塬面保護(hù)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

趙永軍， 陳建錄， 李長(zhǎng)保

(1.水利部 水土保持監(jiān)測(cè)中心，北京 100055； 2.陜西省水利廳 農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)辦公室，陜西 西安710004；3.陜西省水土保持局，陜西 西安 710004)

黃土高塬溝壑區(qū)塬面平緩，為主要的糧食生產(chǎn)區(qū)和居住區(qū)，但長(zhǎng)期的水土流失導(dǎo)致塬面縮小，更嚴(yán)重的是溝道不斷延伸切割塬面，使完整的塬面變得支離破碎，優(yōu)良的土地資源逐步喪失，因此塬面治理和保護(hù)十分必要和迫切。

1 設(shè)計(jì)原則

為了提高投資效益，塬面保護(hù)工程應(yīng)根據(jù)塬面不同區(qū)域和侵蝕特點(diǎn)，采取不同的防護(hù)策略：在塬面排水集中區(qū)可考慮布設(shè)澇池和適當(dāng)?shù)呐潘こ炭刂茰项^侵蝕；在塬邊線修建蓄水型溝邊埂，結(jié)合蓄水池、水窖等對(duì)小流量散排雨水進(jìn)行控制，減少塬邊侵蝕；對(duì)塬邊線周邊的坡耕地實(shí)施坡改梯，建設(shè)經(jīng)濟(jì)林和水保林，控制塬坡侵蝕。黃土高原塬面侵蝕最為嚴(yán)重的是雨水集中排放后造成的沖刷，常致溝頭延伸，溝谷深切，溝岸擴(kuò)張，塬面變小。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，村鎮(zhèn)住戶(hù)相對(duì)集中，村內(nèi)硬化面積加大，造成降雨匯流快、排放更加集中，塬面侵蝕更加強(qiáng)烈，由于塬面上的村莊比較多，面積也比較大，因此村莊排水造成的沖刷是治理的重點(diǎn)。

塬面保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

(1)因地制宜。工程措施和植物措施相結(jié)合，以侵蝕溝頭為重點(diǎn)，對(duì)集中排水、沖刷嚴(yán)重的區(qū)域采取工程措施，切斷溝頭延伸，控制塬面切割；以塬邊線為邊界，對(duì)分散排水、侵蝕較輕的區(qū)域，采取植物措施，減少塬邊沖刷，恢復(fù)塬邊坡生態(tài)。

(2)先蓄后排。按照海綿城市建設(shè)理念，提高水資源利用率。雨水應(yīng)優(yōu)先考慮蓄集和利用，不能蓄集利用的再考慮排放。優(yōu)先考慮修建澇池、蓄水池等，將雨水蓄集起來(lái)用于灌溉、養(yǎng)畜、生態(tài)建設(shè)等，亦可考慮修建入滲溝、入滲井等增加地下水補(bǔ)給，還可考慮排往果園、農(nóng)田用于提高土壤墑情，增加抗旱能力。

(3)大蓄小排。黃土高原土壤抗沖刷能力弱，稍大的流量就可造成嚴(yán)重的沖刷，受地形條件限制，將水流從塬面送至河道困難重重，目前采取的工程措施均不能把雨水徑流送入大河道，多在小溝道內(nèi)，為了減少溝道沖刷，排放流量應(yīng)有適當(dāng)?shù)目刂疲髁吭叫≡胶?，流速越低越好，?yīng)將大流量雨水徑流經(jīng)澇池、蓄水池等蓄集后再小流量排出。

(4)經(jīng)濟(jì)合理。塬面保護(hù)區(qū)域范圍較大，需用投資量也大，如何利用有限的投資取得最佳的治理效果，使更多的群眾受益是規(guī)劃設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的。塬面保護(hù)設(shè)計(jì)要確定合適的標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)的方案，是采用“大澇池全蓄”“中澇池調(diào)蓄+排放”還是“全排放”，要進(jìn)行方案優(yōu)選，采用“明渠”“豎井”“涵管”等排放措施時(shí)也要進(jìn)行優(yōu)選，澇池防護(hù)措施要進(jìn)行優(yōu)化，需防滲的防滲，不需防滲的以保穩(wěn)定為主，澇池建設(shè)應(yīng)盡量自然、生態(tài)。

(5)創(chuàng)新技術(shù)。塬面保護(hù)工程設(shè)計(jì)中要注重新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，在防滲施工中可考慮防滲膜，排水管可考慮塑料管、雙壁波紋管等；豎井可考慮沉管、沉井等；平洞可采用頂管等，方便施工、工期短、安全省工；管道排水在坡度、長(zhǎng)度合適區(qū)域可推廣采用“傾斜定向鉆+PE管”，節(jié)省投資。

2 措施布設(shè)與設(shè)計(jì)

塬面保護(hù)工程分為塬面排水工程和塬坡治理工程兩種類(lèi)型。塬面排水工程包括引水渠、沉沙池、澇池、排水渠、消力池，以及豎井、涵洞、排洪渠等。塬坡治理工程主要有溝邊埂、溝頭防護(hù)(跌水)、坡改梯、經(jīng)濟(jì)林、水保林、種草、生產(chǎn)道路、蓄水池(窖)等。

2.1 塬面排水工程設(shè)計(jì)

塬面排水工程設(shè)計(jì)要嚴(yán)格遵守水利工程設(shè)計(jì)規(guī)范，首先是確定塬面防護(hù)區(qū)域，準(zhǔn)確計(jì)算來(lái)水量，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)算好水文賬，在方案比選的基礎(chǔ)上合理確定工程方案。塬面排水工程均屬小型工程，一般設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，超標(biāo)洪水可不予考慮。在條件允許的區(qū)域可將周邊農(nóng)田或低洼區(qū)作為備用排水區(qū)，蓄滯超標(biāo)洪水；對(duì)無(wú)條件集中排放的，盡量考慮自然分散排放超標(biāo)洪水，不可集中排放，以免產(chǎn)生更嚴(yán)重的沖刷。

2.1.1 集水區(qū)域的劃定

集水區(qū)應(yīng)準(zhǔn)確劃定，能分散排放的可不考慮集中排放；輸水距離長(zhǎng)的需要另行考慮；有多個(gè)澇池的，合理劃定各自的防護(hù)區(qū)。集水區(qū)域不準(zhǔn)確，可能造成大澇池空儲(chǔ)備，或小澇池低防護(hù)。

2.1.2 暴雨計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，準(zhǔn)確計(jì)算降水總量和最大流量，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行比較。需根據(jù)村莊分布、排水系統(tǒng)比降、排水標(biāo)準(zhǔn)等來(lái)估算總量、流量及降水歷時(shí)等，進(jìn)行較為詳細(xì)的匯流計(jì)算。

2.1.3 有澇池的排水工程設(shè)計(jì)

村莊、溝頭周邊有建設(shè)澇池條件的，優(yōu)先考慮建設(shè)澇池。全攔蓄型可根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下防護(hù)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)流總量決定澇池蓄水容積；調(diào)節(jié)型澇池容量包括常蓄水量和調(diào)節(jié)容量，調(diào)節(jié)容量需要根據(jù)入澇池引水渠系流量、出澇池排水溝道下泄允許流量、匯流時(shí)間進(jìn)行綜合計(jì)算確定。村莊內(nèi)排水按1～2 a重現(xiàn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)排水渠系，合理確定排水渠斷面和渠道坡度，要充分利用村莊合理集水、滯洪，控制入池流量，延長(zhǎng)匯流時(shí)間，一般按3～6 h排完積水考慮。出澇池流量越小越好，流量越小才可能減小對(duì)溝道的沖刷，不至于因新修排水工程集中排水而產(chǎn)生新的、嚴(yán)重的沖刷，同時(shí)可減小排水渠管的尺寸，有效減少投資。澇池形狀因地形而異，澇池深度3～5 m，景觀常蓄水位應(yīng)控制在1 m以下。

澇池入水系統(tǒng)包括引水渠、沉沙池、涵管、集流槽(管)、消力池等，塬邊澇池要注意入水口高程控制，防止超標(biāo)洪水進(jìn)入造成破壞。澇池排水系統(tǒng)包括出水口、出水涵管，后接渠道或管道，調(diào)蓄型澇池出水口下沿應(yīng)與常蓄水位一致，以有效利用調(diào)蓄容積。后續(xù)渠道根據(jù)流量、地形等確定合理的排水方式，緩坡可采用現(xiàn)澆混凝土明渠，陡坡盡可能采用管道，陡崖可考慮“豎井+涵洞”方案，并做好方案比選，選取投資小、可靠性高、便于施工的方案。

澇池防滲應(yīng)綜合考慮，如果是蓄水利用型，那么應(yīng)進(jìn)行全面防滲；有景觀蓄水要求時(shí)，可分兩部分，常蓄水部分需進(jìn)行防滲，調(diào)蓄部分可不防滲；澇池距溝沿較近時(shí)，選址應(yīng)避開(kāi)滑坡體等不良地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)應(yīng)考慮工程安全距離和防滲要求。

2.1.4 無(wú)澇池的排水工程設(shè)計(jì)

無(wú)澇池的排水工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮兩種情況：一是遠(yuǎn)離村莊的農(nóng)田保護(hù)區(qū)的塬面防護(hù)，要提高溝頭防護(hù)工程標(biāo)準(zhǔn)，分段就地?cái)r蓄，來(lái)水量大的可以考慮土質(zhì)蓄水池，實(shí)施塬面坡改梯等工程，攔蓄雨水；二是居民點(diǎn)集中區(qū)域、道路、廣場(chǎng)等匯水面大的，在確無(wú)澇池建設(shè)條件的情況下，對(duì)分散排水不現(xiàn)實(shí)，集中排水已成定勢(shì)，侵蝕嚴(yán)重的溝頭，可考慮“集水池+直排”。集水池體積小，為安全考慮可采用混凝土現(xiàn)澆，集水池出水口可考慮漏斗形，以改善流態(tài)、增加泄水量；排水可采用管道或渠道，對(duì)地形受限、無(wú)開(kāi)挖條件的可采用PE類(lèi)管材，施工可用傾斜定向鉆，對(duì)有開(kāi)挖條件的可采用PE管或混凝土管，坡度緩的可采用混凝土明渠。直排一般應(yīng)用在排水流量大、距離短的地點(diǎn)。

2.2 塬坡治理工程

(1)溝邊埂。溝邊埂是沿塬邊布設(shè)的擋水埂，以蓄水式為主，配合蓄水池窖和溝頭防護(hù)(跌水)等，控制塬邊侵蝕。應(yīng)分段計(jì)算匯水區(qū)域，合理劃分防護(hù)區(qū)段，可分片設(shè)多道、多段，做到層層攔蓄。

(2)坡面治理。對(duì)塬邊緩坡段坡耕地應(yīng)考慮實(shí)施坡改梯、發(fā)展經(jīng)濟(jì)林等，改善地形地貌，對(duì)荒地采取水平階整地，營(yíng)造水土保持防護(hù)林，增加植被，提升防護(hù)能力。

(3)溝頭整理。對(duì)部分淺侵蝕溝道進(jìn)行整理，上部修建溝邊埂，溝底挖填平整成梯田，恢復(fù)土地利用。溝道較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)分段分層，匯流區(qū)較大時(shí)，還需考慮排水管，每塊田面外沿護(hù)埂高出田面1 m左右，以增加蓄水能力。對(duì)零亂沖溝、崩塌危崖可采用削坡回填和邊坡防護(hù)措施。

3 注意事項(xiàng)

(1)材料選用。黃土高原塬面侵蝕集中區(qū)，石料采買(mǎi)不便，石質(zhì)差，運(yùn)距長(zhǎng)、運(yùn)量大、耗人工多，加之漿砌石渠道剛性強(qiáng)，防滲、抗凍性能差，施工難度大，投入勞力多，不建議采用。而采用混凝土則相對(duì)較好，混凝土整體性強(qiáng)，防滲、抗凍、抗沖等性能均較好，渠道現(xiàn)澆壁厚10～20 cm即可滿(mǎn)足要求。預(yù)制混凝土渠道、管道體量小，工程量小，質(zhì)量可靠，安裝方便,可廣泛采用，U形排水渠、圓形預(yù)制管等均可在平緩段考慮采用。PE類(lèi)管材熱熔焊接，不滲漏，柔性好，內(nèi)壁光滑，抗沖能力可達(dá)鋼管的4倍，傾斜鋪設(shè)時(shí)控制流速在6 m/s以?xún)?nèi)，管徑不超500 mm為宜；坡度較緩時(shí)，可開(kāi)挖鋪設(shè)；坡度大及陡坎處無(wú)法開(kāi)挖時(shí)，可考慮傾斜定向鉆鋪設(shè)(施工中一定要核查PE管材質(zhì)量)。豎井可采用預(yù)制井圈沉井施工方案，較長(zhǎng)涵洞可采用頂管施工方案。

(2)沉沙池可采用磚砌或混凝土現(xiàn)澆，穿路涵洞建議采用混凝土預(yù)制管，以方便施工，縮短工期，減小施工影響。集流槽可采用臺(tái)階狀現(xiàn)澆混凝土，并與下池臺(tái)階人行步道結(jié)合設(shè)計(jì)，也可采用預(yù)制混凝土管、PE管等。

(3) 澇池較大、泥沙較多時(shí)，應(yīng)考慮修建下池車(chē)道，以便于清淤，同時(shí)對(duì)引水渠道分段增加沉沙池，加大澇池入口沉沙池容積，以減少澇池泥沙淤積，延長(zhǎng)工程使用年限。

(4)全蓄性澇池在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮水的綜合利用，可考慮利用低位泄水管或泵站將水排入果園、梯田、低洼區(qū)，或用于解決庭院經(jīng)濟(jì)用水需求，以提高水資源利用率。

(5)澇池設(shè)計(jì)要考慮安全防護(hù)措施，應(yīng)布設(shè)護(hù)欄。護(hù)欄應(yīng)盡量與環(huán)境相一致，以綠籬和磚墻為主，形成自然生態(tài)景觀。在水保措施主體設(shè)計(jì)中，護(hù)欄、周邊廣場(chǎng)等綠化、美化景觀措施應(yīng)以簡(jiǎn)約為宜。

(6)溝邊埂應(yīng)與排水工程、蓄水澇池聯(lián)合布設(shè)，有條件的地方適當(dāng)考慮植物護(hù)埂等措施。

(7)可在加快入滲、增補(bǔ)地下水、提高土壤深層墑情方面進(jìn)行科學(xué)探索，宜在果園、梯田內(nèi)建設(shè)入滲溝、入滲池、入滲管等，提高雨水就地利用率，減少下泄量。

(8)加快推進(jìn)雨污分流，嘗試推廣家庭分戶(hù)污水處理和垃圾分類(lèi)處理。

(9)生產(chǎn)道路設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮排水，在有坡度的地段可不考慮排水溝，但應(yīng)注意布設(shè)路面截流措施，及時(shí)截?cái)嗦访鎻搅鳎孕×髁颗懦雎访?，而不要用排水溝集中匯流排放，以免產(chǎn)生集中沖刷。

4 管護(hù)機(jī)制

工程設(shè)計(jì)中要按照“先建機(jī)制，后建工程”的思路，建立有效的工程管護(hù)機(jī)制，工程建成后及時(shí)移交當(dāng)?shù)卮褰M，夯實(shí)管護(hù)責(zé)任，確保工程安全和效益的永續(xù)發(fā)揮。工程的建設(shè)亦應(yīng)推行“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”機(jī)制，明確獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)助政策，鼓勵(lì)村組、群眾積極參與，充分調(diào)動(dòng)群眾積極性，加快工程建設(shè)。