遼東山區溝蝕治理新技術
——石柳谷坊

趙 普，張 旭，盧 佳，蘇芳莉

(1.本溪市水土保持局，遼寧 本溪 117022；2.沈陽農業大學 水利學院，遼寧 沈陽 110866)

谷坊是治溝主要工程措施之一，主要類型有漿砌石谷坊、干砌石谷坊、土谷坊、混合谷坊和生物谷坊。其中，漿砌石谷坊投資大，施工時排水孔道布設極為不便；干砌石谷坊兩側溝岸淘刷嚴重，頂部容易破壞，雖投資較小但不便于管理[1]；土谷坊抗沖蝕能力差，在大暴雨條件下容易發生破壞。生物谷坊則是近年發展起來的，以改善生態環境為基礎，結合石谷坊的優勢，集工程和植物于一體，具有投資少、防護效果好、生態效益明顯等優點[2]，被廣泛應用于溝道水土流失的治理。許多學者對生物谷坊的應用情況進行了研究，比如徐元光等[3]根據宣威市的水土流失特點、現狀、成因以及水土流失治理經驗，認為在溝蝕嚴重地區采用生物谷坊能彌補石谷坊的缺點，降低工程造價，改善生態環境；趙云朋等[4]認為在東北黑土區溝壑治理中采用植柳谷坊，具有通透性好、不易沖毀、造價低廉、便于成活等優點，并能取得顯著的綠色生態治溝效益，建議在同類地區推廣使用。本研究將石谷坊與植柳谷坊結合進行研究，以期為北方土石山區溝壑治理及生態修復提供一定的技術指導及理論基礎。

1 石柳谷坊的特點

石柳谷坊是生物谷坊的一種，是由本溪滿族自治縣水土保持工作站在多年小流域治理經驗基礎上提出的。它是以兩排楊樹枝干(以下簡稱楊干)作為骨架，以當地易獲得的柳條或荊條為防護面編織在楊干上，以石塊或土石為基質填筑其間，基質上方用柳條或荊條交錯覆蓋固定。作為溝蝕治理的新技術，石柳谷坊具有安全性高、通透性好、不易沖毀、造價低廉、便于實施等特點，適合遼寧省東部山區的水蝕溝治理。

2 石柳谷坊的設計要求

2.1 設計標準

石柳谷坊設計標準參考《水土保持綜合治理技術規范(GB/T 16453.1—2008)》，按10年一遇24 h最大降雨量標準設計，在實際工程中可根據情況相應提高設計標準。

根據上游來水量的大小，石柳谷坊的水文分析按兩種類型計算：

(1)滲流型。上游水位不高于谷坊高度時，石柳谷坊的出流全部為滲流。其滲流流速可用達西定律計算，公式為

(1)

(2)堰流型。當石柳谷坊上游水面高于谷坊高度，其出流形態近似堰流。若忽略谷坊頂水流的水頭沿程損失及楊干的側收縮影響，則石柳谷坊出流流量可用下面公式計算：

(2)

式中：Q為石柳谷坊堰流流量，m3/s；m為流量系數，m=0.35；B為石柳谷坊頂長，m；q為重力加速度，q=9.8 m/s2；H0為包括行近流速在內的堰前總水頭，m。

2.2 設計與施工

2.2.1 設計要點

石柳谷坊的設計要把握以下幾個要點：①樹種的選擇。選擇耐旱、耐濕、耐寒、易成活、適應性強的樹種，盡量就地取材，選擇鄉土樹種。本石柳谷坊設計選擇楊樹和荊條[5]。②通透性。石柳谷坊具有既通又阻的特點，通阻適中是石柳谷坊設計的要點。因此，把握好石柳谷坊的通透性是石柳谷坊設計的重要指標，楊干間距和荊條編織密度要得當，楊干間距控制在45 cm左右，荊條編織密度以土石不流出為準[6]。③栽植標準。楊干直徑為5～8 cm，長不要小于2 m，栽植深度一般為40～50 cm，地上部分留1.5 m；荊條編織寬度應略大于溝道中心流水溝的寬度，兩側應到流水溝的流水部位以上，以防止溝邊兩側走水產生側向沖刷造成谷坊的破壞；前后對稱各栽植一排楊干，兩排之間距離保持在1.5～2 m。

2.2.2 結構與修筑方法

石柳谷坊由楊干、荊條、基質(石塊或土石)三部分組成。其修筑方法簡便，主要由以下步驟組成：

(1)谷坊位置的確定。谷坊位置由實際地形地貌狀況確定。

(2)谷坊高度與間距的確定。谷坊間距與谷坊高度及淤積泥沙表面的臨界不沖坡度有關。實際調查資料證明，在谷坊淤滿之后，其淤積泥沙的表面不可能絕對水平，而是具有一定的坡度，稱為穩定坡度，目前一般谷坊設計中采用下面的方法：

按照瓦蘭亭(Valentine)公式計算穩定坡度

(3)

式中：I0為穩定坡度；d為砂礫的平均粒徑，m；h為平均水深，m。

谷坊間距的計算公式為

(4)

式中：L為谷坊間距，m；H為谷坊高度，m，本石柳谷坊高度設計為0.50 m；I為溝底天然坡度；I0為穩定坡度，一般沙土取0.005，黏壤土取0.008，黏土取0.01，粗沙兼有卵石者取0.02。

(3)清基。在選好修建谷坊的地點后，清除溝道中的垃圾、雜草、碎石等雜物，垂直于河道開挖寬1.5 m、深20 cm的基礎。

(4)栽植楊干。清基后在兩側栽植楊干，栽植埋深50 cm，兩側楊干對稱栽植。

(5)編織荊條。以栽植好的楊干為骨架編織荊條，編織密度以土石不流出為宜，編織高度即為谷坊高度，一般控制在50 cm左右，最頂層加一個直徑約3 cm的粗枝條。

(6)填筑基質。填筑材料就地取材，將碎石或土石填筑在編織好的谷坊中間，邊填筑邊踩壓，填筑高度與荊條的編織高度保持一致。

(7)固定。填筑完成后，在基質上面鋪一層稀疏的荊條，之后將已成型的谷坊兩側上端用8#鐵絲固定，以增加谷坊的穩定性[7]。

2.2.3 施工要求

采選楊干時，要按設計要求的長度和直徑選擇生長能力強的活立木，并在春天樹木萌芽前或秋天樹木落葉后進行。為了保證楊干的成活，埋樁時要注意樁身與地面垂直，勿傷楊干外皮，牙眼向上，各排楊干對稱排列。楊干的栽植季節對于石柳谷坊的建設至關重要，一般選在春季4—5月份栽植，此季節溝道中水量較小，楊干成活率高，同時也便于施工。

2.3 布設與選址

石柳谷坊的布設要從溝頭到溝尾，節節布設，間距50～80 m，以達到節節阻攔、減緩水流流速、減輕沖刷的目的。按照石柳谷坊自身的特點及流域匯流原理，石柳谷坊的布設應先上游后下游、先支溝后干溝、成群系分布。此外，還應與斜坡固定工程、田間工程以及生物措施、農業耕作措施相結合，合理布局，以形成一個互相配合的綜合治理體系。

石柳谷坊在選址時應考慮以下原則：谷口狹窄；上游有寬闊平坦的貯砂空間；在有支流匯合的情形下，應在匯合點的下游修建谷坊；谷坊不應修建在天然跌水附近的上下游。

3 應用效益及前景

經初步監測，每處石柳谷坊可攔蓄泥沙量達300～500 m3，抬高溝底0.5 m，減流緩沖效果明顯，降低溝道水流流速50%以上，延緩了溝道洪峰的匯流強度和時間，大大減輕了對溝道的沖刷。石柳谷坊的應用范疇較廣，適宜具有一定降雨條件的各種溝道治理，其最大的優勢是具備環境保護的屬性，集綠色和生態于一體。石柳谷坊在東北黑土區低山丘陵區的溝道治理中最為適宜，且易于成活，具有很高的推廣應用價值，因此建議在廣大低山丘陵等適宜地區的水蝕溝中推廣應用此項溝蝕治理新技術。

[參考文獻]

[1] 耿慶珍,于洋.丘陵區沖刷溝內谷坊工程設計實例[J].黑龍江水利科技,2008,36(3):180.

[2] 薛永剛,于明.植柳谷坊在治溝中的應用[J].水土保持應用技術,2009(5):16-17.

[3] 徐元光,毛家軒,楊忠貴,等.宣威市水土流失現狀與治理對策[J].水土保持通報,2002,22(4):54-56,61.

[4] 趙云朋,薛永剛,于明.植柳谷坊在東北黑土區治溝中的應用[J].中國水土保持,2009(9):31,61.

[5] 于明.生物谷坊的設計與施工[J].水土保持科技情報,1995(1):23-24.

[6] 張漢雄.沙柳谷坊的設計與施工[J].人民黃河,1997(1):23-26.

[7] 王禮先.水土保持工程學[M].北京:中國林業出版社,2000:9.