黄土高原沟头防治措施浅析

2020-06-08王振飞

陕西水利 2020年1期

王振飞

（子洲县水利局，陕西子洲 718409）

1 概况

子洲县属黄土高塬沟壑区，全县总土地面积2368.7 km2，水土流失面积1583 km2，土壤侵蚀模数由每年260 t/km2成倍向南逐渐递增到2800 t/km2，沟头延伸加快，沟道下切严重，造成的直接后果是农田坍塌减少、道路毁坏、村镇搬迁。为了探索沟头防治，通过认真比选，子洲县水务局决定以七里村为典型代表进行沟头防护试点建设。

2 七里村水土流失现状及特点

2.1 水土流失现状

七里村位于子洲县城南部，总面积4.29 km2，人口1086口人，植被覆盖率19%。属北温带大陆性湿润易干旱季风气候，多年平均降雨量625 mm。七里村土壤由黄绵土和黑垆土等构成，水土流失面积4.29 km2，其中强度水土流失面积1.8 km2，占流失面积42%。严重的水土流失使得七里村经济发展缓慢，地方政府和群众对水土保持工程建设要求迫切、重视程度高。

2.2 水土流失的特点及成因

七里村沟头水土流失主要是溅蚀、面蚀、沟蚀和重力侵蚀，其主要特点为：

（1）自然因素加剧了水土流失。受季风的影响，降水年内分配严重不均，多集中在6月～9月，占全年的75.7%，且多以暴雨形式出现。降雨强度远远大于地面的入渗强度，雨后的径流量较大，依势随坡，席卷塬面，蚕食耕地，切割冲沟，汇集下塬，使沟头不断延伸，沟壁扩张，塬面逐年缩小。

（2）地形地貌加大了治理难度。受塬面的地形地貌的限制，居民区在塬心，地面较平的塬心人类活动频繁，公路、村庄、场地、村前广场等设施增加了集水因素，同时又减弱了蓄水能力，导致了雨后的径流不能蓄于耕地，加大了沟蚀的强度。

（3）综合治理措施难以配置。要保塬，必须实行水不下塬综合治理，但是塬面尽是农田和果园，不能固定种树种草、建淤地坝；特别是难以在一个小的治理单元内布置综合措施，这种客观因素要求人们在综合治理上选择新的突破口。

（4）水力侵蚀集中。塬面村庄和道路多建于高处，塬面多呈坡地，雨后易于形成径流，面蚀产生的悬移质和推移质顺流而下，随着径流的产生集中侵蚀力不断增强，最终导致沟蚀。径流集中汇集后进入胡洞，使切沟不断加深，直至沟头排入沟底，导致沟头溯源而上，重力侵蚀加剧。

（5）重力侵蚀严重。沟壑区沟头发育较快，一公里以上的沟壑就有2条、塬面有胡同3条。每逢下雨，塬面径流冲向沟底，使得沟头不断延伸，沟底下切，沟岸扩张，不断蚕食塬面。据调查七里村的东沟、西沟没有治理的沟头每年以1.5 m的速度向塬心延伸，治理好的沟头由于排水不畅，也时有滑塌现象，所以重力侵蚀已成为保塬、固沟的一大课题。

3 七里村水土流失存在问题

3.1 涝池毁坏严重，集水沟头延伸加快

子洲县没有建涝池或涝池已被填埋多年的村庄，汇水沟头延伸加快，水土流失较为严重。七里村较为典型，没有建涝池，村东两条大的集水沟沟头延伸加快，已毁坏两条生产路，损失农田十几亩。

3.2 非生产用地快速增加，地表径流总量加大

七里村1980年到现在的30多年间，因沟头延伸滑塌毁坏农田200多亩。同时，20世纪70年代到现在非生产用地扩大1.2倍。非生产用地的增加，在塬面形成了新的径流汇集面，在塬边产生破坏力更强的沟头切割与延伸，水土流失加剧。

3.3 蓄排型水保工程设施建设滞后

该村在近20年来农村村庄建设不断扩大，却没有新建涝池或其它水保工程设施；该村在加快新农村的建设过程中，也没有配套排小型水保蓄水设施；该村大型基建项目的建设，扰动和改变了原地物地貌，尤其是公路、村庄巷道硬化面积越来越大，增加了新的地表径流。而建设项目因财政困难或配套资金不到位，没有实行水土保持设施“三同时”制度，水土流失严重。

3.4 农田失修，地表径流拦蓄能力差

虽然七里村非常重视基本农田建设，但是维修和巩固基本农田的机制和措施没有及时跟进，加之近几年连年雨量增加，基本农田水毁严重。几乎村村都有冲垮的地塄、硷畔，水毁土地没有得到及时修复，一遇较强降雨，径流汇集，加剧水土流失。

4 沟头防治措施

针对七里村沟头破坏特点，其防治工作思路为保塬、护坡、固沟。以村组为单元，工程、生物和耕作措施科学搭配，山水田林路综合治理。塬面开展旧村还田和集水工程涝池建设，配套生产路，修筑沟边埂和小型水保设施。坡面实行大封禁，小治理，修建排水渠，塬边沟峁种树的治理模式。依靠自然和人为力量共同修复植被，生物措施根据不同地理条件，采取乔木、灌木和种草相结合，建立塬、坡、沟三道立体防线，控制水土流失，实现保塬固沟目标。

4.1 涝池工程设计

沟头以上塬面集水面积较大，应布设小型蓄水工程涝池，以减少地表径流汇集沟头。依据国家技术规范和《雨水集蓄利用技术与实践》[1]中关于涝池设计的要求，涝池布设在村西低凹处，与排水沟（或排水型截水沟）的始端相连，以容蓄塬面雨水。沉沙池一般布设在涝池进水口的上游附近。排水明渠（或排水型截水沟）排出的水量，先进入沉沙池，泥沙沉淀后，再将清水排入池中。

4.1.1 蓄水池总容量

混凝土衬砌的蓄水池，衬砌中应专设进水口与溢洪口；土质蓄水池的进水口和溢洪口，应进行混凝土衬砌。并用矩形宽顶堰流量公式校核过水断面。经计算：涝池按照30年一遇洪水设计，洪水总量为0.38万m3；30年一遇洪水校核，洪水总量为0.54万m3，经计算涝池设计容积为5496 m3，能一次拦蓄30年一遇校核洪水。结合实际地形，确定涝池容积为6500 m3，当遇到50年一遇洪水时，能一次全部拦蓄。当遇到特大洪水时由排水明渠引流到下游台阶地。涝池形状为不规则图形，池深4.5 m，池边埂基础做300 mm厚3∶7灰土垫层，砌筑0.6 m的砌砖围墙，设置1.5 m高围栏，涝池边铺设2 m宽的水泥砖，外做2 m宽绿化带，栽植油松和柳树，树高1.2 m以上，间隔5 m，绿化带周边设置。

4.1.2 涝池引水渠和沉淀池

按照子洲县10年一遇洪峰模数为14 m3/km2，村庄汇流面积140亩，洪峰流量为1.31 m3/s,排洪渠断面设计为矩形断面，渠底比降i=1/50。来水首先引水明渠然后进入沉淀池，再经明渠入涝池。引水渠和沉淀池均为混凝土浇筑，矩形断面，宽0.8 m，深0.75 m，渠长30 m，进入涝池引水渠底板为阶梯式；排水明渠和引水渠尺寸相同，为矩形断面，宽0.8 m，深0.75 m，渠长10 m。沉淀池为长方形，长3 m，宽0.8 m、深1.25 m。为钢筋混凝土池体，3∶7灰土垫层0.3 m,素混凝土垫层0.15 m,钢筋混凝土底厚0.1 m,侧墙宽0.1 m,盖板厚0.1 m。

4.2 塬边道路岸坡防护工程

村南生产路两面沟头侵蚀严重造成村南生产路狭窄，群众通行困难，尤其在收获季节，给人民群众带来很大的不便。因此决定对村南道路进行加宽加高。加高8 m，长度为50 m，加宽5 m，上下坡比为1∶2，并配套混凝土隔离墩。土坝与两岸坡接合，必须随坝面逐层升高。土岸须将岸坡削到大于1∶1的斜坡，以保证坝与岸坡结合紧密。坝体横向接逢结合坡度不应陡于1∶3。坝坡应多填0.4 m～0.5 m。

4.3 排水渠设计

依据中华人民共和国《水土保持综合治理技术规范》[2]，排水沟布设在防汛道路陡坡两侧，用以排除不能容纳的地表径流。排水沟的终端连接蓄水池。本次规划布设排水渠0.5 km，采用混凝土明渠。防汛道路长1300 m，分为6段，长度为0.6 km。排水渠汇流后进入蓄水池，集水面积为1.32亩。排水渠设计流量计算采用10年一遇洪水标准进行计算，按照子洲县10年一遇洪峰模数为14 m3/km2，村庄汇流面积1.32亩，洪峰流量为0.01 m3/s,排水渠断面设计为矩形断面，渠底比降i=1/5。

根据洪峰流量按照明渠均匀流公式计算排洪渠断面,由明渠均匀流公式计算：

式中：C 为谢才系数，C=（1/n）R1/6，28.59；W 为过水断面积，0.16 m2；X为湿周，1.2 m；B为排水渠底宽，0.4 m；h为排水沟水深，0.4 m；R=（W/X），0.133；i为渠道比降，1/5；Q 为排水渠流量，m3/s。

经计算，明渠均匀流为0.75 m3/s，因此确定排水渠为矩形断面，底宽为0.4 m,高0.4 m，盖板厚0.06 m,采用混凝土衬砌，3∶7灰土厚0.15 m，侧墙厚0.1 m,底板厚0.1 m。

4.4 塬边防护和沟头坝工程设计

项目区沟道内地形支离破碎，沟头前进、沟岸扩张较为严重，根据实际情况，塬边防护工程采用蓄水型沟头防护工程中的围埂式。设置在沟头以上的3 m～5 m处，沿等高线围绕沟头修筑土埂，全部拦蓄上面来水。本次规划塬边防护工程0.45 km，沟头坝2座。沟头坝为土质梯形断面，坝高因沟边地形而定一般为0.8 m～1.5 m，顶宽0.8 m，内外坡比1∶1，用土料填筑压实。沟边埂沿等高线顺沟边布置，一般位置距沟头3 m～5 m，围埂高 0.5 m～0.8 m，顶宽 0.8 m，内外坡比 1∶1，用土料填筑压实。内坡外侧栽植速生根系发达的树种，外坡种草护埂。

4.5 小型蓄水池工程设计

为了汇流防汛道路洪水，在防汛道路陡坡段新修小型蓄水池6座，汇流洪水，做到水不下沟。标依据国家技术规范和《雨水集蓄利用技术与实践》中关于蓄水池设计的要求，按照子洲县10年一遇洪量模数为2.64万m3/km2，防汛道路长1300 m，分为6段拦蓄，每段一次可拦蓄23.3 m3，结合实际地形确定6个蓄水池，容积为25 m3。蓄水池形状为长方形，池长5 m，池宽2.5 m,池深2 m，其中设计池深1.8 m,安全超高0.2 m。