平原区取料场水土保持治理措施探讨

高玉华

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

平原区灌区为满足供水规模，灌溉总干渠、分干等多为填方渠道，在建设过程需要大量外借土方。主体工程在设计、施工中，从运距、土源质量等综合分析后，一般都沿渠道布置沿线取料场，渠道建成后，渠道两侧形成深浅不一的坑，破坏面积较大。由于灌区周边区域地势平坦开阔，多为农田，导致无弃土可回填利用，因此平原区开挖后的取料场治理难度较大，以绥滨县德龙灌区为例，探索平原区取料场的治理模式。

1 取料场概况

德龙灌区位于黑龙江省绥滨县境内，灌区总控制面积3.03万hm2，新建灌溉站一座，总干渠一条，分干渠4条，独立支渠10条，主要建筑物36座。根据料场测量资料，沿线取料场总用地面积479.55 hm2，其中总干渠沿线取土宽度30～219 m不等，平均挖深1.6 m；分干渠沿线取土宽度17～164 m不等，平均挖深1.6 m；支渠沿线取土宽度10～50 m不等，平均挖深1.2 m。因灌区地势低平，渠堤填筑土料紧缺，故料场清基土和渠系开挖土全部回填利用，工程沿线无永久弃土，从而导致破坏后的料场开挖面无弃土回填，开挖面低洼、积水，立地条件恶劣，难以按原地类进行恢复。各取料场取土后迹地现状见图1。

图1 取料场

2 沿线取料场水土保持治理措施总体布局

根据德龙灌区沿线取料场开采后形成的地形地貌特点、立地条件和气象等自然条件，在无弃土回填的前提下因地制宜地布置了工程措施与植物措施相结合的综合防治措施[1]，具体为：取料场开挖底面进行土地整治，形成从渠堤向征地界逐步降低的地势，坡比控制在1∶10，然后在料场底面外征地界沿线开挖与渠道平行的排水沟，拦截开挖面地表径流，并按照排水量间隔一定距离设置集水坑，集蓄料场底部多余积水，从而改善料场开挖底面高低不平的立地条件；在此基础上，局部进行换填土栽植适生的乔、灌、草相结合的植物措施，在渠道两侧形成防护林带。

3 沿线取料场水土保持措施设计

3.1 工程措施设计

3.1.1 截排水工程

根据取料场开挖面回流和渠堤渗水量，在总干渠布置排水沟17条，长36.1 km，并在靠近村屯附近设置集水坑17个，便于集水后抽排继续用于灌溉或发展养殖业。

(1)设计流量。排水流量主要由料场范围内的降雨形成的涝水及渠道输水过程产生的渗流量组成。

渠道渗流量采用AutoBank渗流分析软件进行计算，该程序采用有限元数值分析的方法。

降雨排水流量Qm计算公式为：

Qm=16.67φqF

(1)

式中：φ为径流系数，按背水侧边坡和开采料场(含单侧渠顶及管理范围征地)两种不同地表种类面积加权求得平均径流系数；q为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min；F为汇水面积，km2。

设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度q计算公式为[2]：

q=CpCtq5,10

(2)

式中：Cp为重现期转换系数，按5 a重现期取1.0；Ct为降雨历时转换系数;q5,10为5 a重现期和10 min降雨历时的标准降雨强度，mm/min。

排水沟道设计流量为每条沟道的降雨排水流量与渠道渗流量叠加后成果，见表1。

表1 设计排水流量计算

(2)排水沟道设计。排水沟横断面采用梯形断面，沟道的设计比降参考所在渠道的纵向比降选取，边坡均按1∶1.5设计。

排水沟断面按明渠均匀流公式计算，计算公式为[2]：

(3)

(4)

式中：Q为渠道设计流量，m3/s；W为渠道过水断面面积，m2；R为水力半径，m；i为水力比降，在均匀流中与渠底比降一致；C为谢才系数；n为糙率。

根据已知的Q、n、i，利用计算机试算求出排水沟道设计水深，从而确定排水沟道挖深。集水坑尽量利用料场的宽度，不增加新占地，采用半挖半填型式。各排水沟道设计水力要素见表2，集水坑位置及尺寸见表3。

表2 排水沟道水利要素

表3 集水坑位置及尺寸表

续表3

3.1.2 土地整治工程

料场截排水工程开挖土方均用于料场其它区域土方平整，用推土机将料场开挖底面凸凹不平的土方进行平整，沿渠堤保护用地向外征地界方向形成内高外低的坡面，坡比可控制在1∶10，形成缓坡，便于料场开挖面坡水流入底部设置的排水沟和集水坑内。

3.2 植物措施设计

结合料场外侧开挖的排水沟，在沟边撒播种草，增加地表植被的同时提高入渗水量，起到拦蓄坡水的作用，草籽选用耐水湿的小叶樟、紫花苜蓿等，撒播密度80 kg/hm2；集水坑布置在靠近村屯附近，根据集水面大小、水深，附近村屯可适当发展养殖业，同时也可将集水坑内水提水灌溉给附近农田；临近排水沟向渠道侧10.0 m范围栽植耐水湿的灌木柳，株行距0.7 m×0.7 m；考虑总干渠沿线景观要求，灌木外侧至渠道征地界区域栽植银中杨，株行距2.0 m×2.0 m。

为改善立地条件，提高乔、灌木成活率，在乔、灌木穴坑内采取换土措施[3]，坑穴内填入富含植物根系、土质肥沃的外购腐殖土。造林后及时进行松土除草，对穴外影响幼树生长的高密杂草要及时割除，连续进行3年，每年1～3次。松土应做到里浅外深，深度一般为5～10 cm，同时对新造林地要加强管护。

4 结 语

平原区灌区工程取料场存在占地面积、扰动地表剧烈、无弃土回填等特点，同时取料开挖后的开采面出现高陡边坡、深浅不一的坑、汛期积水严重等诸多问题，不仅造成植被恢复难度大，同时也给附近村屯居民出行、生产造成安全隐患。德龙灌区各渠道沿线取料场的水土保持设计模式较为合理，因地制宜的利用取料后施工迹地的地形地貌，通过排水沟和集水坑集蓄了坡面汇流和渠道渗流，再通过局部换土布置了层次分明的乔、灌、草搭配的治理模式，在渠道两侧形成绿色防护林带，不仅控制了新增水土流失，亦具有良好的景观效果。