塬面保護工程設計中應注意的幾個問題

趙永軍， 陳建錄， 李長保

(1.水利部 水土保持監測中心，北京 100055； 2.陜西省水利廳 農業綜合開發辦公室，陜西 西安710004；3.陜西省水土保持局，陜西 西安 710004)

黃土高塬溝壑區塬面平緩，為主要的糧食生產區和居住區，但長期的水土流失導致塬面縮小，更嚴重的是溝道不斷延伸切割塬面，使完整的塬面變得支離破碎，優良的土地資源逐步喪失，因此塬面治理和保護十分必要和迫切。

1 設計原則

為了提高投資效益，塬面保護工程應根據塬面不同區域和侵蝕特點，采取不同的防護策略：在塬面排水集中區可考慮布設澇池和適當的排水工程控制溝頭侵蝕；在塬邊線修建蓄水型溝邊埂，結合蓄水池、水窖等對小流量散排雨水進行控制，減少塬邊侵蝕；對塬邊線周邊的坡耕地實施坡改梯，建設經濟林和水保林，控制塬坡侵蝕。黃土高原塬面侵蝕最為嚴重的是雨水集中排放后造成的沖刷，常致溝頭延伸，溝谷深切，溝岸擴張，塬面變小。近年來，隨著城鎮化建設的推進，村鎮住戶相對集中，村內硬化面積加大，造成降雨匯流快、排放更加集中，塬面侵蝕更加強烈，由于塬面上的村莊比較多，面積也比較大，因此村莊排水造成的沖刷是治理的重點。

塬面保護規劃設計應遵循以下原則：

(1)因地制宜。工程措施和植物措施相結合，以侵蝕溝頭為重點，對集中排水、沖刷嚴重的區域采取工程措施，切斷溝頭延伸，控制塬面切割；以塬邊線為邊界，對分散排水、侵蝕較輕的區域，采取植物措施，減少塬邊沖刷，恢復塬邊坡生態。

(2)先蓄后排。按照海綿城市建設理念，提高水資源利用率。雨水應優先考慮蓄集和利用，不能蓄集利用的再考慮排放。優先考慮修建澇池、蓄水池等，將雨水蓄集起來用于灌溉、養畜、生態建設等，亦可考慮修建入滲溝、入滲井等增加地下水補給，還可考慮排往果園、農田用于提高土壤墑情，增加抗旱能力。

(3)大蓄小排。黃土高原土壤抗沖刷能力弱，稍大的流量就可造成嚴重的沖刷，受地形條件限制，將水流從塬面送至河道困難重重，目前采取的工程措施均不能把雨水徑流送入大河道，多在小溝道內，為了減少溝道沖刷，排放流量應有適當的控制，流量越小越好，流速越低越好，應將大流量雨水徑流經澇池、蓄水池等蓄集后再小流量排出。

(4)經濟合理。塬面保護區域范圍較大，需用投資量也大，如何利用有限的投資取得最佳的治理效果，使更多的群眾受益是規劃設計需要重點考慮的。塬面保護設計要確定合適的標準、最優的方案，是采用“大澇池全蓄”“中澇池調蓄+排放”還是“全排放”，要進行方案優選，采用“明渠”“豎井”“涵管”等排放措施時也要進行優選，澇池防護措施要進行優化，需防滲的防滲，不需防滲的以保穩定為主，澇池建設應盡量自然、生態。

(5)創新技術。塬面保護工程設計中要注重新技術、新材料、新工藝的應用，在防滲施工中可考慮防滲膜，排水管可考慮塑料管、雙壁波紋管等；豎井可考慮沉管、沉井等；平洞可采用頂管等，方便施工、工期短、安全省工；管道排水在坡度、長度合適區域可推廣采用“傾斜定向鉆+PE管”，節省投資。

2 措施布設與設計

塬面保護工程分為塬面排水工程和塬坡治理工程兩種類型。塬面排水工程包括引水渠、沉沙池、澇池、排水渠、消力池，以及豎井、涵洞、排洪渠等。塬坡治理工程主要有溝邊埂、溝頭防護(跌水)、坡改梯、經濟林、水保林、種草、生產道路、蓄水池(窖)等。

2.1 塬面排水工程設計

塬面排水工程設計要嚴格遵守水利工程設計規范，首先是確定塬面防護區域，準確計算來水量，按設計標準算好水文賬，在方案比選的基礎上合理確定工程方案。塬面排水工程均屬小型工程，一般設計標準低，超標洪水可不予考慮。在條件允許的區域可將周邊農田或低洼區作為備用排水區，蓄滯超標洪水；對無條件集中排放的，盡量考慮自然分散排放超標洪水，不可集中排放，以免產生更嚴重的沖刷。

2.1.1 集水區域的劃定

集水區應準確劃定，能分散排放的可不考慮集中排放；輸水距離長的需要另行考慮；有多個澇池的，合理劃定各自的防護區。集水區域不準確，可能造成大澇池空儲備，或小澇池低防護。

2.1.2 暴雨計算

根據相關規范，準確計算降水總量和最大流量，應采用多種方法進行比較。需根據村莊分布、排水系統比降、排水標準等來估算總量、流量及降水歷時等，進行較為詳細的匯流計算。

2.1.3 有澇池的排水工程設計

村莊、溝頭周邊有建設澇池條件的，優先考慮建設澇池。全攔蓄型可根據設計標準下防護區域內產流總量決定澇池蓄水容積；調節型澇池容量包括常蓄水量和調節容量，調節容量需要根據入澇池引水渠系流量、出澇池排水溝道下泄允許流量、匯流時間進行綜合計算確定。村莊內排水按1～2 a重現期規劃設計排水渠系，合理確定排水渠斷面和渠道坡度，要充分利用村莊合理集水、滯洪，控制入池流量，延長匯流時間，一般按3～6 h排完積水考慮。出澇池流量越小越好，流量越小才可能減小對溝道的沖刷，不至于因新修排水工程集中排水而產生新的、嚴重的沖刷，同時可減小排水渠管的尺寸，有效減少投資。澇池形狀因地形而異，澇池深度3～5 m，景觀常蓄水位應控制在1 m以下。

澇池入水系統包括引水渠、沉沙池、涵管、集流槽(管)、消力池等，塬邊澇池要注意入水口高程控制，防止超標洪水進入造成破壞。澇池排水系統包括出水口、出水涵管，后接渠道或管道，調蓄型澇池出水口下沿應與常蓄水位一致，以有效利用調蓄容積。后續渠道根據流量、地形等確定合理的排水方式，緩坡可采用現澆混凝土明渠，陡坡盡可能采用管道，陡崖可考慮“豎井+涵洞”方案，并做好方案比選，選取投資小、可靠性高、便于施工的方案。

澇池防滲應綜合考慮，如果是蓄水利用型，那么應進行全面防滲；有景觀蓄水要求時，可分兩部分，常蓄水部分需進行防滲，調蓄部分可不防滲；澇池距溝沿較近時，選址應避開滑坡體等不良地質環境，同時應考慮工程安全距離和防滲要求。

2.1.4 無澇池的排水工程設計

無澇池的排水工程設計重點考慮兩種情況：一是遠離村莊的農田保護區的塬面防護，要提高溝頭防護工程標準，分段就地攔蓄，來水量大的可以考慮土質蓄水池，實施塬面坡改梯等工程，攔蓄雨水；二是居民點集中區域、道路、廣場等匯水面大的，在確無澇池建設條件的情況下，對分散排水不現實，集中排水已成定勢，侵蝕嚴重的溝頭，可考慮“集水池+直排”。集水池體積小，為安全考慮可采用混凝土現澆，集水池出水口可考慮漏斗形，以改善流態、增加泄水量；排水可采用管道或渠道，對地形受限、無開挖條件的可采用PE類管材，施工可用傾斜定向鉆，對有開挖條件的可采用PE管或混凝土管，坡度緩的可采用混凝土明渠。直排一般應用在排水流量大、距離短的地點。

2.2 塬坡治理工程

(1)溝邊埂。溝邊埂是沿塬邊布設的擋水埂，以蓄水式為主，配合蓄水池窖和溝頭防護(跌水)等，控制塬邊侵蝕。應分段計算匯水區域，合理劃分防護區段，可分片設多道、多段，做到層層攔蓄。

(2)坡面治理。對塬邊緩坡段坡耕地應考慮實施坡改梯、發展經濟林等，改善地形地貌，對荒地采取水平階整地，營造水土保持防護林，增加植被，提升防護能力。

(3)溝頭整理。對部分淺侵蝕溝道進行整理，上部修建溝邊埂，溝底挖填平整成梯田，恢復土地利用。溝道較長時應分段分層，匯流區較大時，還需考慮排水管，每塊田面外沿護埂高出田面1 m左右，以增加蓄水能力。對零亂沖溝、崩塌危崖可采用削坡回填和邊坡防護措施。

3 注意事項

(1)材料選用。黃土高原塬面侵蝕集中區，石料采買不便，石質差，運距長、運量大、耗人工多，加之漿砌石渠道剛性強，防滲、抗凍性能差，施工難度大，投入勞力多，不建議采用。而采用混凝土則相對較好，混凝土整體性強，防滲、抗凍、抗沖等性能均較好，渠道現澆壁厚10～20 cm即可滿足要求。預制混凝土渠道、管道體量小，工程量小，質量可靠，安裝方便,可廣泛采用，U形排水渠、圓形預制管等均可在平緩段考慮采用。PE類管材熱熔焊接，不滲漏，柔性好，內壁光滑，抗沖能力可達鋼管的4倍，傾斜鋪設時控制流速在6 m/s以內，管徑不超500 mm為宜；坡度較緩時，可開挖鋪設；坡度大及陡坎處無法開挖時，可考慮傾斜定向鉆鋪設(施工中一定要核查PE管材質量)。豎井可采用預制井圈沉井施工方案，較長涵洞可采用頂管施工方案。

(2)沉沙池可采用磚砌或混凝土現澆，穿路涵洞建議采用混凝土預制管，以方便施工，縮短工期，減小施工影響。集流槽可采用臺階狀現澆混凝土，并與下池臺階人行步道結合設計，也可采用預制混凝土管、PE管等。

(3) 澇池較大、泥沙較多時，應考慮修建下池車道，以便于清淤，同時對引水渠道分段增加沉沙池，加大澇池入口沉沙池容積，以減少澇池泥沙淤積，延長工程使用年限。

(4)全蓄性澇池在設計時要充分考慮水的綜合利用，可考慮利用低位泄水管或泵站將水排入果園、梯田、低洼區，或用于解決庭院經濟用水需求，以提高水資源利用率。

(5)澇池設計要考慮安全防護措施，應布設護欄。護欄應盡量與環境相一致，以綠籬和磚墻為主，形成自然生態景觀。在水保措施主體設計中，護欄、周邊廣場等綠化、美化景觀措施應以簡約為宜。

(6)溝邊埂應與排水工程、蓄水澇池聯合布設，有條件的地方適當考慮植物護埂等措施。

(7)可在加快入滲、增補地下水、提高土壤深層墑情方面進行科學探索，宜在果園、梯田內建設入滲溝、入滲池、入滲管等，提高雨水就地利用率，減少下泄量。

(8)加快推進雨污分流，嘗試推廣家庭分戶污水處理和垃圾分類處理。

(9)生產道路設計應充分考慮排水，在有坡度的地段可不考慮排水溝，但應注意布設路面截流措施，及時截斷路面徑流，以小流量排出路面，而不要用排水溝集中匯流排放，以免產生集中沖刷。

4 管護機制

工程設計中要按照“先建機制，后建工程”的思路，建立有效的工程管護機制，工程建成后及時移交當地村組，夯實管護責任，確保工程安全和效益的永續發揮。工程的建設亦應推行“以獎代補”機制，明確獎勵補助政策，鼓勵村組、群眾積極參與，充分調動群眾積極性，加快工程建設。