jù)樹種確定魚鱗坑的尺寸為∶長(zhǎng)徑1m、短徑0.6m，坑深0.6m，每坑的有效容積為∶

每公頃需要修建的魚鱗坑數(shù)∶

177/0.256＝691個(gè)

為了施工方便，擬定坑間距離為3.0m，坑間行距4.0m，每個(gè)坑占地面積12.0m2（包括坑間空隙），每公頃修建的魚鱗坑數(shù)為833穴。

（2）小魚鱗坑

小魚鱗坑斷面采用半月形，根據(jù)樹種確定魚鱗坑的尺寸為∶長(zhǎng)徑0.8m、短徑0.6m，坑深0.5m，每坑的有效容積為∶

每公頃需要修建的魚鱗坑數(shù)∶

177/0.163＝1085個(gè)

為了施工方便，擬定坑間距離為3.0m，坑間行距3.0m，每個(gè)坑占地面積9.0m2（包括坑間空隙），每公頃修建的魚鱗坑數(shù)為1111穴。

3.2造林

（1）造林樹種∶油松、側(cè)柏。

（2）造林時(shí)間；春、夏、秋

（3）造林苗木要求∶油松、側(cè)柏要求苗木發(fā)育良好、根系完整、基莖粗壯、頂芽飽滿，無病蟲害，無機(jī)械損傷，苗木規(guī)格見表3。

（4）造林設(shè)計(jì)∶包括樹種的苗齡、造林密度等見表3。

表3 造林設(shè)計(jì)及整地規(guī)格表

3.3幼林撫育

造林后3年內(nèi)，每年進(jìn)行松土除草及修土埂1～2次，第一次在5～6月份，第二次在7～8月份，禁止一切不利于幼林生長(zhǎng)和破壞整地工程的活動(dòng)。對(duì)直播造林，結(jié)合松土要分次間苗，至第二年秋冬定株。每年冬季對(duì)幼林成活率進(jìn)行抽樣調(diào)查，對(duì)成活率低于70%的幼林要及時(shí)補(bǔ)植。

4 封禁治理典型設(shè)計(jì)

對(duì)流域內(nèi)坡度25°以上、立地條件極差、有殘存的林草植被但造林相對(duì)較困難的地帶，由于區(qū)域的水熱條件能滿足植被自然恢復(fù)的需要，采取封禁治理措施［7］，實(shí)行封育保護(hù)，封育區(qū)5年后林草覆蓋率達(dá)到70%以上。

（1）補(bǔ)植

在殘林、疏林中進(jìn)行補(bǔ)植，補(bǔ)植樹種為油松，時(shí)間為雨季，補(bǔ)植苗木。補(bǔ)植面積53.2 hm2，株行距4m×3m。

（2）播種檸條

補(bǔ)種檸條30hm2，用籽量30kg/hm2。

（3）病蟲害防治

在封育區(qū)實(shí)行人工管護(hù)，在封育區(qū)項(xiàng)目村挑選責(zé)任心強(qiáng)的村民作為管護(hù)員，主要負(fù)責(zé)防止濫砍濫伐、私采亂挖等人為破壞植被活動(dòng)。

（4）設(shè)置標(biāo)志

在封禁區(qū)的周邊明顯處，如主要山口、溝口、河流交叉點(diǎn)、主要交通路口等處建立永久性標(biāo)志，修建標(biāo)志碑2塊，采用砂漿砌磚結(jié)構(gòu)，在醒目地方刷寫標(biāo)語，禁止取土、放牧、打柴及修造建筑物；禁止破壞天然植被及封禁設(shè)施。

5 結(jié)論

水土流失是影響北方土石山區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要因素之一［8］，進(jìn)行以小流域?yàn)閱卧乃帘３志C合治理工程，可以從源頭上減少水土流失。本項(xiàng)目實(shí)施后，通過采取荒山荒坡造林，修梯田，補(bǔ)植疏林地，封禁等治理措施，綜合治理措施保存率達(dá)到80%以上，攔沙率80%以上，各項(xiàng)措施合理配置，工程措施與林草措施相結(jié)合，達(dá)到防治水土流失，改善生態(tài)環(huán)境的目的。

［1］張利.應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)小流域治理生態(tài)環(huán)境［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù).2010（01）∶27-28.

［2］李仁輝，潘秀清，金家雙.國(guó)內(nèi)外小流域治理研究現(xiàn)狀［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù).2010（06）∶32-34.

［3］李倉.冀北土石山區(qū)小流域綜合治理工程建設(shè)模式探究［J］.河北水利.2011（08）∶28.

［4］賈鵬生，鄧麗，郭興坡.南陽市丹江口庫區(qū)及上游水上保持生態(tài)建設(shè)剖析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2006（01）∶60-62.

［5］段威.新民市梁山小流域綜合治理分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（01）∶7-8＋15.

［6］康玲玲，王云璋，王霞.小流域水土保持綜合治理效益指標(biāo)體系及其應(yīng)用［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2002（02）∶274-278.

［7］張新玉，楊元輝.我國(guó)水土保持小流域綜合治理模式研究［J］.中國(guó)水利，2011（12）∶58-61.

［8］秦一博，等.大伙房水庫小流域水土保持綜合治理措施的探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（03）∶101-102.

S157.2

：B

：1672-2469（2016）05-0029-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.012

2015-09-21

劉 芳（1973年—），女，高級(jí)工程師。