绥中县坡耕地工程总体布置与设计

张子财

（绥中县水土保持局，辽宁 绥中 125200）

绥中县坡耕地工程总体布置与设计

张子财

（绥中县水土保持局，辽宁 绥中 125200）

详细介绍了坡耕地工程总体布置与措施设计，绥中县在坡耕地治理中，通过合理布设治理措施和工程配套措施使土地资源合理利用，对优化土地利用结构，提高土地生产力，改善当地生态环境，产生良好的生态效益、经济效益和社会效益，促进经济健康、可持续发展。

坡耕地；治理措施；工程布设；设计；绥中县

绥中县坡耕地水土流失综合治理工程位于绥中县的高甸子满族乡和高台镇，目区属低山丘陵区，丘谷相间，最高海拔高度98m，最低海拔23m，相对高度75m。山丘上多为耕地，零星分布果园和次生林，主要土壤类型为黄、棕黄色砂土或粘土，一般冲沟较为发育。沟壑面积6.28km2，占总面积的2.8%，沟壑密度1.16km/km2。

目前工程区水土流失严重，土地利用不尽合理，坡耕地比重较大，农民收入低，远未摆脱传统农业的束缚，农业产业结构不合理、调整进展缓慢，农业投入严重不足，这些问题严重影响和制约着项目区农业及农村经济的发展。但随着坡耕地治理项目的实施，以市场为导向发展特色产业，以区域经济发展规模经济，进行产业结构调整，势必大幅度提升群众生产生活条件和新农村建设及维护粮食、生态安全［5］。

1 工程建设规模

根据地形地貌、气候特点、立地条件，项目区采取坡耕地综合治理工程，实施期1年，共完成梯田1113.33hm2，蓄水池9座，铺设管路23915m，出水栓479个，排水井11个，阀门井9个，作业路20.09km。

工程在建设规模、小型水利配套、田间道路上，为项目区提高土地产出率、土地利用结构调整、经济结构调整、发展区域特色产业和农民耕作积极性提高及新农村建设，奠定了坚实的基础［3］。

2 工程总体布置

绥中县坡耕地治理工程在项目区主要布设梯田，同时建设蓄水池、铺设管路等辅助形式农业基础设施，提高灌溉保证率。项目区通过修建水平梯田的形式治理坡耕地，同时结合修建蓄水池、铺设管路等形式提高农业基础设施水平，提高灌溉保证率［6］。项目区主要规划的工程项目及布置如下。

2.1 水平梯田布设

规划梯田均沿等高线布置，田面形状呈长方形或带形，大弯就势，小弯取直，以适应机耕作业的要求。相邻梯田田面高差为1.5m，局部高地和浅沟利用推土机找平，人工筑埂打平夯实。建设梯田埂，其顶宽 0.3m。地块长短不一，一般在50m～800m左右［1］。

根据地形条件及机械化作业的要求，确定为水浇地田块［1］。此次规划新修水平梯田 1113.33hm2，其中高甸子满族乡新修水平梯田515.96hm2；高台镇工程区坡耕地比较集中连片，规划治理坡耕地面积597.37hm2。

2.2 灌溉系统布设

项目区采用管道灌溉，项目区距龙屯水库及六股河、王宝河、捞豆沟河距离较近，且属于即将建设的王石灌区灌溉范围，土地全部规划为水浇地，部分地块种植品种以花生、土豆、萝卜等经济效益较高的作物为主。根据当地实践经验及管护方便，由蓄水池地埋管送至田间地头进行灌溉。

2.3 作业路布设

由于项目区原有生产道路不能满足生产、施工等要求，此规划修筑作业路，以利于生产。作业路通过治理区中间，并和原有道路连接［4］。

3 措施设计分析

3.1 梯田工程设计

3.1.1 梯田设计原则及标准

根据土地利用规划，选择土层厚、土质肥沃、坡度在25°以下的坡耕地修筑；达到集中连片，修筑省工，耕作方便，埂坎安全，少占耕地的要求。靠近水源，交通方便，有利于实现机耕和灌溉。在平整时，先将表层 20cm厚的种植土推至耕地的中间堆积，土地平整后将种植土还原。梯田设计防御标准，采用10年一遇 6h最大降雨。一般减少径流90%，减少泥沙95%以上。梯田的断面设计一般是地面坡度越陡，田面宽度越窄，相应的田坎高度越大；坡度越缓则相反［2］。

3.1.2 梯田布置

梯田埂坝应平行于等高线，以减少修筑梯田的工程量。为了便于耕作，每块梯田的田宽应尽量一致，沿地埂长度方向，要本着大弯就势，小弯取直的原则，顺直地块。尽量利用已有的田间工程，以节 省 工 程 投资［1］。

3.1.3 田面设计

梯田的断面设计要有适当的田面宽度，以适应机耕和灌溉的要求；要合理选定田坎侧坡，以保证梯田稳固安全；在满足以上要求的同时，尽可能减少单位面积梯田的土方量和移运量，以提高工效，加快速度，降低费用［6］。梯田断面要素见图 1。

图1 梯田断面图

图中:B—田面宽度（m）；Bm—梯田毛宽（m）；Bj—田面净宽（m）；Bl—梯田斜宽（m）；Bn—田坎占地宽（m）；H—田坎高度（m）；θ—地面坡度（度）；α—田坎侧坡度（度）；b′—田埂顶宽；b″—田埂底宽；

各要素间关系:

其中:Bn（田坎占地宽度）=H ctgα（m）；Bm（梯田毛宽）=H ctgθ（m）。

项目的典型地块缓坡 2o～5o，田面宽为20m左右，较陡坡 5o～10o，田面宽为 15m左右。田边蓄水埂高0.3m，顶宽 0.3m，内坡比为 1∶1，外坡坡度与田坎坡度相同。梯田挖（填）方的断面面积可由下式计算:

3.1.4 田坎设计

根据项目区坡地的坡度及土质情况，确定梯田田坎高H为1.5m，沿等高线布设。根据调查项目区现存水平梯田，其田坎外侧坡度在 75°左右，按照《水土保持综合治理技术规范》要求，以 15°坡改梯为例，考虑种植要求田面宽度取 5m以上，初选α=75°，田坎高度H为1.5m。

按公式B=Bm-b=H（ctgθ-ctgα）验算田面宽度是否满足耕种要求:B=H（ctgθ-ctgα）=1.5× （ctg15°-ctg75°）=1.5×（3.73-0.27）=5.2m。经计算，田面宽度大于5m，能满足种植要求。此规划确定田埂形式为外坡75°，内坡45°。

3.1.5 工程量计算

绥中县坡耕地水土流失综合治理项目区坡耕地面积为1113.33hm2，共需动用土方 208.67万 m3，修筑田埂510.40km，动用土方7.50万m3。由于考虑到田块四周角落的表土不方便剥离，此次表土剥离取新修梯田总面积的70%，表土剥离的土方量为155.87万m3。

3.2 配套措施设计

3.2.1 蓄水工程设计

（1）设计原则及标准。项目区距龙屯水库及六股河、王宝河、捞豆沟河距离较近，且属于王石灌区灌溉范围，灌溉水源充足，但灌溉设施欠缺，此次实施方案对该工程区进行蓄水池及田间管路配套工程设计。蓄水池满足梯田日用水量，满足提供足够水头，满足修建省工、使用方便的原则。根据地形有利、便于利用、工程量小、施工方便等条件确定。根据该处农地最高日用水量确定蓄水池容量:典型设计为图斑C8地块最高日设计用水量为1760m3/天，为满足生产用水需求，结合当地实际情况，蓄水池规模确定容量为155m3，为封闭式混凝土结构。该工程区灌溉形式采用轮灌，灌溉设计保证率采用75%。

（2）蓄水池放水量计算。蓄水池放水量可根据项目区单个蓄水池控制面积计算。其计算公式如下:

式中:F0—单个蓄水池控制灌溉面积，亩；

Q—单个阀门控制出水量，取60m3/h；

t3—灌溉期开机时间，取20h/d；

T2—每次轮灌期的天数，20d；

η—灌溉水利用系数，取0.85；

η1—干扰抽水的水量消减系数，取0.05；

m2—每亩每次综合平均灌水定额，取20m3/亩。

经计算，项目区蓄水池单个阀门控制灌溉面积为64.6hm2。根据实地水源及已有灌溉条件，选择临近六股河、王宝河及捞豆沟河的9处至高点，建设蓄水池 9座，项目建成后，与项目区已有的蓄水池（2座）、方塘（5座）及其它灌溉措施同时投入使用，可满足工程用水需求。根据单蓄水池控制灌溉面积的计算，考虑到项目区内的地形、蓄水池群分布的合理性、运行管理的方便，此设计中主要采用单蓄水池管道系统，部分地块水量不够，可适当延长灌水周期，则本项目共需建蓄水池9座。

（3）蓄水工程典型设计。

a）蓄水池配水管径选择。包括配水干管、配水支管管径选择。管材的选择根据当地使用要求及规划，采用固定式管道，埋于冻层以下。所以，对管材要求耐腐蚀、有一定的耐压性，使用寿命长，能适应一定的不均匀沉陷等。综合上述因素，干管与支管采用硬聚氯乙烯管（UPVC管）。竖管采用钢管。给水管的管径应根据管内流量，管网所能保证的水压和最不利配水点需用水压计算确定。

管径d=1.13（Q/v）1/2

式中:v—管内水流速（干管V=1.2～2.0m/s，支管V=0.75～1.2m/s）；

D—管内径（m）；

Q—管段内设计流量（m3/s）。

则:配水干管管径d=1.13（Q/v）1/2

食品生产工业产生大量废水，如鱼类加工、菜蔬腌制、制造肉类罐头、奶制品等。在食物加工过程中，由于干燥盐或盐溶液的使用而产生了大量的含盐废水。在鱼类产品生产加工作业中，卸鱼过程伴随的海水是最初的主要污染源，后期加工过程中又产生大量盐类和有机物等[6]。制革工业也产生大量废水，鞣革加工过程需要添加盐同时产生大量的废水，例如浸泡兽皮的溶液中NaCl含量高达80 g/L[7]。石油工业的生产也造成了大量废水的产生，原油主要含有复杂的混合物如脂肪族、脂环族等，需要在精炼过程中加入破乳剂。倾析乳液和水油过程中产生的高盐度废水，是淡水盐度水平至海水的3倍以上[8]。

=1.13×（40/3600÷1.5）1/2

=0.097（m）

选择型号:110×3.8mm，即外径 110mm、壁厚δ=3.8mm的UPVC给水管路。（工作压力P= 0.8MPa）。

配水支管管径d=1.13（Q/v）1/2

=1.13×（20/3600÷1）1/2

=0.084（m）

选择型号:75×2.7mm，即外径75mm、壁厚δ=2.7mm的UPVC给水管路。（工作压力P= 0.8MPa）。

沿程水头损失 hf=0.000915×（Q1.774/d4.774）×L

式中:hf—沿程水头损失（m）；

Q—管内流量（m3/s）；

D—管道内径（m）；

L—管路长度（m）。

局部水头以沿程水头损失的10%计，则:配水干管（0～1段）水头损失:

h=1.1hf=1.1×［0.000915×（（40/3600）1.774/ 0.10244.774）×240］=4.38（m）；

配水支管（1～2段）水头损失:

h=1.1hf=1.1×［0.000915×（（20/3600）1.774/ 0.06964.774）×200］=6.74（m）。

给水栓的局部水头损失，可按0.3～0.5m取用，此设计中取 0.3m，每个给水栓的余压要求1.0～2.0m，此设计中取2.0m。

b）蓄水池地面高程确定。蓄水池底板所需高程为H=H1+H2+H3+H4+H5

式中:H—蓄水池地面高程（m）；

H1—最不利配水点高程（m），为最不利配水点地面高程 +1m，（1m为出地管高度）为21m；

H2—最不利配水点至蓄水池管段水头损失之和（m），为60m；

H3—水表的水头损失（m）（DN=75mm旋翼式水表，水头损失为1.17m）；

H4—最不利配水点所 需流出水 头（m）（取2m）；

H5—为不可预见反留有余地的富余水头（m）（取2m）。

即H=H1+H2+H3+H4+H5=21+60+1.17+2 +2=86.17m；

即蓄水池底板高程应大于或等于86.17m，此次设计蓄水池底板高程为 95.60m，满足供水要求。为防止蓄水池产生冻融裂缝，蓄水池基础需砌筑至当地冻层以下，即 1.20m。同时为减少蓄水池开挖方量，在开挖 1m以后上覆土 1m，因此，蓄水地面高程=池底板高程（m）-1.0m+蓄水池高度（m）= 95.60-1.0+3.5=97.1m

c）管道埋设。埋设管道的沟槽开挖要由中心线向两边开挖，当地最大冻深为1.20m，该工程设计挖深1.40m，开挖底宽0.6m，开挖顶宽0.8m；管道铺设时管与配件之间连接时均采用承插方式；UPVC管接口，先用砂纸把管接头部位擦好，再用布把碎末擦净，然后抹胶，抹胶一定要均匀，最后把管连接起来。

d）出水栓。出水栓竖管根据实际需要，管径确定为 φ75mm。根据项目区最大冻土层深为1.20m，该项目管道埋设深度确定 1.20m。每个竖管需露出地面0.3m，则每根竖管长为1.5m。

e）排水井和阀门井。为避免灌溉管道中存水，冬季冻胀管道，所以在灌溉管网的管道最低处设置放水阀、并修建排水井，灌溉结束后进入排水井打开放水阀，管道中的存水通过放水阀门排出管道。项目区需要设置排水井11座。

为控制及检修方便，需在干管上安装控制阀，并修阀门井。此次规划，每条干管上修一座阀门井，共计9座。

（4）工程量计算。项目区9个蓄水池单池容量为155m3，需要设置排水井11座，阀门井9座。埋设U-PVC输水管路总长23.915km，竖管720m。该项目设计出水栓479个（间距为 50m一个），变径三通 115个。

3.2.2 田间道路工程设计

（1）设计原则及标准。作业路修建应在治理前完成，以保证施工运输、治理管护、防火及后期产品运输方便。工程区的道路分上山大路和田间小路。上山的大路多布置在沟边、沟底或山脊上，宽在 5m左右，路面坡度应小于15°，为防止流水汇集冲刷路面并利用路水灌田，布置在沟边的道路要修成外高里低的路面，并每隔一段筑一小土埂，将路水引入台面；田间小路一般宽2m，路坡在20°以下，山高坡陡，道路要呈“S”形迂回上山，以便于果实采摘和小型农机具通过。工程区新修作业路12.676km，维修作业路7.414km。

（2）工程量。根据各工程区典型地块设计数据推算工程区田间道路工程量。该项工程田间道路设计路面宽4m，新修作业路12.676km，维修作业路7.414km。

4 结语

绥中县坡耕地水土流失治理措施设计，根据项目区地形地貌、立地条件、农业发展方向和结构调整等综合因素；遵循了布局合理、兼顾周围、相对集中、方便管理与本着靠近水源，就缓就低，有利于机耕和灌溉的原则；合理利用了土地资源，优化了土地利用结构，提高了土地生产力，提高了商品意识，改善了当地生态环境，使当前利益、长远利益相结合，生态效益与经济效益相结合，促进了经济健康、可持续发展。

［1］李德花.建平县水土保持工程总体布局与工程措施设计［J］.水利规划与设计，2012（01）:51-56.

［2］金艳丽.建平县水塘沟小流域综合治理工程布局［J］.水利规划与设计，2014（01）:39-40+43.

［3］王忠法.对小流域规划的几点认识［J］.水利规划与设计，1994 （02）:35-38.

［4］李静华.凌源市四官营子小流域治理工程分析［J］.水利规划与设计，2015（02）:45-46+58.

［5］刘桂雁.绥中县坡耕地水土流失综合治理分析［J］.黑龙江水利科技，2015（03）:131-132.

［6］李勇.桓仁县坡耕地工程总体布置与措施设计分析［J］.黑龙江水利科技，2014（10）: 183-185.

中国水利水电勘测设计协会技术标准研究工作委员会暨水利水电勘测设计标准化信息网2015年工作会议在长春召开

2015年7月3日，中国水利水电勘测设计协会技术标准研究工作委员会暨水利水电勘测设计标准化信息网2015年工作会议在长春召开。来自34个单位的50名代表参加了会议。

会上介绍了近期水利、水电两个行业技术标准管理和制修订情况，发布了《水利水电勘测设计现行技术标准名录》（第四版），标准化信息网网长单位汇报了标准化信息网的近期工作和下一年工作计划。

（摘自：水利部水利水电规划设计总院网站，http：//www.giwp.org.cn/index.do）

S157

：B

：1008-1305（2015）05-0087-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.032

张子财（1969年—），男，工程师。