黃土高原溝頭防治措施淺析

王振飛

（子洲縣水利局，陜西 子洲 718409）

1 概況

子洲縣屬黃土高塬溝壑區，全縣總土地面積2368.7 km2，水土流失面積1583 km2，土壤侵蝕模數由每年260 t/km2成倍向南逐漸遞增到2800 t/km2，溝頭延伸加快，溝道下切嚴重，造成的直接后果是農田坍塌減少、道路毀壞、村鎮搬遷。為了探索溝頭防治，通過認真比選，子洲縣水務局決定以七里村為典型代表進行溝頭防護試點建設。

2 七里村水土流失現狀及特點

2.1 水土流失現狀

七里村位于子洲縣城南部，總面積4.29 km2，人口1086口人，植被覆蓋率19%。屬北溫帶大陸性濕潤易干旱季風氣候，多年平均降雨量625 mm。七里村土壤由黃綿土和黑壚土等構成，水土流失面積4.29 km2，其中強度水土流失面積1.8 km2，占流失面積42%。嚴重的水土流失使得七里村經濟發展緩慢，地方政府和群眾對水土保持工程建設要求迫切、重視程度高。

2.2 水土流失的特點及成因

七里村溝頭水土流失主要是濺蝕、面蝕、溝蝕和重力侵蝕，其主要特點為：

（1）自然因素加劇了水土流失。受季風的影響，降水年內分配嚴重不均，多集中在6月～9月，占全年的75.7%，且多以暴雨形式出現。降雨強度遠遠大于地面的入滲強度，雨后的徑流量較大，依勢隨坡，席卷塬面，蠶食耕地，切割沖溝，匯集下塬，使溝頭不斷延伸，溝壁擴張，塬面逐年縮小。

（2）地形地貌加大了治理難度。受塬面的地形地貌的限制，居民區在塬心，地面較平的塬心人類活動頻繁，公路、村莊、場地、村前廣場等設施增加了集水因素，同時又減弱了蓄水能力，導致了雨后的徑流不能蓄于耕地，加大了溝蝕的強度。

（3）綜合治理措施難以配置。要保塬，必須實行水不下塬綜合治理，但是塬面盡是農田和果園，不能固定種樹種草、建淤地壩；特別是難以在一個小的治理單元內布置綜合措施，這種客觀因素要求人們在綜合治理上選擇新的突破口。

（4）水力侵蝕集中。塬面村莊和道路多建于高處，塬面多呈坡地，雨后易于形成徑流，面蝕產生的懸移質和推移質順流而下，隨著徑流的產生集中侵蝕力不斷增強，最終導致溝蝕。徑流集中匯集后進入胡洞，使切溝不斷加深，直至溝頭排入溝底，導致溝頭溯源而上，重力侵蝕加劇。

（5）重力侵蝕嚴重。溝壑區溝頭發育較快，一公里以上的溝壑就有2條、塬面有胡同3條。每逢下雨，塬面徑流沖向溝底，使得溝頭不斷延伸，溝底下切，溝岸擴張，不斷蠶食塬面。據調查七里村的東溝、西溝沒有治理的溝頭每年以1.5 m的速度向塬心延伸，治理好的溝頭由于排水不暢，也時有滑塌現象，所以重力侵蝕已成為保塬、固溝的一大課題。

3 七里村水土流失存在問題

3.1 澇池毀壞嚴重，集水溝頭延伸加快

子洲縣沒有建澇池或澇池已被填埋多年的村莊，匯水溝頭延伸加快，水土流失較為嚴重。七里村較為典型，沒有建澇池，村東兩條大的集水溝溝頭延伸加快，已毀壞兩條生產路，損失農田十幾畝。

3.2 非生產用地快速增加，地表徑流總量加大

七里村1980年到現在的30多年間，因溝頭延伸滑塌毀壞農田200多畝。同時，20世紀70年代到現在非生產用地擴大1.2倍。非生產用地的增加，在塬面形成了新的徑流匯集面，在塬邊產生破壞力更強的溝頭切割與延伸，水土流失加劇。

3.3 蓄排型水保工程設施建設滯后

該村在近20年來農村村莊建設不斷擴大，卻沒有新建澇池或其它水保工程設施；該村在加快新農村的建設過程中，也沒有配套排小型水保蓄水設施；該村大型基建項目的建設，擾動和改變了原地物地貌，尤其是公路、村莊巷道硬化面積越來越大，增加了新的地表徑流。而建設項目因財政困難或配套資金不到位，沒有實行水土保持設施“三同時”制度，水土流失嚴重。

3.4 農田失修，地表徑流攔蓄能力差

雖然七里村非常重視基本農田建設，但是維修和鞏固基本農田的機制和措施沒有及時跟進，加之近幾年連年雨量增加，基本農田水毀嚴重。幾乎村村都有沖垮的地塄、鹼畔，水毀土地沒有得到及時修復，一遇較強降雨，徑流匯集，加劇水土流失。

4 溝頭防治措施

針對七里村溝頭破壞特點，其防治工作思路為保塬、護坡、固溝。以村組為單元，工程、生物和耕作措施科學搭配，山水田林路綜合治理。塬面開展舊村還田和集水工程澇池建設，配套生產路，修筑溝邊埂和小型水保設施。坡面實行大封禁，小治理，修建排水渠，塬邊溝峁種樹的治理模式。依靠自然和人為力量共同修復植被，生物措施根據不同地理條件，采取喬木、灌木和種草相結合，建立塬、坡、溝三道立體防線，控制水土流失，實現保塬固溝目標。

4.1 澇池工程設計

溝頭以上塬面集水面積較大，應布設小型蓄水工程澇池，以減少地表徑流匯集溝頭。依據國家技術規范和《雨水集蓄利用技術與實踐》[1]中關于澇池設計的要求，澇池布設在村西低凹處，與排水溝（或排水型截水溝）的始端相連，以容蓄塬面雨水。沉沙池一般布設在澇池進水口的上游附近。排水明渠（或排水型截水溝）排出的水量，先進入沉沙池，泥沙沉淀后，再將清水排入池中。

4.1.1 蓄水池總容量

混凝土襯砌的蓄水池，襯砌中應專設進水口與溢洪口；土質蓄水池的進水口和溢洪口，應進行混凝土襯砌。并用矩形寬頂堰流量公式校核過水斷面。經計算：澇池按照30年一遇洪水設計，洪水總量為0.38萬m3；30年一遇洪水校核，洪水總量為0.54萬m3，經計算澇池設計容積為5496 m3，能一次攔蓄30年一遇校核洪水。結合實際地形，確定澇池容積為6500 m3，當遇到50年一遇洪水時，能一次全部攔蓄。當遇到特大洪水時由排水明渠引流到下游臺階地。澇池形狀為不規則圖形，池深4.5 m，池邊埂基礎做300 mm厚3∶7灰土墊層，砌筑0.6 m的砌磚圍墻，設置1.5 m高圍欄，澇池邊鋪設2 m寬的水泥磚，外做2 m寬綠化帶，栽植油松和柳樹，樹高1.2 m以上，間隔5 m，綠化帶周邊設置。

4.1.2 澇池引水渠和沉淀池

按照子洲縣10年一遇洪峰模數為14 m3/km2，村莊匯流面積140畝，洪峰流量為1.31 m3/s,排洪渠斷面設計為矩形斷面，渠底比降i=1/50。來水首先引水明渠然后進入沉淀池，再經明渠入澇池。引水渠和沉淀池均為混凝土澆筑，矩形斷面，寬0.8 m，深0.75 m，渠長30 m，進入澇池引水渠底板為階梯式；排水明渠和引水渠尺寸相同，為矩形斷面，寬0.8 m，深0.75 m，渠長10 m。沉淀池為長方形，長3 m，寬0.8 m、深1.25 m。為鋼筋混凝土池體，3∶7灰土墊層0.3 m,素混凝土墊層0.15 m,鋼筋混凝土底厚0.1 m,側墻寬0.1 m,蓋板厚0.1 m。

4.2 塬邊道路岸坡防護工程

村南生產路兩面溝頭侵蝕嚴重造成村南生產路狹窄，群眾通行困難，尤其在收獲季節，給人民群眾帶來很大的不便。因此決定對村南道路進行加寬加高。加高8 m，長度為50 m，加寬5 m，上下坡比為1∶2，并配套混凝土隔離墩。土壩與兩岸坡接合，必須隨壩面逐層升高。土岸須將岸坡削到大于1∶1的斜坡，以保證壩與岸坡結合緊密。壩體橫向接逢結合坡度不應陡于1∶3。壩坡應多填0.4 m～0.5 m。

4.3 排水渠設計

依據中華人民共和國《水土保持綜合治理技術規范》[2]，排水溝布設在防汛道路陡坡兩側，用以排除不能容納的地表徑流。排水溝的終端連接蓄水池。本次規劃布設排水渠0.5 km，采用混凝土明渠。防汛道路長1300 m，分為6段，長度為0.6 km。排水渠匯流后進入蓄水池，集水面積為1.32畝。排水渠設計流量計算采用10年一遇洪水標準進行計算，按照子洲縣10年一遇洪峰模數為14 m3/km2，村莊匯流面積1.32畝，洪峰流量為0.01 m3/s,排水渠斷面設計為矩形斷面，渠底比降i=1/5。

根據洪峰流量按照明渠均勻流公式計算排洪渠斷面,由明渠均勻流公式計算：

式中：C 為謝才系數，C=（1/n）R1/6，28.59；W 為過水斷面積，0.16 m2；X為濕周，1.2 m；B為排水渠底寬，0.4 m；h為排水溝水深，0.4 m；R=（W/X），0.133；i為渠道比降，1/5；Q 為排水渠流量，m3/s。

經計算，明渠均勻流為0.75 m3/s，因此確定排水渠為矩形斷面，底寬為0.4 m,高0.4 m，蓋板厚0.06 m,采用混凝土襯砌，3∶7灰土厚0.15 m，側墻厚0.1 m,底板厚0.1 m。

4.4 塬邊防護和溝頭壩工程設計

項目區溝道內地形支離破碎，溝頭前進、溝岸擴張較為嚴重，根據實際情況，塬邊防護工程采用蓄水型溝頭防護工程中的圍埂式。設置在溝頭以上的3 m～5 m處，沿等高線圍繞溝頭修筑土埂，全部攔蓄上面來水。本次規劃塬邊防護工程0.45 km，溝頭壩2座。溝頭壩為土質梯形斷面，壩高因溝邊地形而定一般為0.8 m～1.5 m，頂寬0.8 m，內外坡比1∶1，用土料填筑壓實。溝邊埂沿等高線順溝邊布置，一般位置距溝頭3 m～5 m，圍埂高 0.5 m～0.8 m，頂寬 0.8 m，內外坡比 1∶1，用土料填筑壓實。內坡外側栽植速生根系發達的樹種，外坡種草護埂。

4.5 小型蓄水池工程設計

為了匯流防汛道路洪水，在防汛道路陡坡段新修小型蓄水池6座，匯流洪水，做到水不下溝。標依據國家技術規范和《雨水集蓄利用技術與實踐》中關于蓄水池設計的要求，按照子洲縣10年一遇洪量模數為2.64萬m3/km2，防汛道路長1300 m，分為6段攔蓄，每段一次可攔蓄23.3 m3，結合實際地形確定6個蓄水池，容積為25 m3。蓄水池形狀為長方形，池長5 m，池寬2.5 m,池深2 m，其中設計池深1.8 m,安全超高0.2 m。

5 結語

黃土高原溝頭防治工作難度較大，通過對七里村的溝頭破壞和水土流失成因分析，進行小型水利工程保塬固溝建設，為七里村構筑了較為安全的塬、坡、溝綜合治理模式，生態、社會和經濟效益相得益彰。這種小型水利工程的護溝建設思路和模式在黃土高原區值得借鑒和參考。