吐鲁番地区小流域综合治理措施及效益评价

2014-04-07张生财

水利规划与设计 2014年9期

关键词：跌水溢流坝流域

张生财

（吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院新疆吐鲁番 838000）

吐鲁番地区小流域综合治理措施及效益评价

张生财

（吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院新疆吐鲁番 838000）

吐鲁番地区各族人民长期为减轻干旱、风沙等水土流失灾害做出艰苦卓绝的努力，但整体生态环境仍在恶化，只有搞好水土保持生态环境建设，才是生存和可持续发展的根本途径。

水土保持水土流失生态环境综合治理措施

1 木头沟小流域概况

木头沟小流域位于吐鲁番市胜金乡境内，位于北纬42°59′8.5″～43°0′35.66″，东经89°31′30″～89°31′53.58″之间，地处吐鲁番市火焰山北，距离吐鲁番市45km。

1.1 地形条件

木头沟小流域属于黑沟河流域，黑沟河发源于天山支脉的博格达山南坡，河流为北南走向，流域集水面积180km2，河长25km，河床纵坡30‰，多年平均流量0.33×108m3，项目区所属小流域为了黑沟河流域的主要泄洪通道，黑沟主河道水流只对工程区下游有影响，对工程的影响很小，可以忽略。

本流域属低山丘陵地貌，地形海拔高程在200～250m之间，就地形而言，北高南低。流域表层地质构造多为粉细土，透水性强，粘性很差，抗冲刷条件非常弱，沟蚀情况比较严重，由于不停被冲蚀，沟道两岸形成高陡边坡，土体经常出现塌滑，形成岸边再造，沟道宽度不断增大的现象。

（1）沟道情况：主要沟道两条，总长度为7.2km，沟壑密度1.04km/km2，沟壑面积占总面积的1.1%，干沟平均比降2.1%，沟底宽度10～20m左右。

（2）坡面情况。地面坡度组成为：＜5°面积180hm2，占总面积的27.7%。

木头沟流域现有两条主要泄洪通道，在木头沟村西侧一条，为1号洪沟，村中间一条，为2号洪沟。由于木头沟1号洪沟、2号洪沟为黑沟河流域主要的泄洪通道，沟底纵坡较大，约为2%，河道下切侵蚀非常严重，岸坡土质为粉质粘土，边坡不稳，两岸冲刷极为严重，形成近30m的陡崖，在重力作用下不断的滑落于河道中，带入大量的泥沙，岸坡不断塌落，部分区域的岸坡坍塌边界已经接近两岸耕地，如果任由沟道自行发展，势必影响两岸耕地安全，项目区的治理尤为迫切。本次小流域综合治理范围为1号洪沟、2号洪沟包围的沟道区域。项目区总面积为1100hm2，水土流失面积为650hm2，本工程治理面积500hm2。

1.2 地质条件

吐鲁番盆地北缘博格达山主峰海拔5445m，山顶终年冰雪覆盖，发育现代冰川，博格达冰川融水是吐鲁番盆地内河流水量补给的重要来源。区内较大的河流有塔尔郎河、煤窑沟河及二唐沟河，常年流水，在6、7、8月份水量最大，流速湍急并常有洪水暴涨，河流自北向南切过盆地

中央隆起带汇入盆地的集水中心艾丁湖。沿河流由山前至盆地中央形成了冲洪积平原、中央隆起带内河流阶地、洪积湖平原等第四纪基本地貌单元。地下水埋深3.60～6.00m，岩性为粉砂、粉砂质粘土及含细砾石的砂土等。

工程区主要洪水影响黑沟河流域下泄洪水。工程区水源为泉水及洪水，根据胜金乡水管所多年测量数据：本区域降雨量很小，坝址区四周表层土均为全新统冲、洪积堆积物（，为土黄色粘土、棕红色砂质粘土、青灰色粉砂质粘土及含细砾石的砂土等，渗透系数较大，因此在此种条件下黑沟河流域下泄过来的洪水经过渗漏蒸发等损失洪峰流量已经大大减小。

1.3 植被

本流域面积较小，流域内山区树木比较稀疏，仅在河沟下游有带状林木分布，树种为：榆树、杨树，平原农区为各种农作物，牧草、林木等种植栽培区，形成以灌溉为基础的大小绿洲。项目区位于火焰山北侧的木头沟，沟内生长的植物主要为灌木、芦苇等。

1.4 土壤

流域土壤为绿洲土壤，自东向西分布着：灌耕土、草甸土、盐土、灌淤土。土壤养分含量是：有机质平均1.72%，全氮平均含量0.076%，全磷平均含量0.061%，碱解氮平均含量42ppm，速效磷平均含量6ppm，速效钾平均含量为124ppm，最高为525ppm，最低为20ppm，以上情况表明，土壤有机质含量低，缺磷少氮，钾丰富。

流域土壤质地总体偏砂，但砂性不大。从表层0～20cm质地统计类型分析，主要为壤土类，占农业土壤的90.04%。其中中壤土占53.22%；轻壤土占36.3%；重壤土占0.52%。壤土的各种性状较好，适宜农业生产。但大部分壤土中含盐量较多，耕性较差。其次，砂土类占农业土壤的9.96%，其中砂土占砂土类的90.74%，砾质土占砂土类的9.26%。砂土理化性状差，保水能力差，生产力不稳定，时常受风砂影响。砾质土保水保肥能力差，适宜种植葡萄和果树。

2 其他小流域综合治理概况

2002年在工程区上游东侧支沟曾修建过一处淤地坝，淤地坝上游水土流失控制较好，已有初步效果，植被覆盖率较高，该淤地坝坝型为均质土坝，前坝坡坡比为1∶2.0，后坝坡坡比为1∶6.0，坝顶宽度为4m，在右坝肩布置有过水陡坡，陡坡断面为梯形，采用当地土料作为筑坝材料，由于筑坝材料为当地土料，大大降低了工程投资，但由于当地土料的级配和性质，为了坝体的稳定考虑，将后坝坡采用缓坡。该淤地坝上游目前泥沙淤积已成规模，坝前芦苇长势良好，大大减少了沟道水土流失，每年的芦苇还能带来一定的经济效益，水土保持效果良好。

2008年在工程区上游西侧支沟又新建了一处淤地坝，该淤地坝位于胜金台水库上游，目前工程已经完工，坝型为均质土坝，前坝坡坡比为1∶4.0，后坝坡坡比为1∶6.0，最大坝高12.5m，坝顶长度为60m，坝顶宽度为4.0m，对沟道纵坡的调整起到了很大的作用，但由于工程建设时间较短，对沟道内植被还没有明显的恢复作用，随着时间的推移和坝前泥沙的不断淤积，坝前最终会形成混凝土东侧支沟相同的效果。

胜金沟是一条纵坡较大的沟道，计划对整个沟道分段治理，采用多级连续的坝体，对整个沟道的纵坡进行调整，以期达到良好的水土保持效果，防止沟道岸坡坍塌，保护两岸建筑物。

3 木头沟小流域的治理措施

木头沟小流域的治理措施：①在1号洪沟修建浆砌石溢流坝1处。②在2号洪沟修建跌水13处。③整个项目区以两条洪沟交界处为边界进行封禁治理，治理面积为467hm2，布置在两条洪沟上，形成一条集中连片的封育治理区，对不适宜发展水保种草、牧草的荒地，能封育的全部实行封育，利用大自然的自我修复能力。通过修建工程围栏保护封禁治理地块不受人畜干扰破坏，确保植被自然恢复，以提高地表植被覆盖度，增加保水保土能力。治理水土流失面积500hm2，由水保种草治理面积和封育管护面积两部分组成。其中：水土保持种草新增治理水土流失面积33hm2，实施封育管护467hm2，

3.1 1号沟溢流坝设计

为了解决胜金乡木头沟一号沟内常年冲刷问题，在木头沟1号沟内建造浆砌石溢流坝一座。设计洪水标准采用20年一遇洪水（P=5%）,流量为Q=30.2m3/s；校核洪水标准采用30年一

遇洪水（P=3.3%），流量Q=36.2m³/s。坝址处河底高程为199m；由木头沟1号沟地形条件以及冲刷要求确定坝顶高程为201m；根据坝址处河面宽度采用坝的溢流长度B=17.5m ，顶宽宽度为1.5m。上游坝坡1∶0.5，下游坝坡1∶1.5。溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰。

3.2 2号沟跌水设计

（1）由于2号沟长度较大，且纵坡也较大，结合地形地貌本次拟在2号洪沟上布置13处跌水。设计洪水标准采用20年一遇洪水（P=5%），流量Q=45.30m³/s；校核洪水标准采用30年一遇洪水（P=3.3%），流量Q=54.20m³/s。本次设计采用单级跌水。跌水由进口段、跌水墙段、消力塘段及出口段组成。

（2）进口段。进口段连接段和跌水缺口组成。根据地形条件，连接段常采用八字墙扭曲面，直接衬砌河沟两岸的山体边坡以及河沟河床，连接段长度为5.0m，边坡系数设计为1∶0.8，衬砌形式为浆砌石衬砌，边墙衬砌厚度0.4m，底板衬砌厚度为0.6m。跌水缺口的形式选用梯形断面缺口，且对河沟不进行束窄，梯形缺口底宽为b=10m，以满足泄洪要求。

（3）跌水墙段。跌水墙采用倾斜式跌水墙，单级跌水的跌差为3m。

（4）消力塘段。消力塘的宽度为12.0m。消力塘长度为11.5m。消力塘深度为1.0m，消力塘边墙高度取为2.5m。消力塘形式根据河沟地形条件布置为梯形，边坡系数为0.8，边墙衬砌厚度为400mm，底板衬砌厚度为800mm。

（5）出口段。出口包括连接段和整流段。消力塘末端采用1∶2的仰坡与下游整流段底板相连。整流段断面与河沟断面形状一致，采用浆砌石衬砌，边墙衬砌厚度400mm，底板衬砌厚度为600mm，边坡系数为0.8，整流段长度为3m，坡降i=0.02，末端为防止冲刷，设置一深为2m的齿墙。整流段边墙高度为1.5m。

3.3 林草措施设计

根据立地条件，本区域属北方风沙区，沟道狭窄，不适合种植乔木，人工种草草种选择禾本科植物：芦苇。

林草措施建设区域位于浆砌石溢流坝的上游，沿沟宽向上游分布布置，共实施面积为33hm2。根据适地适草、优质高产、生态优先和尽量采用乡土草种的原则，结合流域自然地理条件，尊重群众意愿。原在河沟内生长有茂密的芦苇，因沟内被水蚀、切割成沟槽，沟内两侧芦苇大部分被干死。

溢流坝及跌水建成后，恢复沟内植物的生存状况，故本工程在溢流坝及跌水上游实施林草措施，栽植芦苇，芦苇采用根状茎种植，春季土壤解冻后、根状茎上分株芽开始萌发，此时选取优良根状茎进行繁殖。选取深黄色至褐色，茎壁较厚，其中生长的地上茎粗壮坚实，根茎长达到30～50cm，5节以上，每节均带有明显的侧芽，并有很多分叉的枝，以鹿角状为好，按以上标准选定后，截取30～50cm粗带有分杈的枝段用铁叉按行株距各约1m，逐一斜插于滩上松软泥层中，上部留出7cm左右，这样出苗快，出土芦苗多，芽苗出土前后，土面要经常保持润湿或保持浅水。芦苇种植后，生长期所需水源，直接利用沟内的水，坝建成后，沟内将恢复至原水面，芦苇为喜水草本植物，并有利于其正常的生长，故芦苇载植后，不需另设灌溉水源。

3.4 封禁治理措施设计

从本小流域的气候、降水等自然条件来看，该区域降水量少、蒸发量大，在水源条件差的地方，植物本身的自然萌生能力差，在水源充足的地方，植物本身具有很好的自然萌生能力。在水源有保障的条件下，只要对原有的流失较轻的疏林地防止人为的破坏，充分发挥大自然的修复功能，这些疏林地很快就会郁闭成林。项目区内现有467hm2水土流失较轻的疏林地，对这些疏幼林地全部实施生态修复。

封育管护位于溢流坝、跌水、林草措施的上游，在因吐鲁番市所辖区域内，大部分地区干旱少雨，植物生长条件恶劣，本次的封育管护地段的水源相对丰富，为保证管护范围内的植物免受人为或其他破坏，需确定固定的管护人员，由水土保持工程建设区周围的村庄出管护人员。

4 效益分析

4.1 生态效益

随着项目的实施，人工林草的增加，地面覆盖度将增加，对近地层小气候的改善将起到明显的作用，可以调节贴地层气温、湿度，影响地面蒸发，减少风沙及空中飘尘。地表径流状况得到改善，降雨经过生物措施的截流渗入地下，补给土壤和地下水，增加入渗水量，缓解干旱，形成水圈生态良性循环。工程发挥效益后，保土能力逐年增大，水土流失量减少，阻止土地沙化，土壤中相对土壤肥力增大，在水肥气热作用下，有利于土壤团粒结构的形成，从而是土壤孔隙率提高，加快有机质的熟化，增加植物的有效肥力，促进植物的生长，形成土圈生态效益的良性循环，项目建成后蓄水量增加1.16万m3，每年保土18.04万t。

4.2 社会效益

生产条件和生存条件将得到基本改善，当地的环境容量和承载能力得到提高，促进了人与自然的和谐相处。

4.3 经济效益

项目是实施后，项目区内的水土流失得到有效的控制，生态环境走向良性循环，土地利用结构更趋合理，农业基础设施得到进一步完善。控制了泥沙对下游工程设施和农田的危害，每年减少损失估算35万元。