北方土石山區小流域水土保持措施設計

劉 芳

（唐山水利規劃設計研究院，河北唐山063000）

北方土石山區小流域水土保持措施設計

劉 芳

（唐山水利規劃設計研究院，河北唐山063000）

本文以河北淶源縣燒車小流域為例，介紹了北方山區小流域水土保持設計內容，為探討我國北方土石山區生態清潔型小流域綜合治理模式提供技術支撐。

山區；小流域；水土保持；設計

1 項目背景

燒車小流域位于河北省淶源縣，現有水土流失面積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為1800t/km2·a，通過水土保持工程建設，可有效控制水土流失、改善生態環境［1］、促進社會進步和諧。

為確保流域綜合治理工程質量，以《水土保持綜合治理技術規范》為標準，結合當地的實際情況，具體設計治理措施。

2 工程措施

2.1梯田

2.1.1 設計原則

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

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

2.1.2 設計標準

按10年一遇6h最大暴雨標準59.12m m設計，據流域內坡面坡度確定田面寬度（表1）。

表1 坡式梯田標準橫斷面設計參數表

2.1.3 規格要求

根據以上計算結果，考慮到施工中田面縱向誤差、蓄水土埂沉降、上游徑流迭加、超標準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，埂內坡1∶1，外坡與田坎側坡一致。

2.2作業路

項目區規劃在主要治理示范區因地制宜新修和整修一部分施工作業路，作業路為砂石路面。作業路寬4m，長630m，路內側設排水溝［4］，溝深、寬各0.50m，作業路用挖掘機開挖、筑埂、夯實、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 設計原則

土谷坊工程主要修建在溝底比降較大（5%～10%），溝底下切劇烈發展的溝段，在制止溝蝕的同時，應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合。

2.3.2 設計標準

谷坊工程防御標準按10年一遇6h最大暴雨59.12m m設計，根據溝道比降，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，壩址設置應按口小肚大的原則，力求工程量小，庫容大。

2.3.3 工程設計

谷坊斷面形式和尺寸按照《水土保持綜合治理技術規范—溝壑治理技術》（G B/T16453.3-2008）谷坊設計要求，并結合當地修建水保工程實際經驗和溝道的侵蝕情況進行確定。

（1）谷坊間距的確定∶

谷坊間距L按下列公式計算∶

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行計算∶

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。

經計算，谷坊高度確定為2.5m，共3座。

（3）谷坊斷面尺寸∶

根據項目區溝道實際情況，設計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。

溢洪口設在壩頂，采用矩形寬頂堰公式計算。

式中∶Q—設計流量，m3/s；

I—10年一遇1h最大降雨強度，m m/h；

F—谷坊以上集水面積，按25hm2計算；

K—徑流系數，為0.60。

通過計算，溢流口設計流量為0.16m3/s。

溢流口斷面尺寸∶通過計算，溢流口斷面寬1.0m，高0.5m時，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，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。按規劃的谷坊群壩址順序及各谷坊的設計平面和斷面圖實地定線校線，把壩基壩肩虛土、草皮、樹根與含腐植質較多的雜土清理干凈。清基深度應達0.3m以上，清至堅實的土基或較完整的巖基。同時，沿軸線開挖結合槽，寬深各0.5～1.0m。

（2）巖基溝床清基。應清除表面的強風化層。基巖面應鑿成向上游傾斜的鋸齒狀，兩岸溝壁鑿成豎向結合槽。

（3）根據設計尺寸，從下向上分層筑壩，逐層向內收坡，壩身要用粗料石干砌，大塊石鋪底，塊石首尾相接，錯縫砌筑，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，同時做到“平、穩、緊、密”。

3 植物措施

3.1魚鱗坑整地設計

按《水土保持綜合治理技術規范坡耕地治理技術》（G B/T 16453.2-2008）中的治理標準，魚鱗坑采用10年一遇6h最大降雨量進行設計。流域內10年一遇6h最大降雨量為59m m，徑流系數為0.30。

3.1.1 產流量

坡面10年一遇6h產流量計算公式為∶

式中∶W—單位面積產流量，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；

F—單位產流面積，m2/hm2。坡面10年一遇6h的產流量為∶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］，根據樹種確定魚鱗坑的尺寸為∶長徑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∶

177/0.256＝691個

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

（2）小魚鱗坑

小魚鱗坑斷面采用半月形，根據樹種確定魚鱗坑的尺寸為∶長徑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∶

177/0.163＝1085個

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

3.2造林

（1）造林樹種∶油松、側柏。

（2）造林時間；春、夏、秋

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

（4）造林設計∶包括樹種的苗齡、造林密度等見表3。

表3 造林設計及整地規格表

3.3幼林撫育

造林后3年內，每年進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和破壞整地工程的活動。對直播造林，結合松土要分次間苗，至第二年秋冬定株。每年冬季對幼林成活率進行抽樣調查，對成活率低于70%的幼林要及時補植。

4 封禁治理典型設計

對流域內坡度25°以上、立地條件極差、有殘存的林草植被但造林相對較困難的地帶，由于區域的水熱條件能滿足植被自然恢復的需要，采取封禁治理措施［7］，實行封育保護，封育區5年后林草覆蓋率達到70%以上。

（1）補植

在殘林、疏林中進行補植，補植樹種為油松，時間為雨季，補植苗木。補植面積53.2 hm2，株行距4m×3m。

（2）播種檸條

補種檸條30hm2，用籽量30kg/hm2。

（3）病蟲害防治

在封育區實行人工管護，在封育區項目村挑選責任心強的村民作為管護員，主要負責防止濫砍濫伐、私采亂挖等人為破壞植被活動。

（4）設置標志

在封禁區的周邊明顯處，如主要山口、溝口、河流交叉點、主要交通路口等處建立永久性標志，修建標志碑2塊，采用砂漿砌磚結構，在醒目地方刷寫標語，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施。

5 結論

水土流失是影響北方土石山區生態環境的重要因素之一［8］，進行以小流域為單元的水土保持綜合治理工程，可以從源頭上減少水土流失。本項目實施后，通過采取荒山荒坡造林，修梯田，補植疏林地，封禁等治理措施，綜合治理措施保存率達到80%以上，攔沙率80%以上，各項措施合理配置，工程措施與林草措施相結合，達到防治水土流失，改善生態環境的目的。

［1］張利.應用景觀生態學評價小流域治理生態環境［J］.水土保持應用技術.2010（01）∶27-28.

［2］李仁輝，潘秀清，金家雙.國內外小流域治理研究現狀［J］.水土保持應用技術.2010（06）∶32-34.

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

［4］賈鵬生，鄧麗，郭興坡.南陽市丹江口庫區及上游水上保持生態建設剖析［J］.水利技術監督，2006（01）∶60-62.

［5］段威.新民市梁山小流域綜合治理分析［J］.水利規劃與設計，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體系及其應用［J］.生態環境學報，2002（02）∶274-278.

［7］張新玉，楊元輝.我國水土保持小流域綜合治理模式研究［J］.中國水利，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］.水利規劃與設計，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，高級工程師。